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Tracing the origin of a social chromosome in the red fire ant

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Gene steuern Sozialverhalten bei Feuerameisen

Feuerameisen (Solenopsis invicta) zeigen komplexe phänotypische Variationen, die für das Sozialgefüge der staatenbildenden Insekten wichtig sind. Analysen phänotypischer Variationen innerhalb einer Spezies liefern einzigartige Hinweise auf den Kontext, in dem sich spezifische Merkmale der Anpassungsfähigkeit entwickeln.

Klimawandel und Umwelt
Grundlagenforschung

Signifikante Strukturveränderungen im gesamten Chromosom von Feuerameisen bewirkten den Übergang von Kolonien mit einer einzelnen Königin zu Kolonien mit mehreren Königinnen sowie entsprechende Veränderungen bei Verhalten, Physiologie und Morphologie. Bislang ist allerdings nur wenig über die molekularen Veränderungen im Hinblick auf die Ökologie bekannt. Das Projekt SOCIAL CHROMOSOME (Tracing the origin of a social chromosome in the red fire ant) sollte die Wissenslücke schließen und sequenzierte das Ameisengenom, um Mechanismen für sozialen Polymorphismus zu klären. Die Forscher kombinierten Strukturanalysen, Gen-/Genomanalysen und optische Kartierung, um Ursprung und Evolution des sozialen Chromosoms zu enthüllen. So war ein direkter Vergleich von Genomstrukturen möglich, der zeigte, dass bei drei verschiedenen polymorphen Arten von Feuerameisen zwei große Inversionen in der nicht-rekombinierenden Supergen-Variante auftraten. Ein Supergen ist eine Gruppe benachbarter Gene auf einem Chromosom, die aufgrund ihrer engen genetischen Verknüpfung als Gruppe weitervererbt werden und aus evolutionärer Sicht funktionell verwandt sind. Ähnlichkeiten zwischen den Arten und Supergen-Varianten hinsichtlich der Präsenz oder Abwesenheit von Strukturvarianten legten ein gemeinsames einzelnes Gen als Ursprung des sozialen Chromosoms nahe. Mittels molekularer Datierung wurde der Zeitpunkt der Divergenz beider Formen auf etwa 1 Mio. Jahre datiert, der somit länger zurückliegt als bislang angenommen. Die Wissenschaftler sequenzierten dann erneut das Genom von 160 haploiden Männchen aus allen untersuchten phylogenetischen Gruppen, um einen phylogenetischen Baum für jeden Zielort bzw. jedes Gen zu erstellen. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Differenzierung und auch eine hohe genetische Vielfalt bei nicht rekombinierenden Varianten des Supergens über Populationen hinweg und zwischen Arten. Die unerwartet hohe Vielfalt und Differenzierung übertrifft noch die Anzahl an Genkonvertierungen oder versteckten Rekombinationen. SOCIAL CHROMOSOME wird neue Erkenntnisse dazu liefern, wie die beiden Ameisenarten ihre Kolonie organisieren und damit auch von Bedeutung für die Forschung an strukturellen Variationen sein, insbesondere für Wissenschaftler, die nicht mit Modellorganismen forschen.

Schlüsselbegriffe

Feuerameisen, soziale Organisation, SOCIAL CHROMOSOME, Genom, Polymorphismus, Supergen

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