无性生殖行军蚁基因组破译 为研究社会性进化提供了新模型

社会性昆虫，最常见的如蚂蚁、蜜蜂和白蚁等，它们一般具有不同的社会等级与分工，是研究行为和社会性进化的重要模型。社会性昆虫的社会分工在分子层面如何调控的，是这个领域一个非常基础而且重要的问题，目前还没有完全解释清楚。在许多社会性昆虫中，很难通过实验手段来控制调节分工的重要因素（如基因型、年龄等），因此这方面的研究也不容易开展。近日，由来自洛克菲勒大学和深圳华大基因的研究团队在国际知名杂志《当代生物学》（Current Biology）上发表了一种无性生殖行军蚁（Cerapachys biroi）的基因组及相关分析结果，为研究社会性进化的分子基础提供了一个新的模型。

C. biroi在进化分枝中属于猛蚁亚科，它能捕食蚂蚁并袭击其它蚂蚁的巢穴，属于恶名昭著的行军蚁中的一种。从20世纪初开始，很可能因为人类的交通与贸易，C. biroi种群被扩散到世界上很多的热带和亚热带地区。与其它行军蚁类似，C. biroi蚁群的一个生活周期包括两个阶段：一个阶段是繁殖，另一阶段是捕食和保育。更有意思的是，C. biroi蚁群没有蚁后，它们的后代全部都是由全能型的工蚁通过无性生殖来产生。

这项研究中的一个最主要的发现是，同一蚁巢的蚂蚁基因型非常相近，它们是通过一种叫做中部融合自体受精（automixis with central fusion）的无性生殖方式来进行繁衍。无性生殖通常会导致基因组杂合度的丢失，这从长远来看是有害的。然而，C. biroi的杂合度丢失速度非常的慢。“至于杂合度丢失速度为何这么慢，目前还不太清楚。有可能是通过减少减数分裂期的重组来维护杂合度，或者通过自然选择淘汰掉杂合度低的的个体，或两者皆有。”文章第一作者、洛克菲勒大学昆虫社会进化实验室的Peter Oxley博士说。

C. biroi中同一蚁巢的蚂蚁可以同步地进行繁殖阶段和保育阶段的交替。作者还发现，一些在其它社会性昆虫与劳动分工相关的基因，它们的表达会在C. biroi生活周期的不同阶段中动态地调节。这些基因在C. biroi生活周期的不同阶段的表达模式，跟在其它社会性昆虫中不同等级的表达模式是相似的。“这些结果暗示了，调控C. biroi繁殖阶段和保育阶段的不同行为的基因网络，可能和在其它社会性昆虫中调控不同等级个体行为的基因网络是一样的。”洛克菲勒大学昆虫社会进化实验室的主任Daniel Kronauer博士说。

因为C. biroi的蚁群中没有蚁后而工蚁可以做所有的事情，所以可以很容易地把蚁群转移到实验室中养殖，并且可以任意控制每个蚁群的大小。此外，C. biroi蚁群生活周期的同步交替也使得研究者可以对工蚁的年龄作很精确的控制。文章共同通讯作者、来自深圳华大基因国家基因库及哥本哈根大学社会性进化中心的张国捷博士说：“蚂蚁是社会性昆虫最成功的代表之一，目前发现的至少有15000个物种，他们进化出了数不清的多样性。这是我们团队发表的第四个蚂蚁基因组，与其它蚂蚁相比，这种无性生殖的蚂蚁在许多方面都非常独特。关于这种蚂蚁的无性生殖如何产生和进化的，在生活周期中不同阶段是如何调节的，还有许多有意思的问题等待回答。”