Мутация в одном гене позволяет рабочим пчелам Южной Африки размножаться

В результате долгих поисков ученые выяснили, какой генетический механизм ведет к появлению у рабочих особей капской медоносной пчелы (Apis mellifera capensis) способности приносить собственное потомство.

Напомним, что в пчелиной семье только одна матка представляет собой полноценную женскую особь. Она совершает несколько брачных полетов, во время которых спаривается с самцами, а после этого в течение всей жизни откладывает яйца, из которых появляется на свет все население улья. У рабочих пчел половая система остается недоразвитой, и они обычно не размножаются. Если же рабочая пчела все-таки откладывает яйца, из них появляются на свет только самцы с гаплоидным набором хромосом.

Однако у капского подвида медоносных пчел среди рабочих особей встречается телитокия – вид партеногенетического размножения, при котором самки могут давать диплоидное потомство без оплодотворения, то есть в случае медоносной пчелы рабочие особи могут порождать других рабочих. Более того, у капских пчел возникает способность к социальному паразитизму. Они проникают в колонии пчел родственного подвида A. m. scutellata, добывают там пищу, крадут весь мед, откладывают яйца, из которых выводятся новые рабочие особи, и в конце концов “свергают” старую матку этой колонии, захватывая ее целиком.

Пчелы Apis mellifera capensis (с черными брюшками) в гнезде пчел A. m. scutellata. Фото: Mike Allsopp

Телитокия может оказаться полезной для пчелиной колонии в случае гибели матки. Тогда какая-то из рабочих пчел сможет ее заменить. Примечательно, что у других подвидов медоносной пчелы такая способность отсутствует. В течение последних нескольких лет ученые пытались обнаружить ген, мутация в котором вызывает способность к телитокии у капского подвида пчел. Они выявили несколько генов-кандидатов, но окончательный выбор между ними смогли сделать только сейчас.

Группа под руководством Денизы Аумер (Denise Aumer) и Эккарта Штолле (Eckart Stolle) в Университете Халле-Виттенбурга имени Мартина Лютера, сравнивая геномы пчел способных и неспособных к телитокии, установила ген, находящийся в первой хромосоме пчелы. Он кодирует рецепторный белок с трансмембранной спиралью и сигнальным пептидом на внеклеточном конце. Единичная мутация в данном гене вызывает в белке замену одной аминокислоты (треонин на изолейцин), что влечет значительные изменения в репродуктивной функции и поведении рабочей пчелы. Но для того, чтобы данная мутация проявилась, необходимо, чтобы из двух копий данного гена, имеющихся в геноме пчелы, она содержалась в одной и только одной копии. Если обе копии гена несут мутацию телитокии, это обычно ведет к гибели пчелы. Если в обеих копиях мутации нет, получается обычная рабочая пчела.

По словам ученых, полученный ими результат важен не только для биологии медоносных пчел, но и служит большим шагом в понимании механизмов размножения многих других видов насекомых. Например, сходным образом размножаются многие инвазивные виды муравьев (Platythyrea punctata и Ooceraea biroi).

Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.