Ученые из Германии и Франции исследовали генетические основы кооперативного поведения самцов медоносных пчел и обнаружили, что специфичный для них фактор транскрипции, ген fruitless, необходим для эффективного выпрашивания еды у самок. Этот ген экспрессирует популяция нейронов, участвующих в обработке и интеграции сенсорных стимулов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Колония медоносных пчел (Apis mellifera) включает репродуктивную самку (матку), не размножающихся рабочих самок и трутней — особей мужского пола, единственная роль которых — оплодотворение матки. Трутни не могут сами усваивать пыльцу, поэтому рабочие кормят их уже переработанной пищей, передавая ее изо рта в рот. Этот процесс называется трофаллаксисом — так рабочие пчелы кормят не только трутней, но и личинок. Чтобы инициировать такое кормление, трутни приближаются к рабочей особи и касаются ее своими антеннами, совершая стереотипные движения. Это врожденное поведение, однако неизвестно, какие гены и нейронные механизмы лежат в его основе.
Свен Кёнен (Sven Köhnen) и его коллеги из Университета Генриха Гейне, Рурского университета и Университета Париж-Сакле проверили, какие гены у самцов и самок медоносных пчел экспрессируются по-разному. Помимо уже известных генов с различной регуляцией — glu, dsx, fem — они обнаружили еще один — фактор транскрипции fruitless (fru). Дальнейший анализ нуклеотидных последовательностей показал, что ген транскрибируется с трех промоторов, и только транскрипты с одного из них отличаются у самцов и самок — у самцов они длиннее примерно в 10–13 раз. Транскрипция этого варианта регулируется активностью гена fem, ключевого регулятора определения пола, который подавляется у самцов на стадии личинки. Специфичные для мужского пола транскрипты fruᴹ ученые обнаружили исключительно в головном мозге и нервных ганглиях: примерно 1800 из 400000 нейронов экспрессировали его.
Клетки, экспрессирующие fruᴹ, обнаруживались в оптических и антеннальных трактах, обонятельных структурах, грибовидном теле и верхних частях протоцеребрума — аналога переднего мозга позвоночных. Это указывало на то, что этот ген может быть вовлечен в обработку и интеграцию сенсорной информации. Кроме того, некоторые из областей, где располагались экспрессирующие fruᴹ нейроны, были специфичны для мозга самцов пчел (у самок их не было).
Чтобы выяснить, зависит ли поведение трутней от наличия транскриптов fruᴹ в их нейронах, ученые создали мутантов, которые не экспрессировали этот вариант гена, и поместили их в небольшие ульи вместе с нормальными трутнями, рабочими пчелами и маткой. Мутанты примерно вдвое реже, чем нормальные самцы, просили еду у рабочих и более чем в два раза реже питались с помощью трофоллаксиса. Приближались к другим пчелам такие самцы тоже реже, и продолжительность трофоллаксиса была снижена, хотя и не так сильно. А еще они слабее реагировали на феромон матки 9-ODA. Несоциальное поведение мутантных самцов также изменялось: они часто забирались в ячейки с пыльцой, хотя в норме никогда не делают этого, ограничиваясь пустыми ячейками или ячейками с медом.
Вместе с тем мутантные самцы не имели физических или сенсомоторных нарушений, которые могли бы объяснить нарушения поведения. Гены обонятельных и вкусовых рецепторов и обонятельных связывающих белков экспрессировались у них так же, как и у контрольных, а различий в нейроанатомии не было. Реакция нейронов на феромон 9-ODA и другие одоранты тоже была абсолютно нормальной.
Авторы заключили, что ген fruᴹ экспрессируется в отдельных нейронах мозга трутней и регулирует инициацию и поддержание кооперативного поведения самцов — выпрашивания еды и трофаллаксиса. У дрозофил аналог этого гена связан с половым поведением, и у пчел, вероятно, сохраняет в том числе и эту роль, поскольку опосредует реакцию самцов на половой феромон матки. По мнению ученых, по мере возникновения эусоциальности ген fruᴹ стал определять не только брачное, но и кооперативное поведение.
https://nplus1.ru/news/2025/12/29/fru-gene-in-honeybees |
