Le api mellifere possono ereditare il comportamento altruistico dalle loro madri

Per lo studio, pubblicato sulla rivista Ecologia molecolare, i ricercatori hanno esaminato la genetica dietro il comportamento del “seguito” nelle api operaie, che sono sempre femmine. Dopo che le api operaie sono state esposte al feromone dell’ape regina, disattivano le proprie ovaie, aiutano a diffondere il feromone alle altre api operaie e si prendono cura della regina e delle uova che produce.

Questo comportamento è considerato altruistico perché in definitiva va a vantaggio della capacità della regina di produrre prole, mentre l’ape operaia rimane sterile. Per le api mellifere, la regina è tipicamente la madre di tutte, o quasi, le api dell’alveare.

I ricercatori hanno scoperto che i geni che rendono le api operaie più ricettive a questo feromone – e quindi più propense a mostrare il comportamento del seguito – possono essere trasmessi sia dalla madre che dal padre delle api. Tuttavia, i geni determinano un comportamento altruistico solo quando vengono trasmessi dalla madre.

Sean Bresnahan, autore corrispondente, dottorando presso l’Intercollege Graduate Degree Program in Molecular, Cellular, and Integrative Biosciences e ricercatore laureato della National Science Foundation, ha affermato che oltre a fornire informazioni sul comportamento delle api, i risultati mostrano anche quale genitore L’ape eredita alcuni geni da cui può influenzare il modo in cui tali geni vengono espressi, cosa notoriamente difficile da studiare negli insetti.

“Le persone spesso pensano che i diversi fenotipi siano il risultato di differenze nelle sequenze genetiche o nell’ambiente”, ha detto. “Ma ciò che questo studio mostra è che non si tratta solo di differenze nel gene stesso, ma anche da quale genitore il gene viene ereditato. Per la natura stessa dell’insetto che riceve il gene dalla madre, indipendentemente da quale sia la sequenza genetica, è possibile che si comporterà diversamente rispetto alla copia del gene del papà.”

Christina Grozinger, coautrice e professoressa di entomologia Publius Vergilius Maro alla Penn State, ha affermato che lo studio supporta anche la teoria della parentela del conflitto intragenomico, una teoria che suggerisce che i geni delle madri e dei padri sono in conflitto su quali comportamenti sostenere e non supportare.

Ha detto che mentre il lavoro precedente ha dimostrato che i geni dei maschi possono supportare il comportamento egoistico nei mammiferi, nelle piante e nelle api mellifere, lo studio attuale è il primo a dimostrare che i geni delle femmine possono trasmettere il comportamento altruistico alla loro prole.

“Le api mellifere sono una delle poche specie animali che mostrano un comportamento altruistico, in cui alcuni individui rinunciano alla propria riproduzione per aiutare gli altri”, ha detto Grozinger. “Questo studio rivela una forma molto sottile e inaspettata di controllo genetico di questi comportamenti. Con il nostro sistema, vediamo che i geni della madre – la regina – supportano il comportamento altruistico nella sua prole, che porta a più copie dei suoi geni nella popolazione. Invece di produrre le proprie uova, le api operaie sostengono la riproduzione della regina. Ciò integra i nostri studi precedenti, che hanno dimostrato che i geni dei padri supportano il comportamento egoista delle api operaie, dove le api smetteranno di aiutare la loro madre regina e si concentreranno sulla propria riproduzione.”

La regina si accoppia con più maschi, quindi le api operaie hanno la stessa madre ma padri diversi. Breshnahan ha spiegato che ciò significa che condividono tra loro una maggiore quantità di geni della madre.

“Questo è il motivo per cui la teoria della parentela del conflitto intragenomico prevede che i geni ereditati dalla madre supporteranno il comportamento altruistico nelle api mellifere”, ha detto Breshnahan. “Un’ape operaia trae maggiori benefici dall’aiutare, piuttosto che competere con, la madre e le sorelle, che portano più copie dei geni dell’operaia di quante ne potrebbe mai riprodurre da sola. Al contrario, nelle specie in cui la femmina si accoppia solo una volta, si prevede invece che i geni del padre supportino il comportamento altruistico.”

Per lo studio, i ricercatori hanno incrociato sei diversi lignaggi di api mellifere, qualcosa che è relativamente facile nei mammiferi o nelle piante, secondo Bresnahan, ma molto più difficile da fare con gli insetti. Ha detto che lo studio non sarebbe stato possibile senza l’esperienza nell’allevamento delle api mellifere della coautrice Juliana Rangel della Texas A&M University, così come di Kate Anton che gestisce il programma Education about Production and Insemination of (honey bee) Queens con Robyn Underwood. alla Penn State Extension.

Dopo che le popolazioni di api sono state incrociate e la prole era abbastanza grande, i ricercatori hanno valutato la reattività delle api operaie al feromone che innesca il comportamento del seguito, e anche se le api hanno disattivato le loro ovaie in risposta al feromone.

“Infine, abbiamo utilizzato il sequenziamento dell’RNA per esaminare l’espressione genica dell’intero genoma nei lavoratori, ma, cosa importante, abbiamo anche sequenziato i genomi dei genitori di quegli incroci”, ha detto Bresnahan. “Quindi, potremmo sviluppare genomi personalizzati per i genitori, quindi mappare l’espressione genetica dei lavoratori su ciascun genitore e scoprire quale copia di quel gene di quel genitore viene espressa.”

Per cercare di visualizzare questo conflitto che si verifica all’interno del genoma, Bresnahan ha affermato di aver utilizzato diverse tecniche, incluso l’apprendimento automatico, per esaminare le reti di regolazione genetica o gruppi di geni regolati da fattori di trascrizione simili per produrre modelli di espressione simili. I ricercatori hanno esaminato le relazioni tra i geni e i fattori di trascrizione (le proteine ​​che possono attivare o disattivare i geni) espressi dalla copia della mamma e quelli espressi dalla copia del papà per identificare dove si potrebbe provare a contrastare gli effetti del gene. altro.

Alla fine, sono riusciti a identificare le reti di regolazione genetica con conflitto intragenomico, scoprendo che più geni erano espressi con un bias parentale. Questo bias di espressione di origine materna o paterna è la firma del conflitto intragenomico e i ricercatori hanno affermato che sarebbe apparso più spesso di quanto sarebbe avvenuto se avessero costruito le reti con geni selezionati casualmente. Inoltre, queste reti erano costituite da geni che ricerche precedenti avevano dimostrato essere correlati al comportamento del seguito.

“Osservare il conflitto intragenomico è molto difficile, e quindi ci sono pochissimi studi che esaminano il ruolo che gioca nella creazione di variazioni nel comportamento e in altri tratti”, ha detto Grozinger, indicando le ricerche precedenti del gruppo che avevano rivelato l’attivazione delle ovaie e l’aggressività nelle api operaie, sia di cui indicano un comportamento egoistico. “Il fatto che questo sia il terzo comportamento in cui abbiamo trovato prove che il conflitto intragenomico contribuisce alla variazione nelle api mellifere suggerisce che il conflitto intragenomico potrebbe modellare molti tipi di tratti nelle api e in altre specie. Speriamo che la nostra ricerca fornisca un quadro e un’ispirazione per altri scienziati per esaminare il conflitto intragenomico nelle loro specie animali e vegetali.”

David Galbraith, ex-alunni della Penn State e scienziato senior presso Janssen Pharmaceutical; Rong Ma, ex-alunni della Penn State e data scientist senior presso Visa; Kate Anton, ricercatrice tecnologica presso la Penn State; e anche Juliana Rangel, della Texas A&M University, hanno collaborato a questo lavoro.

La National Science Foundation, il National Institute of Food and Agriculture and Hatch Appropriations del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e l’Huck Institute for the Life Sciences della Penn State hanno contribuito a sostenere questa ricerca.