蜜蜂基因之間的沖突支持利他行為理論

蜜蜂基因之間的沖突支持利他行為理論

國外蜂業(yè)信息

利用現(xiàn)代遺傳學(xué)研究手段，一組研究人員為長期存在但備受爭議的親緣選擇進化論提供了有力支持，表明利他行為以一種把基因傳遞給下一代的方式而存在。研究人員有：賓西法尼亞州立大學(xué)的昆蟲學(xué)杰出教授Christina Grozinger、博士后學(xué)者David Galbraith；華盛頓大學(xué)教授David Queller，Spencer T.Olin等。

研究人員通過觀察雌性工蜂的社會行為對親緣選擇進行研究。他們發(fā)現(xiàn)工蜂從蜂王繼承的基因—母系基因指導(dǎo)著工蜂的利他行為，工蜂放棄生產(chǎn)它們自己的后代而去幫助撫育其兄弟姐妹。當(dāng)蜂王死后，工蜂開始自顧自地相互競爭而產(chǎn)卵。它們從不同父本繼承的基因-父系基因指導(dǎo)這種行為。

Grozinger說：“我們通常認為蜜蜂是理想的合作伙伴，蜂群中所有成員一起和諧的工作。我們的研究證明確實是有沖突的，稱作基因組內(nèi)部沖突，也就是從父本繼承的基因和從母本繼承的基因之間的沖突”。Grozinger稱，在一個正常的蜂群里，蜂王產(chǎn)下所有卵，工蜂保持不育狀態(tài)并幫助撫育蜂王的后代。當(dāng)蜂王死后，工蜂或者表現(xiàn)出利他行為，繼續(xù)保持不育狀態(tài)，幫助撫育剩余的蜂王后代和它們姐妹的新后代；或者表現(xiàn)出利己行為，激活它們自己的卵巢，產(chǎn)下它們自己未受精的卵，然后發(fā)育成雄蜂。Galbraith說：“在2003年，David Queller運用親緣選擇理論發(fā)表了一個關(guān)鍵模型，預(yù)測蜂群在沒有蜂王的條件下，父系基因?qū)龠M工蜂的利己行為，而母系基因?qū)龠M其利他行為”。

Queller認為，這種沖突是工蜂中的母系基因和父系基因不平等分配的結(jié)果。蜂群中的所有工蜂共有同一套母系基因。相比之下，因為蜂王和10個以上的雄蜂交配，工蜂具有不同的父系基因。如果一只工蜂表現(xiàn)出利他行為并且?guī)椭鷵嵊浣忝玫暮蟠?，會保證把其母系基因傳遞下去。然而，如果它表現(xiàn)出利己行為并且產(chǎn)下自己的卵，會把更多父系基因傳遞給下一代。Queller說：“基因會根據(jù)它們是否來自母本或者父本而相互斗爭，這是一種非常奇怪的現(xiàn)象。然而，這剛好就是我們所發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)蜂王死后，工蜂以它們的父本希望的方式去行為，在可能的情況下，生產(chǎn)出雄性后代”。這一結(jié)果于1月11日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

Queller認為，這一基因組內(nèi)部的沖突支持了William Hamilton于1964年首次提出的親緣選擇理論。利他行為被定義為減少自己的繁殖產(chǎn)出而去幫助其他生物繁殖，所以親緣選擇理論預(yù)測利他行為將只進化到幫助相關(guān)個體。哈佛大學(xué)教授David Haig運用親緣選擇理論，開發(fā)出模型預(yù)測基因組內(nèi)部的沖突，然后Queller將其擴展到社會性昆蟲群體。Grozinger說：“盡管Queller的模型對社會性昆蟲的母系基因和父系基因的行為進行非常具體的預(yù)測，但直到開發(fā)出現(xiàn)代基因組工具，允許我們專門追蹤相同個體里的母系基因和父系基因，我們才有可能去檢驗這個預(yù)測”。

研究人員利用蜜蜂的兩種不同的遺傳品種創(chuàng)建了18種不同的雜交種，所用的非洲化蜜蜂產(chǎn)生大卵巢，歐洲蜜蜂產(chǎn)生小卵巢。這些雜交種使工蜂能夠決定哪些基因（那些來自父本的與那些來自母本的）在后代中表現(xiàn)的活躍。研究小組將工蜂后代安置在沒有蜂王的條件下，促進一些后代開始產(chǎn)卵。研究首先證明：與那些具有歐洲父本和非洲母本的工蜂相比，具有非洲父本和歐洲母本的工蜂有更大的卵巢，并且更有可能有旺盛的繁殖力。Grozinger認為，這一現(xiàn)象證明與母系基因相比，父系基因?qū)し涞姆敝承誀畹挠绊懗潭雀蟆?/p>

Galbraith說：“我們識別出100，000多個DNA片段，稱作單核苷酸多態(tài)性，這些片段存在于母本或者父本的基因組內(nèi)，但不會在二者內(nèi)同時存在。這使得我們能夠決定工蜂后代里的哪些RNA片段由母系基因產(chǎn)生，哪些由父系基因產(chǎn)生”。

下一步，研究人員采集工蜂的卵巢，并對整組RNA分子進行測序，來分析工蜂被繼承的基因當(dāng)中，哪些基因在更大程度上得到了表達?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)父系基因而不是母系基因的表達，與工蜂的產(chǎn)卵行為密切相關(guān)”，Galbraith說。“Queller的模型的驚人之處在于，它為母系基因和父系基因在不同社會性昆蟲品種和不同背景下如何行為提供了非常詳盡的預(yù)測，某些情況下，母系基因是利己的”，Grozinger說。

李瑞珍 編譯