切叶蚁基因组揭示社会行为与共生关系的进化事件

　　

   来自丹麦哥本哈根大学、深圳华大基因研究院的国际研究小组共同主导完成了切叶蚁Acromyrmex echinatior的基因组测序与分析工作。通过与其它已知蚂蚁基因序列比较及分析发现一些特定基因与切叶蚁社会行为及共生方式具有重要的关系，此成果为社会行为学等研究奠定了重要的遗传学基础，并使人们对切叶蚁这种特殊的生物有了更进一步的认识与了解。该研究成果于6月30日在国际知名杂志Genome Research (www.genome.org)上在线发表。

    农业的发展在人类文化进化过程中具有非常重要的意义,但是人类并不是唯一采用这种生活方式的生物。在中美洲、南美洲以及美国南部,有一种蚂蚁同样能够进行农业生产。它们从树木和其它植物上切下叶子，将叶片用来种植真菌，并且用长出的真菌为整个蚁群提供食物。这种共生方式对切叶蚁本身非常有利，但却会破坏庄稼，所以对人类农业也构成了巨大的威胁。

    自从15年前，科学家在巴拿马发现Acromyrmex echinatior是一个新的切叶蚁物种之后，研究人员用其作为模式生物进行了大量的生物学和行为学研究，但是对其农业方式的遗传基础知识却知之甚少。通过对Acromyrmex echinatior全基因组测序及分析，研究人员发现在切叶蚁的基因组中有两个基因家族发生了显著扩张，这是研究报告中最重要的发现之一。哥本哈根社会进化中心的Sanne Nygaard博士说：“根据这些基因在其他物种中的功能,我们认为这些基因与该物种的生殖方式和其与真菌所形成的特殊共生关系具有密切关联。与该切叶蚁生殖方式和共生方式的进化相关的特定基因组特征的发现是本项工作的一个重要突破。”

    神经肽在很多生物学过程中起着重要的作用。研究人员在比较切叶蚁和其它已知序列蚂蚁的编码神经肽的基因时发现了一个特别令人惊讶的结果。他们本以为在栖息地、食性和行为等方面都有很大差别的蚂蚁，其各自编码神经肽的基因也应会有很大不同，但结果却正好相反。Nygaard博士介绍说：“我们发现在所有参与比较的蚂蚁基因组中都存在着相同的神经肽基因，这表明这些基因是非常保守的。”研究人员认为所有蚂蚁的神经内分泌系统可能都含有一个非常类似的构造，并推测其可能在所有蚂蚁的祖先时就已进化形成。

    哥本哈根社会进化中心的 Jacobus Boomsma博士补充说：“目前，我们只是对切叶蚁Acromyrmex echinatior的这种特殊行为方式进行了初步研究，在未来的几年里我们还将会对这些特定的基因在不同情况下的表达模式等内容进行更加深入的研究”。

    在此之前，深圳华大基因研究院比较基因组研究中心与其他国际合作单位在Science杂志上首次公布了两个蚂蚁（弓背蚁Camponotus floridanus及印度跳蚁Harpegnathos saltator）的基因组图谱及相关分析结果，使得社会性昆虫研究进入一个新的阶段。切叶蚁基因组是这一团队在该领域取得的又一次重要成果。深圳华大基因研究院比较基因组研究中心负责人张国捷博士表示：“基于此研究基础，凭借华大基因大规模的测序平台和强大的生物信息学分析能力，我们计划与国际联盟共同发起“百种社会性昆虫基因组计划”，旨在构建出社会性昆虫基因组进化图谱，并从基因组综合比较的角度对社会行为的遗传机制开展深入研究。该研究计划将极大的推动我们对行为遗传分子机制的研究，并可以为深入了解人类自身行为方式的内在遗传本质提供重要借鉴意义。”

注：
Sanne Nygaard, Guojie Zhang, et al.The genome of the leaf-cutting ant Acromyrmex echinatior suggests key adaptations to advanced social life and fungus farming. Genome Research, June 30, 2011, doi: 10.1101/gr.121392.111. 

文章原文，请见：http://genome.cshlp.org/content/early/2011/06/27/gr.121392.111.abstract