白蟻品級分化遺傳機制被揭示
日前,華南師范大學生命科學學院昆虫科學與技術研究所李勝教授團隊聯合中國科學院分子植物科學卓越創新中心詹帥團隊等,在國際學術期刊《科學》發表成果——團隊聚焦蜚蠊目中具有雙親撫育的木食性蟑螂和具有同胞利他行為的白蟻,發現營養特化驅動了不同社會性行為策略的產生,並闡明了白蟻品級分化的遺傳機制,為理解昆虫社會性行為的形成機制提供了一個嶄新的框架。
多年來,李勝團隊深耕蜚蠊目昆虫的研究,其中一個關鍵的學術發現,成為開啟此次研究的契機——美洲大蠊與白蟻的親緣關系,比與大家熟知的德國小蠊還要更近。白蟻的演化本身也具備不可替代的獨特性。“昆虫社會性的核心是生殖分工與利他行為,白蟻的演化恰好與雜食性到木食性的轉變同步發生,這在自然界中是獨一無二的。”李勝解釋道。
研究團隊在實驗中設置了“多隻工蟻照料”和“少數工蟻照料”的對比組。實驗結果顯示:白蟻幼蟻的發育和品級分化,完全由工蟻的撫育強度決定——撫育過多會導致保幼激素累積,抑制卵巢和翅芽發育,最終成為不育的“工蟻”﹔而撫育適度時,幼蟻才有可能發育為生殖蟻。這一結果最終驗証了白蟻“撫育行為—激素調控—品級分化”的發育鏈條,揭示了社會性演化的驅動因素,為解釋社會性昆虫的分工現象提供了核心証據。
該研究提出的“營養—信號通路協同演化”模型,不僅解釋了白蟻這一“超個體”社群如何實現穩態運行,更為學界理解包括其他昆虫,乃至哺乳動物在內的社會性演化普遍規律,提供了一個強大的全新理論框架。這項研究標志著社會生物學進入一個可在明確生態背景下追溯與解析基因演化機制的新階段。
中國工程院院士吳孔明認為,這項工作是動物社會性演化研究領域的一項裡程碑式成果,首次將生態適應(營養缺乏的朽木環境)、遺傳變異(基因組收縮與關鍵基因功能演化)和發育可塑性(信號通路基因表達的重組)三者系統性地整合在一起,為“環境—基因—表型”的協同演化提供了一個完整的案例。
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