蜜蜂可能遗传母亲的利他行为

　　真正的利他主义在动物中是罕见的行为，但宾夕法尼亚州立大学研究人员的一项新研究发现，蜜蜂表现出这种特征。此外，他们还发现，基因的进化之战可能决定了他们从哪个父母那里继承了这种基因。

　　在这项发表在《分子生态学》杂志上的研究中，研究人员检查了工蜂“随从”行为背后的遗传学，工蜂总是雌性的。当工蜂接触到蜂王的信息素后，它们会使自己的卵巢失去活性，帮助将信息素传播给其他工蜂，并照顾蜂王和她所产的卵。

　　这种行为被认为是利他的，因为它最终有利于蜂王生育后代的能力，而工蜂则保持不育。对于蜜蜂来说，蜂王通常是蜂巢中所有蜜蜂的母亲，或者几乎所有蜜蜂的母亲。

　　研究人员发现，使工蜂更容易接受这种信息素的基因——因此更有可能表现出顺从的行为——可以从母蜂或父蜂那里遗传下来。然而，只有当这些基因从母亲那里遗传下来时，它们才会产生利他行为。

　　通讯作者、分子、细胞和综合生物科学跨学院研究生学位课程的博士候选人、美国国家科学基金会研究生研究员肖恩·布雷斯纳汉说，除了对蜜蜂的行为有深入的了解外，研究结果还表明，蜜蜂从哪个父母那里继承了某些基因，会影响这些基因的表达方式，这是众所周知的难以在昆虫中研究的。

　　“人们通常认为不同的表现型是基因序列或环境差异的结果，”他说。“但这项研究表明，这不仅仅是基因本身的差异，而是遗传自父母的基因。”根据昆虫从母亲那里获得基因的本质，不管基因序列是什么，它的行为可能与从父亲那里获得的基因副本不同。”

　　宾夕法尼亚州立大学昆虫学教授克里斯蒂娜·格罗辛格(Christina Grozinger)说，这项研究还支持了基因组内冲突的亲属关系理论——该理论认为，母亲和父亲的基因在支持和不支持什么行为方面存在冲突。

　　她说，虽然以前的研究表明，雄性基因可以支持哺乳动物、植物和蜜蜂的自私行为，但目前的研究首次表明，雌性基因可以将利他行为传递给后代。

　　“蜜蜂是少数表现出利他行为的动物之一，其中一些个体放弃自己的繁殖来帮助他人，”格罗青格说。“这项研究揭示了这些行为的一种非常微妙和意想不到的遗传控制形式。在我们的系统中，我们看到来自母亲——蚁后——的基因支持其后代的利他行为，这导致种群中更多地复制她的基因。工蜂不是自己产卵，而是支持蜂王的繁殖。这与我们之前的研究相辅相成，我们之前的研究表明，父亲的基因支持工蜂的自私行为，在工蜂中，蜜蜂将停止帮助他们的王母，专注于自己的繁殖。”

　　蜂王与多个雄性交配，所以工蜂有同一个母亲，但不同的父亲。Breshnahan解释说，这意味着他们彼此分享了更多母亲的基因。

　　“这就是为什么基因组内冲突的亲缘关系理论预测，从母亲那里遗传的基因会支持蜜蜂的利他行为，”Breshnahan说。“工蜂从帮助母亲和姐妹中获益更多，而不是与之竞争，因为母亲和姐妹携带的工蜂基因拷贝比工蜂自己繁殖的要多。相反，在雌性只交配一次的物种中，父亲的基因被预测会支持利他行为。”

　　在这项研究中，研究人员杂交了六种不同的蜜蜂谱系——根据布雷斯纳汉的说法，这在哺乳动物或植物中相对容易，但在昆虫中却很难做到。他说，如果没有德克萨斯农工大学的合著者朱莉安娜·兰格尔(Juliana Rangel)的蜜蜂育种专业知识，以及与宾夕法尼亚州立大学推广部的罗宾·安德伍德(Robyn Underwood)一起管理皇后(蜜蜂)生产和受精教育项目的凯特·安东(Kate Anton)，这项研究是不可能完成的。

　　在蜜蜂种群杂交并且后代足够大之后，研究人员评估了工蜂对触发随从行为的信息素的反应，以及蜜蜂是否因信息素而使卵巢失活。

　　“最后，我们使用RNA测序来观察工人的全基因组基因表达，但重要的是，我们也对这些杂交的父母的基因组进行了测序，”布雷斯纳汉说。“因此，我们可以为父母开发个性化的基因组，然后将工人的基因表达映射到每个父母身上，并找出哪个父母的基因拷贝正在表达。”

　　布雷斯纳汉说，为了可视化基因组内发生的这种冲突，他们使用了不同的技术，包括机器学习来检查基因调节网络，或由相似转录因子调节的基因组，以产生相似的表达模式。研究人员观察了基因和转录因子之间的关系，转录因子是一种可以开启或关闭基因的蛋白质，转录因子是从母亲的拷贝中表达的，而转录因子是从父亲的拷贝中表达的，以确定其中一个可能试图抵消另一个的影响。

　　最终，他们能够识别基因组内冲突的基因调控网络，发现更多的基因以亲代偏倚的方式表达。这种源于母亲或父亲的表达偏见是基因组内冲突的标志，研究人员说，如果他们用随机选择的基因构建网络，这种情况出现的频率会更高。此外，这些网络由先前的研究表明与随从行为有关的基因组成。

　　“观察基因组内的冲突是非常困难的，所以很少有研究来研究它在行为和其他特征的变化中所起的作用，”格罗青格说。他指出，之前的研究揭示了工蜂卵巢的激活和攻击性，这两者都意味着自私的行为。“事实上，这是我们发现的第三种行为证据，表明基因组内冲突有助于蜜蜂的变异，这表明基因组内冲突可能会塑造蜜蜂和其他物种的许多类型的特征。”希望我们的研究能为其他科学家提供一个框架和灵感，以研究他们的植物和动物物种的基因组内冲突。”

　　宾夕法尼亚州立大学校友、杨森制药公司高级科学家David Galbraith;宾夕法尼亚州立大学校友、Visa高级数据科学家马蓉;凯特·安东，宾夕法尼亚州立大学的研究技术专家;和德克萨斯农工大学的朱莉安娜·兰格尔也参与了这项工作。

　　美国国家科学基金会、美国农业部国家食品和农业研究所、哈奇拨款、宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所帮助支持了这项研究。