与基因调控网络相关的蜜蜂蜂群攻击

集体行为存在于许多不同的动物群体中：成群结队的鱼群以漩涡状一起游动，成群结队的鸟类在夜间迁徙，成群结队的蜜蜂协调它们的行为以保卫它们的蜂巢。这些行为在群居昆虫中很常见，在群居昆虫中，成千上万的个体一起工作，通常扮演着不同的角色。在蜜蜂中，蜜蜂在蜂群中扮演的角色随着年龄的增长而变化。年轻的蜜蜂在蜂巢内执行职责，例如护理和筑蜡，而年长的蜜蜂则过渡到蜂巢外的角色，要么觅食(觅食者)，要么保卫蜂群(士兵)。

决定年长蜜蜂成为觅食者还是士兵的因素尚不清楚，但发表在《 自然生态学与进化》杂志上的一项新研究 探讨了蜂群防御集体行为背后的遗传机制，以及这些机制与蜂群的整体攻击性之间的关系。

“蜜蜂没有基于大小的分工，就像你在白蚁或蚂蚁中看到的那样，”伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的前研究生 Ian Traniello 说，他现在是普林斯顿大学的副研究员和第一作者在学习上。“如果你让街上的任何人猜哪只蚂蚁是士兵，哪只蚂蚁是觅食者，他们可能会 100% 猜对，因为士兵很大。相反，蜜蜂有一个基于年龄的劳动分工，年长的蜜蜂往往是觅食者或士兵，这两者都是危险且可能致命的角色。”

先前对波多黎各的一个蜜蜂亚种进行的全基因组关联研究表明，某些基因序列的变异与整体蜂群攻击性水平之间存在很强的关联，该亚种近年来进化得不那么具有攻击性。研究人员称这些为“群体攻击基因”。

在当前的研究中，研究人员比较了士兵和觅食者大脑中基因的表达和调控，以及攻击性不同的群体。研究人员通过计算干扰后放置在蜂巢外的绒面革上的蜇数来衡量蜂群的攻击性。他们将士兵识别为攻击斑块的蜜蜂，将觅食者识别为带着花粉返回蜂巢的蜜蜂。然后，研究人员使用单细胞转录组学和基因调控网络分析来比较来自低攻击性和高攻击性蜂群的觅食蜂和军蜂的大脑。

研究人员发现，尽管大脑中有数千个基因在士兵和觅食者之间的表达存在差异，但它们都不属于群体攻击基因列表。然而，当他们创建控制特定基因何时何地表达的大脑基因调控网络模型时，研究人员发现这些网络的结构在士兵和觅食者之间存在差异——当士兵和觅食者来自更具侵略性的殖民地。

“我们认为正在发生的事情是，与集体行为相关的基因调控会影响劳动分工的机制，”Traniello 解释说。“因此，通过影响该群体内个体的攻击性水平，群体可以变得或多或少具有攻击性。基本上，如果环境需要，觅食者或多或少可能会转变为类似士兵的状态。”

这些发现强调了基因调控对于我们理解基因与行为之间关系的重要性。

“虽然一些研究发现士兵和觅食者之间存在潜在的遗传差异，但这项研究表明，年长的蜜蜂可能有可能扮演这两种角色，”IGB 主任和该论文的作者吉恩罗宾逊 (GNDP) 说。“在更具攻击性的蜂群中，可能是由于环境中的危险增加，年长的蜜蜂可能更倾向于成为士兵来帮助保卫蜂群。”

未来方向的计划包括开发功能测试以探索研究中确定的基因网络的作用，并确定它们在大脑中表达的空间位置。Traniello 说他期待探索这些新问题。

“我们拥有非凡的技术，可以通过单细胞和现在的空间转录组学以前所未有的规模探测基因和行为，”Traniello 说。“这些为我们提供了理解旧问题的新方法，例如个体与集体的关系，或基因型与表型之间的关系。能够使用这些工具并将它们应用到自然环境中是令人兴奋的，我希望这项工作能激励其他人也这样做。”