Теперь, исследователи в Калифорнийском университете, Риверсайд начал распутывать молекулярные механизмы позади, как муравьи ощущают эти феромоны и как они управляют регулированием воспроизводства и другой общественной деятельностью в сообществах муравья. Исследование, изданное сегодня в журнале Nature Communications, подчеркивает, как муравьи используют обонятельные рецепторы, чтобы различать участников колонии, таким образом, они могут сотрудничать в сложном, иерархическом обществе. Результаты могли помочь в разработке новых стратегий борьбы с вредителями.Исследовательская группа во главе с Анэндасанкэром Рэем, адъюнкт-профессором в отделе Молекулярной Биологии Клеточных систем, определила и характеризовала больше чем 20 рецепторов, найденных на антеннах муравьев рабочего, которые играют роль в разделении труда в колониях.
Среди них один рецептор, который определенно отвечает на феромон, произведенный муравьями королевы, взаимодействие, которое в конечном счете приводит к физиологическому изменению яичников рабочих.Муравьи – eusocial насекомые, подразумевая, что они живут в совместных группах, где одна женщина и несколько мужчин вовлечены в воспроизводство, и неразмножающиеся люди играют специализированные роли, такие как забота о молодой, находящей еде и врагах отражения. В течение многих лет ученые интересовались тем, как муравьи общаются, который установлен через группу феромонов углеводорода, которые муравьи производят и ‘носят’ как пальто на их телах. Через эти феромоны муравьи могут различить между nestmates и non-nestmates, и признать различные касты в той же самой колонии.
Усилие распутать молекулярный механизм позади муравья olfaction заняло несколько лет и консорциум сотрудников из нескольких университетов. В 2015 группа Луча развивала сильный метод электрофизиологии в видах муравьев Camponotus и показала, что сенсорные нейроны в крошечных похожих на волосы структурах на антеннах муравья отвечают высокой спецификой ко множеству различных феромонов муравья.
С помощью Луча этот метод был настроен и проверен в Университете штата Аризона в другом виде муравьев, Harpegnathos saltator. Однако до сих пор обонятельные рецепторы, ответственные за обнаружение этих феромонов углеводорода, не были определены ни в каких разновидностях.
В текущей газете группа Рэя определила и характеризовала 22 рецептора с приятным запахом, которые взаимодействуют определенно с феромонами углеводорода, произведенными другими муравьями, включая одного – названный HsOr263 – который отвечает на феромон королевы. Эти рецепторы принадлежат подсемье семьи рецепторного гена с приятным запахом, названной подсемьей с 9 экзонами.«Мы исследовали подсемью с 9 экзонами обонятельных рецепторных генов сначала, потому что она значительно расширена у муравьев и других eusocial насекомых, делая его хорошим местом, чтобы начать искать рецепторы, которые отвечают на феромоны углеводорода», сказал Рэй.
Ускорение этого исследования и прокладывание пути к другим рецепторам муравья, которые будут определены, были техникой, развитой в 2014 Рэем и Грегори Пэском, бывшим постдокторским партнером в лаборатории Рэя, чтобы выразить муравья обонятельные рецепторы у генетически модифицированной Дрозофилы melanogaster муха. Пэск вставил ДНК рецепторов муравья в геном мухи и использовал генетику, чтобы выразить рецептор муравья в антеннах мухи.«Как только мы выразили рецептор муравья в антенне мухи, я мог непосредственно измерить ответ на отдельные углеводороды на том рецепторе один за другим», сказал Пэск, ведущий автор Коммуникационной статьи Природы и в настоящее время доцент в Университете Бакнелл в Льюисбурге, Пенсильвания. «Используя этот метод, мы тогда определили рецепторы с приятным запахом для нескольких важных углеводородов, включая, найденные на рабочих, мужчинах или королевах».«Муравьи и другие общественные насекомые используют соединение углеводородов на их телах как ‘биологические штрихкоды’, которые сообщают ключевую социальную информацию в колонии.
Наше исследование проливает свет на то, как эти ‘считыватели штрихкода’ работают на молекулярном уровне», сказал Пэск.Рэй сказал идентификацию муравья, которого обонятельные рецепторы обеспечивают новому пониманию химических коммуникационных систем, используемых eusocial насекомыми, и будущее исследование исследовало бы, как эти рецепторы вызывают физиологические изменения, такие как подавление воспроизводства.
«Муравей olfaction и способ, которым обработан запах, являются захватывающей областью нейробиологии, но у этой работы также есть будущее практическое применение. Увеличивая наше понимание установленной феромоном коммуникации, у нас есть большой потенциал, чтобы быть в состоянии управлять поведением насекомого, которое приведет к новым стратегиям борьбы с вредителями», сказал Рэй.