BioArt按：Danny Reinberg教授作为表观遗传学领域的杰出学者广为同行所知，然而或许很多人并不知道他已经从2008年起连续拿到HHMI协同创新奖（HHMI’s Collaborative Innovation Award）经费资助后开始同Shelley Berger等人主要研究起了蚂蚁行为学以及表观遗传调控在其中的调控作用，近十年的时间里合作发表了大量的研究论文和综述，引领了相关领域的发展，为解释蚂蚁的一些社会行为学提供了很好的分子生物学基础。8月10日，Cell杂志同时发表了三篇研究论文（Cover Story），共同聚焦关键基因对蚂蚁社会行为学改变的调控机理。这三篇文章中有两篇是蚂蚁研究“四巨头”（纽约大学的Danny Reinberg，宾夕法尼亚大学的Shelley Berger和Roberto Bonasio，亚利桑那州立大学的Juergen Liebig）合作完成，Roberto Bonasio（Danny Reinberg过去的博后）是其中一篇文章的唯一通讯作者以及另一篇文章的共同通讯作者，第三篇文章由洛克菲勒大学Daniel J.C. Kronauer和Waring Trible领衔完成。
论文解读：
为什么要用蚂蚁作为研究对象？蚂蚁群体有什么特别的生物学特征？带着这个问我我们首先来了解一下有哪些常见的真社会性昆虫。
一般来讲，广为人们熟知的真社会性昆虫主包括蜜蜂（Bee）、蚂蚁（Ant）、黄蜂（Wasp）和白蚁（Termite）等（下图）。
图片引自：Yan, H., Simola, D. F., Bonasio, R., Liebig, J., Berger, S. L., & Reinberg, D. (2014). Eusocial insects as emerging models for behavioural epigenetics. Nature Reviews Genetics, 15(10), 677-688.
关于蜜蜂的相关研究可能比较常见，而且有关蜂王与工蜂的表观遗传学研究目前也有较多的报道。那么Danny Reinberg教授为何单单选择了蚂蚁来作为研究对象呢？
首先蚂蚁和蜜蜂类似，这种群居生物都有所谓的“蚁后”、“蜂王”与“工蚁”、“工蜂”，在基因组上蚁后和工蚁还有蜂王与工蜂是相同，然而他们之间的社会地位以及寿命却天差地别，那么这些差异是什么调控的？表观遗传调控在其中扮演什么样的角色？
DNA甲基化差异对蚂蚁社会行为决定中的调控。引自：Yan, H., Bonasio, R., Simola, D. F., Liebig, J., Berger, S. L., & Reinberg, D. (2015). DNA methylation in social insects: how epigenetics can control behavior and longevity. Annual review of entomology, 60, 435-452.
另外，蚂蚁与蜜蜂在社会行为中最大的一个差异是，任何一个工蚁（Harpegnathos saltator，印度跳蚁）在最早先的蚁后死亡或者消失之后都有可能取而代之成为新的蚁后（这种蚁后学术界一般称之为pseudoqueens）【1】。我们知道只有蚁后才能够交配产卵，那么到底是什么分子机制调控了工蚁向蚁后转变的这一过程呢？
图为一只印度跳蚁从工蚁向pseudoqueen蚁后转变后产卵的情形。图片来自Comzit Opachaloemphan拍摄
来自Danny Reinberg、Claude Desplan、Shelley Berger和Juergen Liebig合作的题为“An Engineered orco Mutation Produces Aberrant Social Behavior and Defective Neural Development in Ants”的论文以及Daniel J.C. Kronauer与Waring Trible主导完成的题为“orco Mutagenesis Causes Loss of Antennal Lobe Glomeruli and Impaired Social Behavior in Ants”论文利用CRISPR/CAS9技术在蚂蚁（Danny Reinberg他们文章中使用的是印度跳蚁Harpegnathos saltator ，而洛克菲勒大学的研究人员使用的是毕氏粗角猛蚁Ooceraea biroi）中敲除一种名为orco (odorant receptor coreceptor，编码气味共受体蛋白。蚂蚁体内总共大约编码超过300个气味受体蛋白，这些蛋白能够感受不同的气味分子，但是如果没有气味共受体蛋白的协助则无法实现对大多数气味分子的感知)的基因后，蚂蚁的社会行为发生非常显著的改变，由于orco基因敲除的蚂蚁对pheromone（外激素）不再敏感，导致它们不愿意去追寻食物、也不愿意交流，当然也就不可能成为pseudoqueens（详见下列视频）。
在另一篇文章中，来自宾夕法尼亚大学的Roberto Bonasio课题组的研究成果则通过向一种朝pseudoqueen蚁后转变过程中的蚂蚁脑部注射一种名为corazonin的神经肽（通过比较工蚁和转变成为pseudoqueen的蚁后的转录组锁定的产物，和哺乳动物中的性激素有些相似之处）后能够抑制它们向pseudoqueen蚁后转变，其行为而变得更加像工蚁（下图）。
综上，这三篇论文殊途同归，共同揭示了蚂蚁群体中一个非常重要社会行为所受到的调控机制，应该说是近年来蚂蚁行为学研究领域最重要的突破。当然这得益于CRISPR/CAS9技术在蚂蚁基因敲除中的应用，更重要的是有这些为数不多的科学家的合力耕耘，一晃Danny Reinberg、Shelley Berger 、Desplan和Jürgen Liebig 已经精诚合作十年之久了。相信，他们在下一个十年里还会合作做出更好的成果，最终揭示蚂蚁系列社会行为改变以及其中的相关表观遗传调控背后的神秘面纱。
值得一提的的，Danny Reinberg实验室最早研究蚂蚁的博后Roberto Bonasio如今已经是Shelley Berger在宾夕法尼亚大学建立的表观遗传学研究中心的一名PI，这次作为唯一通讯作者单独发表了一篇论文，正可谓“江山代有人才出”。
最后可能有人会问，研究蚂蚁有什么用？如果在国内研究蚂蚁能否申请到经费支持？我想这些答案还是留给读者去领悟吧。
本期Cell杂志封面
参考文献：
1、Yan, H., Simola, D. F., Bonasio, R., Liebig, J., Berger, S. L., & Reinberg, D. (2014). Eusocial insects as emerging models for behavioural epigenetics. Nature Reviews Genetics, 15(10), 677-688.
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