揭示螞蟻社會(huì)分工奧秘 創(chuàng)新班學(xué)子繪制首張切葉蟻RNA編輯圖譜
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??????????????????????????????????文章原文??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 李啟業(yè)、王宗吉、周旸
?????? 蟻后肩負(fù)起整個(gè)種群大家庭的統(tǒng)管，產(chǎn)卵和繁衍后代；工蟻負(fù)責(zé)食物的采集，飼喂幼蟲和蟻后以及建造、擴(kuò)大巢穴。龐大的蟻群有著明確的社會(huì)分工、嚴(yán)格的等級(jí)分化，是什么讓看似低等的小昆蟲有著如此社會(huì)化的屬性呢？
9月30日，“華南理工大學(xué)—深圳華大基因研究院”生命科學(xué)創(chuàng)新學(xué)院基因組科學(xué)創(chuàng)新班、2010級(jí)生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)碩士生李啟業(yè)為第一作者，2011級(jí)微生物學(xué)專業(yè)博士生王宗吉為并列第一作者，2010級(jí)生物技術(shù)專業(yè)本科生周旸為署名作者，華南理工大學(xué)為第一完成單位，深圳華大基因研究院、丹麥哥本哈根大學(xué)等單位共同合作完成的《切葉蟻等級(jí)特異的RNA編輯組》（Caste-specific RNA editomes in the leaf-cutting ant Acromyrmex echinatior）研究成果在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然? 通訊》（Nature Communications）上公開發(fā)表。
切葉蟻（Acromyrmex echinatior）因能從植物上切下葉子而得名，并對(duì)葉片進(jìn)行加工用來種植真菌作為食物。作為一種真社會(huì)性昆蟲，切葉蟻具有明確的勞動(dòng)分工，行為模式可以說已經(jīng)進(jìn)入了“農(nóng)業(yè)社會(huì)”。因此切葉蟻具有其他螞蟻不具備的行為模式，是研究行為分化很好的模型。
目前認(rèn)為，等級(jí)分化主要通過基因差異表達(dá)，DNA甲基化以及組蛋白修飾等分子機(jī)制決定，然而對(duì)于基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制的影響卻知之甚少。RNA編輯作為一種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，通過在基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上增加、刪除或取代某些核苷酸，從而使RNA序列不同于其DNA模版。相關(guān)研究表明RNA編輯對(duì)于保持神經(jīng)元正常功能，以及調(diào)節(jié)生物行為模式有著重要的作用。本研究不僅首次繪制出了切葉蟻RNA編輯圖譜，而且證明了RNA編輯對(duì)于調(diào)控切葉蟻等級(jí)間行為的分化具有重要作用，極大地拓寬了對(duì)等級(jí)分化分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為真社會(huì)性動(dòng)物的進(jìn)化研究提供了新的思路。
研究中，研究人員利用鏈特異性RNA-seq以及DNA重測序技術(shù)，結(jié)合自主研發(fā)流程對(duì)切葉蟻不同等級(jí)的處蟻后和大、小工蟻進(jìn)行了全面、準(zhǔn)確地檢測，平均獲得了11000個(gè)編輯位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其準(zhǔn)確度高達(dá)99%。研究人員發(fā)現(xiàn)在切葉蟻中能發(fā)生RNA編輯的基因主要與神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)、節(jié)律調(diào)節(jié)等功能相關(guān)，這暗示著RNA編輯作為一種轉(zhuǎn)錄后修飾，精細(xì)地調(diào)控著切葉蟻腦部的基因表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)等級(jí)間的行為差異。通過和其他螞蟻的比較分析，切葉蟻8-23%的編輯位點(diǎn)在螞蟻中是保守存在的，這些編輯位點(diǎn)可能和螞蟻真社會(huì)性的進(jìn)化相關(guān)聯(lián)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)不同樣品的全基因組RNA編輯模式和等級(jí)狀態(tài)明顯相關(guān)，而且還鑒定出了一批等級(jí)間顯著差異編輯的位點(diǎn)，首次證明了RNA編輯對(duì)于螞蟻行為的等級(jí)分化具有關(guān)鍵的調(diào)控作用。
切葉蟻基因組圖譜和注釋數(shù)據(jù)庫的公布，極大地促進(jìn)了切葉蟻等級(jí)差異RNA編輯組這一課題的開展。作為該項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，李啟業(yè)負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、分析指導(dǎo)和文章撰寫；王宗吉承擔(dān)了項(xiàng)目的主要分析工作，周旸負(fù)責(zé)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
據(jù)悉，這是基因組科學(xué)創(chuàng)新班學(xué)子在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上以第一作者身份發(fā)表的第三篇文章，也是在《自然》及其系列子刊上以第一作者身份發(fā)表的第二篇文章。自2009年3月“華工—華大”基因組科學(xué)創(chuàng)新班成立以來，創(chuàng)新班同學(xué)在科研上取得豐碩成果，共有58人次分別以第一作者、并列第一作者或署名作者身份在《Nature》、《Science》、《Cell》、《The New England Journal of Medicine》等國際頂尖學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文46篇。（圖文/通訊員 樊麗 高惠君 生物科學(xué)與工程學(xué)院 編輯/周玉）
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