2020-01-14 05:43:01
单一的气味接收基因将两种兰花蜂分开

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一只雄性兰花蜂在热带雨林中飞驰,呈彩虹色的绿色闪耀着同样鲜绿色的背景。蜜蜂停在各种各样的花,真菌和枯树上,收集芬芳的颗粒并将其存储在后腿的口袋中。然后,它栖息在树干上。但是蜜蜂没有休息。取而代之的是,它用翅膀在四周散布着一束香水。

芳香的努力都是为了吸引伴侣。

加州大学戴维斯分校进化与生态系的圣地亚哥·拉米雷斯(Santiago Ramirez)副教授说:“我们知道许多动物会产生信息素,它们通常是通过某种代谢途径产生的。 “但是兰花蜂是独特的,因为它们的大部分信息素实际上是从植物和真菌等其他来源收集的。”

兰花蜂是主要的调香师,研究表明,雄性炮制的香水是其特定物种所独有的。多年来,拉米雷斯(Ramirez)是加州大学戴维斯分校人口生物学中心的成员,最近获得了博士学位。人口生物学研究生小组研究生菲利普·布兰德(Philipp Brand)研究了兰花蜂的交配行为,揭示了导致成功繁殖的复杂化学物质。这项研究使他们对新物种的形成有了空前的见解。差异的驱动因素:环保香水。

在《自然通讯》上发表的一项研究中,布兰德,拉米雷斯和他们的同事们将兰花蜂中性信号的进化与每个物种的香水偏好塑造的基因联系在一起。

布兰德说:“我们的研究支持以下假设:在兰花蜂香水交流系统中,男性香水化学和女性对香水化学的偏爱可以通过单个受体基因的变化同时发展。”他的论文是该研究的基础。 。

拉米雷斯说:“想象一下,您有一个使用某些化合物相互交流的祖先物种。” “如果您有一个化学交流通道,然后该化学交流通道分成两个独立的通道,那么您就有机会形成两个独立的物种。”

香气四溢的前排座椅

在250种兰花蜂物种中,布兰德和拉米雷斯的研究重点是Euglossa viridissima和Euglossa困境,这是两个以前被归为一个科学名称的独立物种。他们大约在15万年前分裂了。从物理上和基因上,这两个物种几乎没有区别,但是幸运的是,它们主要生活在中美洲和南美洲的不重叠范围内,在墨西哥的尤卡坦半岛上有一些重叠。

“对于研究物种形成而言,这是一个整洁的分布,因为它表明我们观察到的变异不仅仅是地理变异的产物,而且当两种物种共存时,即使它们在亚种中经历了杂交,它们仍然保持独立的物种。最近的历史,”拉米雷斯说。 “每种物种在化学领域都占据着独特的位置。”

实际上,由于香水的化学差异,更容易区分E. viridissima和E. dilemma。研究人员使用气相色谱法和质谱法分离并分析了雄性兰花蜂诱人香水中的每种化合物。在E. viridissima和E. dilemma的香水之间,差别归结为两个分子。 E. viridissima的香水含有一个称为2-羟基-6-壬娜-1,3-二烯基苯甲醛(HNDB)的分子,而E. dilemma的香水含有一种称为L97的内酯。

拉米雷斯说:“基于这些主要化合物的存在,我们发现蜜蜂被分为两朵云,这强烈表明它们分别对应于一个单独的兰花蜂物种。”

根据拉米雷斯(Ramirez)的说法,这意味着这些类似费洛蒙的香水不仅在物种之间有所不同,而且还可能影响了它们的原始差异。

“有道理,对吗?”拉米雷斯说。 “如果您的化学信号不同,因此您不会与那些具有不同信号的化学物质交配,那么这将有助于保持物种彼此分离。”

气味信号-遵循天线

拉米雷斯和他的同事们在分析了大肠杆菌和两难困境的基因组之后,着重指出了嗅觉相关基因簇中的差异。在兰花蜂中,这些基因在触角中表达,使它们能够检测空气中的分子。研究人员发现,嗅觉受体基因41(OR41)在两个物种之间是不同的。

拉米雷斯说:“该基因在这两个物种之间积累了许多变化,表明这些变化是导致收集不同香料化合物的原因。” “这里的想法是,随着这些嗅觉基因的进化和积累新的突变,它们对不同的分子更加敏感,因此使蜜蜂能够收集或不收集某些化合物。”

根据布兰德所说,单个基因中的这种差异极为罕见。他说:“通常具有差异性的遗传区域,也称为'差异性基因岛',包含数十至数百个基因,很难确定所选择的基因。”

这是蜜蜂的膝盖(或基因)

为了弄清楚这两种兰花蜂使用OR41检测到的分子,布兰德和拉米雷斯使用了另一种空气传播昆虫果蝇(Drosophila melanogaster)。

拉米雷斯说:“我们创造了这些表达兰花蜂基因的转基因果蝇,这是一个精确解剖该基因功能的理想装置。”

该团队针对兰花蜜蜂环境中常见的单一气味和混合气味测试了每个物种的变体OR41。

当研究小组针对绿色大肠杆菌(E. viridissima)的OR41变体测试气味时,他们发现它对雌性用于孵化细胞的蜡中的香料混合物和蜡中常见的“几种中链至长链脂肪酸”有反应。该变体对单一化合物的气味没有反应。

困境双歧杆菌的OR41变体对物种特异性的HNDB化合物和含有HNDB的困境双歧杆菌香料混合物始终如一地反应。

布兰德说:“大肠杆菌困境中的OR41变异体进化成为高度特异性的受体,仅对其主要物种特异性香料化合物产生反应。”正因为如此,大肠杆菌的困境才有可能将HNDB与其他化学品区分开。

布兰德(Brand)在洛克菲勒大学(Rockefeller University)副教授凡妮莎(Vanessa Ruta)的实验室中担任博士后研究员,继续探索昆虫化学传感系统。他正在“确定行为进化背后的关键遗传和神经机制”。

布兰德说:“我关注的是生殖行为,例如求爱和交配,以及这些行为如何演变并有助于新物种的起源和维持。”

他补充说:“对我来说,将传统上分开的神经生物学和进化生物学领域充分整合是下一步,了解行为如何分化并产生新的物种。”

拉米雷斯(Ramirez)还在佛罗里达大学(University of Florida)的一个研究机构建立了兰花蜜蜂的首次繁殖种群。劳德代尔校区。拉米雷斯希望利用该设施继续研究蜜蜂的行为,并观察兰花蜂是否是进行化学通讯,动物行为和授粉生物学深入研究的可行选择。

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