تربية النحل، نحلة

كشف العلماء في جامعة كوين ماري في لندن والجامعة الوطنية الأسترالية كيف يمكن أن تؤدي التغييرات في التغذية في التطور المبكر لنحل العسل إلى اختلاف كبير في خصائص البالغين.

الملكة والشغالة في نحل العسل متطابقان من الناحية الوراثية، ولكنهما يحصلان على نظام غذائي مختلف كيرقات. وقد وجد الباحثون أن أنماط معينة من البروتين على الجينوم تلعب دورا هاما في تحديد أي واحد يتطور إلى ملكة أم إلى شغالة.

هذه البروتينات ، والمعروفة باسم histones ، هي بمثابة مفاتيح تتحكم في كيفية تطور اليرقات، يحدد النظام الغذائي ذلك بأن يتم تنشيط رموز التبديل. وجد الباحثون أن الملكة تتطور بشكل أسرع وأن مسار النمو التطوري ينشط بفاعلية برنامج تطوير الملكة الافتراضي.

يحدث هذا التغيير من خلال الوراثة (epigenetics) - وهي مجموعة ديناميكية من التعليمات التي توجد 'فوق' المعلومات الجينية. تشفر التعديلات العاجلة وتوجه برنامج الأحداث التي تؤدي إلى التعبير الجيني التفاضلي والنتائج التنموية للشغالات أو الملكة. وتصف الدراسة ، التي نُشرت في أبحاث الجينوم Genome Research ، خريطة الجينوم العريضة لأنماط الهستونات في نحل العسل، والأول بين أي كائن من نفس الجنس يختلف في التقسيم الإنجابي للعمالة.

النحل هو ملقحات مهمة جدا، لذلك من الأهمية بمكان أن نفهم البيولوجيا الجزيئية ، وكيفية تطورها والآليات التي تنظم ذلك. قال المؤلف الرئيسي الدكتور بول هيرد، من جامعة كوين ماري في لندن: "إن قدرة اليرقة الفردية على أن تصبح شغالة أو ملكة، يرجع إلى الطريقة التي يتم بها تشغيل أو إيقاف تشغيل الجينات استجابة للنظام الغذائي المحدد؛ وهذا يحدد نتائج مختلفة من نفس الجينوم".

"نبين أن الملكات والشغالات لديهم أنماط هيستون محددة على الرغم من أن حمضهم النووي هو نفسه. هذه البروتينات تتحكم في كل من الجوانب الهيكلية والوظيفية للمادة الجينية للكائنات الحية ولديها القدرة على تحديد أي جزء من الجينوم، ومتى يجب أن يكون تم تفعيلها للاستجابة لكل من المحفزات الداخلية والخارجية."

الهستونات لها علامات كيميائية صغيرة، أو تعديلات جينية، تسمح لها بالتصرف بشكل مختلف عن تلك التي لا تفعل ذلك عادة بالسماح بالوصول إلى الحمض النووي والجينات.تعمل الهستونات قليلاً مثل التروس، مما يسمح بتمديد مساحات الدنا بكثافة. تساعد التعديلات الوراثية في الهستونات على تمكين الحمض النووي المتشابه من التصرف بطرق مختلفة، لأنه يتسبب في أن يكشف الهستونات عن أجزاء من الحمض النووي مما يجعل الوصول إليها ممكنًا. يمكن بعد ذلك نقل هذه الامتدادات من الحمض النووي وترجمتها إلى بروتينات.

وأضاف البروفيسور ريزارد ماليسزكا، المؤلف المشارك في الدراسة، من الجامعة الوطنية الأسترالية: "لقد كان حجم تعديلات الهيستون التي كشفت عنها هذه الدراسة ملحوظًا وتجاوز توقعاتنا. وقد تمكنا من تحديد الاختلافات المهمة في جينومات الشغالات والملكات".

يمكن تغيير المعلومات الجينية عن طريق العوامل البيئية، بما في ذلك النظام الغذائي. في حالة نحلة العسل ، تتغذى اليرقات على غذاء ملكات النحل، وهي مادة قوية قادرة على تغيير التعليمات التنموية.

قال الدكتور هيرد: "فكرنا في الجينوم كدليل تعليمات لكل شيء ممكن، لكن علم الوراثة هو الطريقة التي تقرأ بها هذه التعليمات”.

وجد الباحثون أن بعض أهم الاختلافات اللاجينية في مناطق من جينوم نحل العسل ليست جزءا من الجينات. للمرة الأولى، تم تحديد مناطق الحمض النووي التنظيمي الخاصة بالطبقات والتي تعتبر مهمة جدًا في صنع ملكة أو شغالة.

قال البروفيسور ماليززكا: "إن نتائجنا مهمة لأن وجود مستوى عالٍ من تشابه مجموعات الأدوات الوراثية بين نحل العسل والثدييات يجعل هذه الحشرة المألوفة نظامًا لا يقدر بثمن للتحقيق في تعقيدات التنظيم اللاجيني الذي لا يمكن معالجته عند البشر أو الثدييات الأخرى".

لقراءة الملخص البحثي بالإنجليزية:
https://genome.cshlp.org/content/early/2018/08/20/gr.236497.118