Unitatea de ecologie și evoluție (Alexander Mikheyev) Grupuri OIST
Unitatea Ecologie și Evoluție
De asemenea, consultați pagina noastră de laborator pentru date, metode, blog și o notă mai personală.
Scopul nostru general este de a înțelege interacțiunea dintre genom și mediu. Am profitat de infrastructura excelentă și de finanțarea generoasă disponibilă la OIST pentru a explora modul în care instrumentele analitice de nouă generație pot fi utilizate pentru a răspunde la o gamă largă de întrebări fundamentale în ecologie și evoluție. Deoarece progresele tehnologice au egalizat condițiile de joc, scăzând diferența de analiză posibilă pentru sistemele model și non-model, suntem interesați în special de a lucra cu organisme neobișnuite, a căror biologie unică pare cea mai potrivită pentru întrebările la îndemână. Principalele noastre proiecte de cercetare se concentrează în prezent pe înțelegerea (a) mecanismelor genetice implicate în determinarea castelor sociale de insecte, (b) explorarea consecințelor genetice ale interacțiunilor co-evolutive dintre simbionți, (c) înțelegerea interacțiunii dintre timp, geografie și structura genomică . De asemenea, suntem interesați să dezvoltăm noi instrumente de secvențiere de nouă generație pentru a ne facilita cercetarea.
Mecanisme genetice de diferențiere a castelor la insectele sociale
Viața pe Pământ a suferit mai multe progrese majore în complexitatea biologică. Prima și cea mai importantă dezvoltare a fost originea organismului din celule unice. În toate organismele multi-celulare unele celule renunță la reproducere, acționând ca un vehicul pentru perpetuarea altora. Organismele pot forma societăți, de obicei afaceri destul de flexibile, formate din indivizi fără legătură. Cu toate acestea, unele societăți au devenit „superorganisme”, în care anumiți indivizi renunță la drepturile de reproducere în beneficiul câtorva reproduceri. Deși multicelularitatea a evoluat o singură dată în istoria vieții, eusocialitatea a evoluat în mod repetat în multe linii de nevertebrate și chiar la mamifere. Organismele eusociale, cum ar fi furnicile, albinele și viespile, sunt componente dominante ale aproape fiecărui ecosistem. Succesul lor se datorează direct comportamentului lor social.
Există numeroase mecanisme de control în celule unice dintr-un organism care le obligă să coopereze. Selecția naturală, care este aproape miopă, poate selecta celulele care proliferează în detrimentul vecinilor lor care se comportă bine și pot duce la boli precum cancerul. În consecință, multe cercetări au fost dedicate înțelegerii mecanismelor de control al proliferării celulare. În mod similar, există mecanisme în vigoare pentru a regla funcționarea superorganismelor. Aceleași tipuri de conflicte care pot provoca cancer pot duce, de asemenea, la evoluția unui comportament social aberant, cum ar fi parazitismul și chiar fenomene mai ciudate. Cu toate acestea, știm încă relativ puțin despre fundamentele genetice ale comportamentelor eusociale.
Mai exact, suntem interesați să explorăm baza genetică a castelor la furnici. De asemenea, suntem interesați să folosim biprodusele evolutive ale sistemelor de castă pentru a aborda întrebări mai generale.
Utilizarea determinării genetice a castelor (GCD) pentru a înțelege comutatorul care controlează diferențierea regină-lucrătoare
Deși un ou nou depus se poate dezvolta fie într-o regină, fie în lucrător la majoritatea insectelor sociale, la câteva specii acest proces se află sub control genetic. GCD ne permite să determinăm potențial soarta de dezvoltare a unui individ încă de la începutul vieții. În colaborare cu Chris Smith, folosim furnica roșie de recoltat pentru a urmări modificările exprimării genelor la regină și la muncitori, indivizi destinați de la stadii larvare timpurii până la maturitate, pentru a înțelege dezvoltarea rețelelor transcripționale de regină și muncitoare. De asemenea, lucrăm cu alte două specii (Wasmannia auropunctata și Vollenhovia emeryii) pentru a încerca să identificăm genele implicate în GCD.
Diferențierea regină-lucrătoare în Diacamma
Spre deosebire de majoritatea furnicilor, Diacamma nu are adevărate regine, ci mai degrabă lucrători de reproducere numite gamergate. Orice lucrător poate deveni un gamergat după ce a ieșit dintr-o pupă ca individ individual. În cuiburile în care există deja un gamergat prezent, această furnică neclintită este atacată și mutilată, devenind un lucrător steril. Atunci când un gamergat nu este prezent, calul poate deveni noul gamergat. Acest sistem este supus la o varietate de manipulări experimentale și în prezent studiem expresia modificărilor genetice asociate diferențierii de castă de către cală. Această furnică trăiește în Okinawa și oferă un mare potențial pentru munca locală. Lucrăm în colaborare cu Yasukazu Okada.