真菌養殖切葉蟻的基因組已測序

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在人類播種第一批作物之前的數千萬年,一種較為不起眼的生物就開始了它自己的大規模農業活動。切葉蟻物種依靠積極管理的真菌養殖來餵養它們龐大的蟻群。

螞蟻新近測序的基因組,基於在巴拿馬甘博亞採集的三隻雄性頭切葉蟻,並在《PLoS Genetics》2月10日刊上描述,揭示了一個經過精心挑選的基因圖譜,該圖譜經過數千年的適應,以便在與其珍貴的真菌共生中生存和繁榮。

切葉蟻加入了少數其他基因組已被測序的螞蟻行列,包括阿根廷蟻佛羅里達木匠蟻和傑登跳蟻


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與其他昆蟲基因組相比,真菌養殖螞蟻的基因組(估計略多於18,000個基因)似乎多年來已被修剪。“據推測,螞蟻已經失去了這些基因,因為它們依賴於真菌,”威斯康星大學麥迪遜分校的細菌學家、研究合著者加雷特·蘇恩在一份準備好的宣告中說。“它們不再需要這些蛋白質到處遊蕩了。”

似乎被大量修剪的基因區域是那些與食物消化相關的區域。研究人員在他們的論文中指出,例如,螞蟻缺乏“與營養獲取和氨基酸生物合成相關的基因”。“這些基因似乎不再是必需的,因為真菌可能提供這些營養物質。”

螞蟻在其蟻群中生長的真菌被製成方便的食物包,稱為菌絲球,富含氨基酸、碳水化合物、脂類、蛋白質和維生素。目前正在進行對養殖真菌以及已知存在於共生系統中的其他微生物的基因組進行測序的工作。

“基因組使我們能夠理解這種昆蟲-微生物系統中的相互作用,”同樣是威斯康星大學細菌學家和論文合著者的卡梅倫·柯里在一份準備好的宣告中說。“它提高了我們理解共生演化的能力。”

研究人員還希望更深入地研究螞蟻的 DNA,以更好地理解頭切葉蟻表現出的巨大形態差異。小型農民螞蟻的頭部尺寸小至 0.8 毫米寬,而來自同一蟻群的大型兵蟻切葉蟻的頭部尺寸可能是其四倍以上。

除了它們有趣的生長和攝食模式外,切葉蟻還是西半球熱帶生態系統中的主要角色。它們的單個蟻群可以包含數百萬成員,體積可達 600 立方米。這些勤勞的昆蟲每年負責剪掉至少 12% 的熱帶森林樹葉——它們將這些樹葉餵給它們的真菌果實,而不是自己直接食用。這種可觀的收穫使它們成為碳迴圈中的關鍵環節,並且當人類農業侵佔它們自己的地盤時,它們也是強大的害蟲。

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