У трансгенных муравьев обонятельные нейроны светятся в ответ на запахи

Феромоны играют огромную роль в жизни эусоциальных насекомых, и муравьи в этом отношении не являются исключением. За восприятие феромонов у насекомых отвечает система, состоящая из чувствительных обонятельных нейронов, которые иннервируют гломерулы (клубочки) в обонятельных луковицах. В обонятельных долях мозга муравья содержится около 500 гломерул. Чтобы определить, как различные запахи влияют на их активность, американские ученые создали трансгенных муравьев, у которых обонятельные нейроны светились зеленым при активации. Результаты исследования опубликованы в Cell.

В качестве модели ученые выбрали муравья Ooceraea biroi, а среди феромонов сфокусировались на тех, которые сигнализируют об опасности. Их химическая структура и принцип действия уже охарактеризованы — эти соединения выделяются в воздух и действуют на других особей, вызывая характерные изменения в их поведении, которые можно охарактеризовать как «агрессия» и «паника». Исследователи детально описали поведенческий ответ муравьев на каждый из «тревожных» феромонов и их сочетания.

Для дальнейшего исследования авторы модифицировали геном O. biroi с помощью системы на основе транспозона PiggyBac. Таким образом они получили насекомых, у которых в обонятельных нейронах экспрессировался искусственный кальциевый индикатор GCaMP, флуоресцирующий зеленым в присутствии ионов кальция. На данный момент это первый пример успешного редактирования генома муравья. Аналогичная система уже была ранее использована для изучения обоняния у медоносных пчел. Ген, кодирующий GCaMP, был поставлен под контроль промотора гена Orco, кодирующего корецептор обонятельных рецепторов. Авторы работы клонировали с генома муравья последовательность длиной 2,4 тысячи пар оснований, находящуюся непосредственно перед геном Orco и содержащую энхансер и промотор. Далее эта регуляторная последовательность была соединена с последовательностью гена GCaMP в составе вектора PiggyBac. С помощью такой системы были получены муравьи, у которых GCaMP экспрессировался только в обонятельных рецепторах, а по его свечению можно было детектировать работу обонятельной системы.

Схема изучения работы тревожных феромонов на модели трансгенных муравьев. Активацию обонятельных нейронов феромонами выявляли по флуоресценции GCaMP, которая детектировалась при помощи пространственной двухфотонной микроскопии.
Credit:
Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.025 | CC BY

Ученые регистрировали свечение обонятельных нейронов у муравьев в ответ на различные одоранты, чтобы детально описать работу обонятельной системы. В ответ на каждый из тревожных феромонов активировалась только небольшая доля гломерул в обонятельных долях — не более 6 из 500 в каждом случае. Кроме того, отвечающие на сигналы опасности гломерулы имеют схожее пространственное расположение.

Результаты работы улучшают понимание нейробиологии социальных насекомых и обозначают направление для дальнейших исследований. Так, авторы статьи говорят, что точная связь между активацией отдельных гломерул и характеристиками поведения муравьев пока не установлена и требует более подробного изучения.

Феромоны подскажут мушке, где отложить яйца