Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Because honeybee maturation has so many hallmarks of an epigenetic phenomenon, researchers speculated that there would also be an involvement of the epigenetic machinery. The first indications that this is indeed the case came in 2006. This was the year when researchers sequenced the genome of this species, to identify the fundamental genetic blueprint[264]. Their research showed that the honeybee genome contained genes that looked very similar to the DNA methyltransferase genes of higher organisms such as vertebrates. The honeybee genome was also shown to contain a lot of CpG motifs. This is the two-nucleotide sequence that is usually the target for DNA methyltransferases.

In the same year, a group led by Gene Robinson in Illinois showed that the predicted DNA methyltransferase proteins encoded in the honeybee genome were active. The proteins were able to add methyl groups to the cytosine residue in a CpG motif in DNA[265]. Honeybees also expressed proteins that were able to bind to methylated DNA. Together, these data showed that honeybee cells could both ‘write’ and ‘read’ an epigenetic code.

Until these data were published, nobody had really wanted to take a guess as to whether or not honeybees would possess a DNA methylation system. This was because the most widely used experimental system in insects, the fruit fly Drosophila melanogaster, whom we met earlier in this book, doesn’t methylate its DNA.

It’s interesting to discover that honeybees have an intact DNA methylation system. But this doesn’t prove that DNA methylation is involved in the responses to royal jelly, or the persistent effects of this foodstuff on the physical form and behaviour of mature bees. This issue was addressed by some elegant work from the laboratory of Dr Ryszard Maleszka at the Australian National University in Canberra.

Dr Maleszka and his colleagues knocked down the expression of one of the DNA methyltransferases in honeybee larvae, by switching off the Dnmt3 gene. Dnmt3 is responsible for adding methyl groups to regions of DNA that haven’t been methylated before. The results of this experiment are shown in Figure 14.1.

Figure 14.1 When royal jelly is fed to honeybee larvae for extended periods, the larvae develop into queens. The same effect is seen in the absence of prolonged feeding with royal jelly if the expression of the Dnmt3 gene is decreased experimentally in the larvae. Dnmt3 protein adds methyl groups to DNA.


When the scientists decreased the expression of Dnmt3 in the honeybee larvae, the results were the same as if they had fed them royal jelly. Most of the larvae matured as queens, rather than as workers. Because knocking down Dnmt3 had the same effects as feeding royal jelly, this suggested that one of the major effects of royal jelly is connected with alterations of the DNA methylation patterns on important genes[266].

To back up this hypothesis, the researchers also examined the actual DNA methylation and gene expression patterns in the different experimental groups of bees. They showed that the brains of queens and worker bees have a different DNA methylation pattern. The DNA methylation patterns in the bees where Dnmt3 had been knocked down were like those of the normal royal jelly-induced queens. This is what we would expect given the similar phenotypes in the two groups. The gene expression patterns in the normal queens and the Dnmt3-knockdown queens were also very similar. The authors concluded that the nutritional effects of continual feeding on royal jelly occurred via DNA methylation.

There are still a lot of gaps in our understanding of how nutrition in the honeybee larva results in altered patterns of DNA methylation. One hypothesis, based on the experiments above, is that royal jelly inhibits the DNA methyltransferase enzyme. But so far nobody has been able to demonstrate this experimentally. It’s therefore possible that the effect of royal jelly on DNA methylation is indirect.

What we do know is that royal jelly influences hormonal signalling in honeybees, and that this changes gene expression patterns. Changes in the levels of expression of a gene often influence the epigenetic modifications at that gene. The more highly a gene is switched on, the more its histones become modified in ways which promote gene expression. Something similar may happen in honeybees.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука