多态性是指从单一基因组中表达出不同的表型,这是通过表型可塑性实现的,使个体能够根据遗传、表观遗传或环境信号选择不同的发育路径。社会性昆虫是一个特别有趣的案例,因为它们的劳动分工导致了极端形态、生理和行为表型的出现。在膜翅目昆虫中,蚂蚁、囊状蜜蜂(除兰花蜂外)和黄蜂独立演化出了高级的社会性形式,其特点是不可逆的雌性-工蜂种姓分化,这一过程在幼虫早期就开始了。
根据“生殖基础计划假说”(Reproductive Ground Plan Hypothesis, RGPH),社会性昆虫中的劳动分工是通过利用古老的、保守的基因网络演变而来的,这些网络原本用于调控独居行为,如觅食、繁殖或滞育。基因调控网络的新配置产生了新的特征(促进了变异)。虽然多态性可以通过基因表达的变化产生,但向社会性的重大转变也依赖于更高层次的调控机制,这些机制将发育过程导向生殖型或功能上不育的个体。
尽管社会性在不同谱系中独立演化,但类似的遗传途径调控着表型可塑性。研究发现,对营养敏感的基因及其相关网络通过后续的幼虫激素信号传导促进了种姓分化。此外,也存在一些例外情况,即通过遗传因素直接决定种姓。
不同种姓以及不同性别不仅在体型上存在差异,在同源身体部位(如眼睛和腿)上也具有特定的种姓和性别相关形态结构。在其他昆虫(如甲虫和果蝇)中,性别决定机制被用来调控性别特异性的表型创新。因此,在蜜蜂和蚂蚁中,性别决定机制在种姓多态性中的作用可能被低估了。由于大多数研究关注的是雌性种姓的确定和分化,雄性通常被排除在外。然而,最近的研究表明,调控性别二态性的机制也参与了一些蜜蜂的种姓相关多态性以及蚂蚁的雄雌同源表型可塑性。
在这篇简短的综述中,我们总结了关于性别决定途径在膜翅目昆虫(尤其是蜜蜂)种姓多态性中作用的最新研究进展。我们旨在探讨与性别决定和模式基因相关的基因调控途径在种姓分化中的作用,并通过更广泛的系统发育分析以及综合分子生物学方法来填补知识空白。