Dans un article récent publié dans Communications naturellesles chercheurs ont utilisé Camponotus fellah (fourmis charpentières) comme espèce modèle pour effectuer un suivi comportemental et un séquençage de l’acide ribonucléique (ARN-seq) afin d’étudier les différences au niveau du transcriptome entre les travailleurs socialement isolés et les travailleurs en groupe.
Les chercheurs ont exploré les effets néfastes de l’isolement social sur le comportement et la durée de vie des organismes, notamment des insectes eusociaux.
Sommaire
Arrière-plan
Les fourmis, les termites et certaines lignées d’abeilles et de guêpes sont des insectes eusociaux et servent d’espèces modèles appropriées pour étudier les effets des environnements sociaux.
Des études ont documenté plusieurs effets néfastes de l’isolement social, tels qu’une durée de vie réduite, une immunité diminuée, des troubles du sommeil et des dysfonctionnements métaboliques.
Par exemple, dans C. Fallah, Les ouvrières isolées de la reine ou du couvain ont une durée de vie plus courte. L’isolement social affecte également leur comportement ; par conséquent, ils présentent une activité motrice accrue, une tendance à rester dans les régions périphériques des arènes d’alimentation et un apport et une dépense énergétique déséquilibrés.
Des études ont également montré que les processus digestifs atténuent directement les effets de l’isolement social. Par exemple, Formica Les ouvrières des fourmis en groupe conservent plus longtemps les aliments étiquetés, probablement parce qu’elles échangent de la nourriture. De plus, des études ont montré que l’isolement social affecte l’expression de gènes liés à la fonction immunitaire et à la réponse au stress.
À propos de l’étude
Des progrès récents ont facilité les manipulations génétiques et pharmacologiques chez les insectes sociaux. Ainsi, dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des travailleurs âgés de quatre mois pour une analyse de séquence d’ARN distinguable via un code couleur unique, et ceux âgés de plus de sept mois pour une réaction en chaîne par polymérase-transcription inverse quantitative (qRTPCR), des espèces réactives de l’oxygène (ROS). ) quantification, tests de survie et analyse comportementale avec des antioxydants.
Tous les ouvriers mineurs utilisés pour les expériences d’étude avaient une taille corporelle inférieure à huit millimètres (mm) et provenaient de colonies Queenright élevées en groupes de 10 ou seules. La conception expérimentale a pris en compte l’âge, l’environnement social et le bagage génétique afin de prévenir les effets de ces facteurs sur le comportement et la physiologie des fourmis.
Ensuite, les chercheurs ont extrait l’acide ribonucléique (ARN) des cellules et des tissus des fourmis (corps entier) et ont évalué son intégrité à l’aide d’un spectrophotomètre nanodrop 1000 et d’un bioanalyseur. Ensuite, ils ont utilisé l’ARN des fourmis pour créer des bibliothèques d’acide désoxyribonucléique complémentaire (ADNc) adaptées au séquençage via une machine Illumina HiSeq qui a généré un séquençage à une extrémité de 100 lectures de paires de bases (pb).
Ensuite, les chercheurs sont passés à la création d’un assemblage et d’une annotation du génome de référence pour C. fellah fourmi spp. Ils ont également examiné les relations évolutives entre différents gènes de fourmis, un processus appelé analyse phylogénique. Plus précisément, ils ont analysé le clan 3 du CYP, un groupe de gènes codant pour les enzymes du cytochrome P450. Notamment, les fourmis en groupe et isolées exprimaient différemment ces deux gènes.
Résultats
Semblable aux liens observés entre l’isolement social et le stress oxydatif chez la drosophile et les rongeurs, dans cette étude, les chercheurs ont noté que l’isolement social entraînait des changements dans l’expression des gènes d’oxydoréductase codant pour les oxydoréductases, des enzymes qui catalysent les réactions d’oxydoréduction. Cela a conduit à l’accumulation de ROS, en particulier dans le corps adipeux et les cellules de type hépatocytaire de C. fellah appelés œnocytes.
Des études ont impliqué les œnocytes d’insectes dans divers processus liés au vieillissement, notamment la production de ROS, le métabolisme énergétique, la biosynthèse des phéromones et l’inflammation systémique.
En outre, les résultats ont montré que les gènes impliqués dans la production et la détoxification des ROS variaient selon les différents tissus des fourmis, conduisant à un stress oxydatif, un état de déséquilibre résultant d’une production plus importante de ROS que de la capacité du corps à les détoxifier. De toute évidence, le stress oxydatif joue un rôle crucial dans le vieillissement et la sénescence chez les insectes sociaux
Dans cette étude, l’isolement social n’a pas modifié l’expression des gènes liés au système immunitaire, mais les voies liées à la liaison modifiée des acides aminés et à l’activité des transporteurs. L’incapacité des fourmis isolées à effectuer une trophallaxie, c’est-à-dire un échange de nourriture/liquides entre les membres du nid, et une digestion altérée ont affecté leur physiologie au-delà de leur immunité.
Alors que chez les vertébrés, l’hormone mélatonine régule les rythmes circadiens, chez les invertébrés, elle présente des propriétés antioxydantes. Les chercheurs ont examiné les effets de la supplémentation en mélatonine chez les fourmis socialement isolées et ont découvert que cela augmentait leur durée de vie mais n’affectait pas les fourmis du groupe. De même, le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD), un autre composé antioxydant, a augmenté la longévité des fourmis socialement isolées.
La supplémentation en antioxydants n’a pas affecté la vitesse des fourmis isolées, mais a considérablement réduit le temps passé près du mur et a complètement sauvé leur mode d’utilisation de l’espace. Les fourmis qui passent le plus de temps près de la périphérie/du mur de leurs enclos présentaient les niveaux de ROS les plus élevés, ce qui implique que l’utilisation de l’espace est un biomarqueur du stress induit par l’isolement social.
Un autre aspect intrigant de cette observation était que le traitement à la mélatonine éliminait les ROS du corps adipeux et des œnocytes des fourmis, mais n’affectait pas les niveaux de ROS dans leur tête et leur tube digestif. Des études antérieures ont fait des observations similaires chez la souris, où l’isolement social réduisait leur comportement exploratoire.
Conclusions
Dans l’ensemble, la présente étude a remarquablement démontré les effets néfastes de l’isolement social sur l’expression des gènes, le comportement et la longévité des individus. C. fellah fourmis. Les résultats ont montré qu’une augmentation du stress oxydatif dans les œnocytes et dans le corps adipeux était à l’origine des effets indésirables déclenchés par l’isolement social. Les données de l’étude fournissent un aperçu de la manière dont les perturbations sociales affectent la santé et la longévité de tous les organismes eusociaux.
