沙漠蚂蚁中用于识别巢友的基因组结构

巢穴识别化学信号（CHCs）的遗传基础研究显示，沙漠蚂蚁Cataglyphis niger的CHC变异与99个候选QTL相关，形成13个基因集群，其中7个在个体和群体层面均有发现，证实CHC为复杂多基因性状，遗传因素对其表型变异有显著影响。

　　
沙漠蚂蚁切肢蜡质烃（CHC）的遗传调控机制研究

摘要部分揭示了社会性昆虫巢穴识别机制的核心化学信号——CHC的遗传基础研究。该研究采用全基因组测序结合化学分析技术，首次在蚂蚁中实现CHC多组学关联分析。通过47个独立蚁群的样本，在个体和群体两个层面开展GWAS，发现99个候选QTL区域，其中18种CHC的变异与特定基因座显著相关。特别值得注意的是，13个基因簇（平均包含3-4个QTL）在个体和群体层面同时得到验证，这为理解社会性昆虫化学通讯的遗传基础提供了新视角。

引言部分系统梳理了CHC在蚂蚁社会识别中的核心地位。研究指出，蚂蚁通过体表分泌的CHC混合物形成独特的化学指纹，这种化学信号的遗传多样性直接影响群体间的识别能力。尽管已有研究证实环境因素（如巢穴材质、食物来源）对CHC组成的显著影响，但关于其遗传机制的探索仍存在空白。本研究创新性地采用双层级联分析方法，既考虑个体遗传差异，又整合群体层面的平均遗传特征，这种双重验证机制为复杂性状的解析提供了新范式。

方法学部分构建了完整的分析框架：样本采集覆盖以色列北部4公里生态梯度，每个巢穴采集6名工蚁进行全基因组测序（平均深度12×）和ddRAD-seq（深度65×）。化学分析采用改进的GC/FID技术，通过正态化处理消除测量偏差。基因组数据处理流程包括：1）SNP筛选（MAF≥0.015， reads≥6） 2）建立双亲系亲缘矩阵（IBD共享长度） 3）采用GAPIT工具进行混合线性模型分析，纳入PCA校正和多重检验校正。特别设计了两种分析模式：个体层面的直接关联分析和群体层面的均值关联分析，通过Q-Q图验证统计显著性。

核心结果显示，在个体层面发现69个QTL（FDR≤30%），涉及18种CHC；群体层面检测到30个QTL，其中5个与个体层面存在重叠。13个基因簇（平均间距12cM）呈现显著聚集特征，其中7个在个体和群体层面均存在关联。值得注意的是，与脂肪酸代谢相关的基因（如CYP716A1）和信号转导基因（如CADH99）在多个CHC位点形成功能模块。例如，5Me-C25的QTL分布在5个不同染色体区域，分别关联到甲基转移酶、脂质转运蛋白等不同功能通路。

讨论部分着重解析两种模型的作用机制：个体主义模型强调遗传相似性，而Gestalt模型关注群体互动对化学信号的塑造。研究发现群体层面的QTL分布更集中，支持化学信号的群体整合假说。但环境因素的影响仍占主导地位，具体表现为：1）校正亲缘关系后，遗传变异解释率（PEV）仅为23-30% 2）前6个主成分（PCs）中仅PC4和PC5与遗传标记显著相关 3）环境变量（如食物残渣、巢穴材质）的测量误差可能掩盖部分遗传信号。值得注意的是，某些QTL区域（如染色体7的7号-13号SNP区间）同时关联到多个CHC类型，这暗示存在通用的代谢调控网络。

研究首次揭示蚂蚁CHC的多基因调控图谱，99个QTL中：42%位于代谢相关基因（如脂肪酸合酶、脱羧酶），28%涉及信号通路基因（如钙离子转运蛋白、TANC2蛋白），剩余30%为未知功能基因。其中，5Me-C25的QTL在个体层面与SOD2基因相关（r2=0.282），在群体层面与TANC2基因关联（r2=0.298），这种功能冗余可能增强群体化学信号的稳定性。特别需要指出的是，基因Slingshot 1（PPH1）的QTL同时关联到C29和C31两种CHC，这提示可能存在跨链长的调控机制。

未来研究方向建议：1）开展全生命周期化学组测序，解析发育阶段对CHC遗传调控的影响 2）建立环境因子数据库，通过多组学整合分析明确环境-遗传交互作用 3）开发新型分子标记技术（如甲基化测序）以检测表观遗传调控机制 4）进行人工选择实验，通过定向培育验证QTL功能。此外，研究团队已建立包含103个样本的跨区域遗传数据库（NCBI PRJNA35697），这为后续开展多群体比较基因组学奠定了基础。

该研究的重要启示在于：社会性昆虫的化学通讯系统同时受遗传变异和动态环境因素的共同调控。尽管遗传贡献度相对较低（23-30%），但99个QTL的发现证实了基因多态性在维持群体化学多样性中的基础作用。特别在群体层面发现的30个QTL中，有12个位于已知的代谢通路基因簇，这为理解群体间化学信号的进化适应提供了分子证据。未来结合CRISPR基因编辑技术，可在关键QTL区域开展功能验证，进一步揭示化学通讯的分子调控网络。