Учёные выяснили, как муравьи сохраняют удивительную точность обоняния: они применяют генетический «щит», который заглушает соседние рецепторные гены.

Это открытие, результаты которого опубликованы в журнале Current Biology, объясняет давнюю загадку — каким образом каждый обонятельный нейрон муравья экспрессирует ровно один рецептор запаха, несмотря на сотни возможных вариантов.

В муравьиной ДНК содержатся сотни генов рецепторов запахов. Если один нейрон активировал бы несколько рецепторов, полученная информация в мозгу была бы смешана и нечётка. У плодовых мушек для этого существует определённый молекулярный переключатель, у млекопитающих — более хаотичный механизм с перестройкой хроматина.

Однако муравьи, особенно клонические муравьи, имеют число рецепторов, сравнимое с млекопитающими, — и многие из этих генов расположены в плотных кластерах друг за другом. Стратегия плодовых мушек не дала бы нужной избирательности в таких условиях.

Учёные, работая с клоническими муравьями, сначала выделили ткань антенн и проанализировали, какие рецепторные гены активны, затем локализовали их с высоким разрешением. Выяснилось, что когда нейрон активирует выбранный рецепторный ген, молекула фермента (РНК-полимеразы), копируя ДНК в РНК, «проскальзывает» дальше за границы этого гена, заходя в соседние вниз по геному, создавая специальные транскрипты. 

Вероятно, их роль не в функции как белка, а именно в подавлении активности соседних генов.

Также в обратном направлении формируются «антисмысловые»  РНК, которые блокируют активность генов выше по ходу расположения, предотвращая их активацию. Получается, что вокруг выбранного рецепторного гена создаётся своего рода тихая зона: соседние гены и вверх, и вниз по хромосоме «приглушены».

Этот механизм наблюдается не только у клонических муравьёв, но и у других социальных насекомых — у индийских прыгающих муравьёв и у медоносных пчёл. Это может означать, что данная стратегия широко распространена у насекомых, особенно у тех, у которых много рецепторных генов.

Наконец, исследование показывает, что такой щит позволяет муравьям быстро развивать новые рецепторные функции: дублированные гены могут быть интегрированы в систему без серьёзных проблем, поскольку система уже защищена от «шума» соседних генов.