综述：重新思考昆虫社会行为进化中的表观遗传学基础

《Current Opinion in Insect Science》：Rethinking the Epigenetic Foundations of Social Behavior Evolution in Insects

　　卡洛斯·安东尼奥·门德斯·卡多索-朱尼奥尔 | 克劳斯·哈特费尔德
圣保罗大学里贝朗普雷图医学院细胞与分子生物学及生物致病因子系，巴西圣保罗州里贝朗普雷图

基因体DNA甲基化是一种进化上保守的、稳定但可逆的DNA修饰方式，其中CpG序列中的胞嘧啶被DNA甲基转移酶（DNMT）共价甲基化为5-甲基胞嘧啶。在蜜蜂（Apis mellifera L.）中发现的功能性基因体DNA甲基化系统与人类机制具有高度同源性，这使得包括黄蜂、蚂蚁和蜜蜂在内的社会性膜翅目昆虫成为表观遗传学研究的理想模型。它们复杂的社群由多种具有不同形态、生理和行为的表型组成，所有这些表型均源自同一个基因组。本文综述了关于社会性膜翅目昆虫DNA甲基化的研究进展，重点关注三个方面的最新发现：
(i) 基因体DNA甲基化对转录的影响极小或几乎没有影响；
(ii) 基因组甲基化模式在世代间以及不同体细胞组织中能够忠实传递；
(iii) DNMT1对生殖细胞至关重要，但对于体细胞发育并非必需。

作为汉密尔顿包容适应度理论的一种机制补充，我们认为群体特有的基因体DNA甲基化模式可能促进（但不是决定）膜翅目昆虫向真社会性状态的转变。基于“DNA甲基化介导的基因重组假说”，我们提出DNMT1维持的基因体DNA甲基化加速了真社会性物种的基因组进化，使其向更高的社会复杂性发展。另一方面，DNMT3可能在性别决定途径下游发挥作用，通过非甲基化机制促进无生殖能力的工蜂表现出利他行为。

《当前昆虫科学观点》2026年，0:xx–yy
本文出自“社会性昆虫”专题（2025年）
编辑：https://doi.org/10.1016/j.cois.2026.1015272214-5745/
? 2026 作者。由Elsevier Inc.出版。

**引言**
基因体DNA甲基化（gbDNAm）是一种在生命树中广泛存在的进化保守机制，从细菌到脊椎动物均有发现[1]。与常抑制转录活性的启动子甲基化和转座子甲基化不同，gbDNAm主要发生在编码生理功能的普遍表达基因中[2]。尽管这一现象具有高度保守性，但在果蝇（Drosophila melanogaster）、秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等遗传模型生物中，其存在仍引发了对其基因组调控功能的质疑[3]。

社会性膜翅目昆虫拥有完整的基因体DNA甲基化酶系统（包括DNMT1和DNMT3），使其成为表观遗传学研究中的无脊椎动物模型。蜜蜂（Apis mellifera）是首个其基因组甲基化模式被解析到单碱基对水平的无脊椎动物[5]。有趣的是，其DNA甲基化仅局限于基因体（外显子-内含子区间）[5]。虽然存在例外情况[6, 7]，但社会性昆虫的基因组甲基化程度通常较低（约1%的CpG位点被甲基化），且甲基化位点在基因中的分布较为分散[2]。Kucharski等人在一项开创性研究中表明，DNMT3敲低可诱导出类似蜂王的表型，从而将DNA甲基化与真社会性昆虫的阶层分化联系起来[8]。

**蜜蜂的发育途径**
蜜蜂的生物学特征凸显了多态性的经典实例：性别的遗传决定与营养驱动的表观遗传系统相结合，使得雌性个体能够发展出两种不同表型：寿命较长、能够繁殖的蜂王和寿命较短、无生殖能力的工蜂。在高度社会化的蜜蜂中，蜂王和工蜂来自相同的基因型。饮食（蜂王浆与工蜂浆）是决定幼虫最终命运的唯一环境因素。如果未分化的幼虫摄入大量蜂王浆或较少量的工蜂浆，其发育路径会按照这些营养信号分道扬镳。即使在失去蜂王的情况下，群体仍可从中培育出新的蜂王[9]。这表明阶层分化完全由环境因素驱动，是表观遗传调控的经典例子——单一基因型能够产生多种表型。在缺乏性染色体的蜜蜂中，雄性和雌性共享同一基因组，仅在其倍性上存在差异。蜜蜂中的某个基因座（csd）的杂合状态会激活一系列性别决定蛋白，促进雌性发育[10]。雄性（蓝色球体）为单倍体，因此具有csd基因的杂合状态；当蜂王与携带相同csd等位基因的雄性交配时，会产生二倍体雄性（灰色球体），其中虚线表示工蜂可能通过捕食幼虫来阻止雄性的发育[10]。

后续研究揭示了不同形态（如蜂王与工蜂[5]）及行为类型（如护理工蜂与采集工蜂[10]）与基因体DNA甲基化之间的关联[11]。最初有假设认为gbDNAm参与转录调控，包括可变剪接过程[5]。然而，独立分析表明对差异数字甲基化和剪接基因的估计可能存在过高[12]。另一种观点认为gbDNAm可以抑制内部隐秘启动子的活性[13]。在黄蜂[14]和蜜蜂[15]中，gbDNAm被认为有助于减少转录噪声/变异性。尽管这些假设强调了gbDNAm的转录调控作用，但我们认为它们无法全面解释社会性昆虫基因组甲基化的遗传模式和进化后果[12, 13]。

**群体特异性与稳定性**
一项针对克隆掠夺蚁（无蜂王）的研究直接质疑了gbDNAm调控转录的作用[7]。在这种独特的蚁类中，工蜂无性繁殖产生基因克隆后代，消除了遗传混淆因素，结果显示繁殖蚁与非繁殖蚁的基因组甲基化无明显差异[7]。此外，对已发表的蜜蜂基因组数据的重新分析表明，甲基化差异可能是由于样本间的遗传异质性造成的假阳性[7]。不过，鉴于克隆掠夺蚁的非典型生命周期，仍需谨慎评估gbDNAm在真社会性昆虫中的作用[7]。通过使用基因型均匀的姐妹工蜂群体（如来自单配偶蜂王的群体），我们发现即使在转录水平存在显著变化的情况下，群体间的甲基化差异也很小[16]。相反，基因组甲基化模式紧密关联于群体基因型，不同群体之间存在数千个甲基化区域[16]——这是蜜蜂基因组甲基化变化中最显著的现象（每对比较中超过10,000个差异区域）。此外，某些“组织”或“社会环境”相关的甲基化差异可能是由于不同群体样本混合造成的假阳性[16]。因此，当基因型标准化后，甲基化差异实际上反映了群体特异性的DNA序列[7, 16, 21]。

**不一致性与多样性**
在独居昆虫及其他无脊椎动物中也有类似发现[12, 17, 18, 19, 20]。在蜜蜂中，gbDNAm以高保真度从配子传递给后代[21]，表明其世代间传递与父系遗传密切相关，且无全局性的清除或重新甲基化现象[20, 21, 22]。此外，蜂群内的gbDNAm多样性与父系数量相关[21, 23]，这可能是多配偶交配的结果[23]。目前普遍认为，gbDNAm在世代间和组织间稳定传递[16, 21, 22]，主要反映父系特异性的DNA序列[7, 16, 24]（见图1A和S1）。

**结论**
蜜蜂的基因体DNA甲基化在世代间和组织间保持稳定（图1），而DNMT3与工蜂的特定行为表型相关（图1B）。在蜂王群体中，老年采集工蜂的脂肪体中DNMT3表达增强，而维生素D原（Vg）表达降低[37]，后者是护理工蜂身份的决定因素[37]。在年轻护理工蜂中，Vg的表达受饮食和信息素（蜂王下颚信息素）的影响[38, 39]。尽管gbDNAm看似“静态”，但蜜蜂确实存在表观等位基因[25]及亲本来源和组织特异性的甲基化现象[16, 24]。然而，其广泛的基因组分布和对谱系的高度特异性可能限制了其进化意义[26]。尽管群体微环境因素（如病原体负荷）可能影响基因组甲基化[27]，但越来越多的证据表明[7, 16, 21, 22]，基因型本身是决定甲基化差异的主要因素。

自发现社会性昆虫DNA甲基化系统以来，仍有许多关键问题未得到解答：
(i) DNMT3如何调控蜜蜂及其他真社会性昆虫的阶层命运；
(ii) gbDNAm如何通过DNMT1的维持作用促进昆虫的社会进化；
(iii) gbDNAm的进化保守性是否有普遍性解释？
DNMT3在阶层分化中的机制十分复杂，不能简单地归因于蜂王浆中的特定成分（如royactin或蛋氨酸水平[28, 29]）。为解答这些问题，我们结合了表观遗传学的最新研究进展：
1) gbDNAm模式的改变并不能预测转录水平[30]；
2) 与哺乳动物不同，蚂蚁中的DNMT1对生殖细胞至关重要，但对体细胞组织非必需[31]；
3) 甲基化的CpG位点在父母与后代间忠实传递[21, 22]，体细胞和生殖细胞具有相似的基因组甲基化模式[16, 21]；
4) 昆虫中的DNMT酶具有多重功能，独立于gbDNAm[12, 16, 17, 18, 19]。因此，我们提出一个新的理论框架，区分gbDNAm和DNMT1的作用。

**环境响应**
研究表明，DNMT3通过维生素D原（Vg）影响工蜂的生理状态[35]。随着DNMT3在工蜂特定发育中的关键作用得到证实[8]，后续研究关注了蜂王与工蜂在行为和生理特征上的差异。出于药物抑制DNMT3的研究发现，无蜂王的地面熊蜂工蜂寿命延长了43%[32]。在蜜蜂中，虽然阶层差异在发育过程中固定，但这种影响仍然显著[33]。我们认为，这种效应的差异主要体现在生理而非形态上，表明DNMT抑制在无蜂王熊蜂工蜂中引发了类似蜂王的表型[34]。总体而言，DNMT3已成为调节无脊椎动物主要生命史特征的关键因子[35]。

我们发现药物抑制DNMT3会通过维生素D原来改变工蜂的生理状态[33]——这是一种主要在腹部脂肪体中表达的非甲基化基因，编码卵黄前体磷脂糖蛋白，对繁殖至关重要。在护理工蜂中，维生素D原水平的升高标志着从护理工蜂到采集工蜂的转变[37]。在蜂王信息素存在下，这种转变会因维生素D原和幼虫激素水平的改变而延迟[38, 39]。这两种因素可能相互关联，因为高水平的维生素D原会抑制幼虫激素的产生[40]。在工蜂大脑中，蜂王信息素会激活护理工蜂相关的基因，同时抑制采集工蜂相关的基因[41]。在卵巢中，蜂王信息素通过程序性细胞死亡和维生素D原受体的关闭促进不育[42, 43]。在没有进入卵巢的情况下，QMP+条件下表达的Vg可能会被大脑[44]以及负责生产王浆的头部和下咽腺[45]所隔离。在工蜂的大脑中，Vg转移到细胞核中，并优先结合到与免疫相关基因的启动子上[44]。因此，脂肪体中由DNMT3介导的Vg抑制作用[33]将DNMT3定位为整合营养[8, 43]和信息素[16, 43]信号的调节因子，这些信号支持不育工蜂执行无私的非生殖任务。进一步支持DNMT活性作为促进工蜂生殖利他行为的关键调节因子的研究表明，调节Dnmt3表达的环境线索也会影响生育能力和寿命。例如，成年工蜂摄入王浆可以通过改变卵巢中的Dnmt3和Vg表达来克服QMP诱导的不育[43]。虽然蜂蜜蜂的QMP通过类似饥饿的机制促进行为不育[46]，但王浆可以促进昆虫、蠕虫甚至哺乳动物的繁殖并延长寿命[47]。这些由DNMT介导的营养效应在蜂蜜蜂工蜂中是剂量依赖的[48]，因为较低剂量的王浆通常可以延长寿命而不影响卵巢不育[48, 49]，而较高剂量则会激活卵巢但增加死亡率[43]。可能工蜂会避免摄入王浆，因为它会抵消QMP带来的老化延迟[43]。因此，我们提出，DNMT3更像是一种细胞内的环境干扰传感器[35]，通过与生殖蓝图蛋白（如Vg）的祖先联系，帮助自我组织工蜂的分工（图2）。

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图2. 一个假设的途径，连接了由蜂蜜蜂基因组编码的四种表型中的性别决定、种姓和成年行为。最近的研究表明，传统上与性别决定相关的蛋白质也调节工蜂的社会行为[56, 57]。性别在胚胎发生期间由基因决定：受精卵（2n）产生两种不同的、性别特异性的Csd蛋白变体（这是蜂蜜蜂独有的信号），触发从fem（与其他社会性膜翅目昆虫共享）开始的一系列选择性剪接事件，从而促进生成雌性特异性的doublesex（Dsx）mRNA异构体。在未受精卵（n）或二倍体雄蜂（2n，但在csd位点上为纯合子）中，不会发生fem和dsx的性别特异性剪接，从而产生雄性特异性的短版本。在幼虫发育期间，受营养[8]调节的DNMT3活性通过作用于高度保守的“生殖蓝图”基因来调节种姓。我们提出，典型的性别特异性剪接的性别决定蛋白（如Fem和Dsx）在雌性和雄性发育过程中都位于DNMT3的上游。雌性二倍体成年蜂中性别决定蛋白的持续活性（Fem和Dsx框中的虚线箭头）表明它们对DNMT3调节的工蜂特征（如利他行为，例如通过卵黄蛋白[Vg]）有间接影响。在这个假设的途径中，王后的幼虫中的DNMT3活性不会被抑制（或与工蜂相比有所减少）；相反，它会完全响应王浆信号。同样，雄蜂中的DNMT3在雄性特异性的Fem和Dsx异构体的下游发挥作用。星号（*）表示，二倍体雄蜂的不育可能是由于工蜂施加的适应性限制在高级社会性膜翅目昆虫中造成的，或者在工蜂中是由于女王的存在而导致的条件性不育。TF代表“转录因子”。

尽管DNMT3在工蜂生理和社会行为中有多种作用[8, 11, 16, 33]，但没有一个CpG显示出明显的“从头甲基化”效应。一个例外是在蚂蚁中的Egfr基因，差异性甲基化会导致体型变化[50, 51]。然而，Egfr在蜂蜜蜂中并不是一个被甲基化的基因[52]，这表明这种机制是特定于谱系的，而不是在膜翅目昆虫中保守的。对于gbDNAm在DNMT3相关机制中作用不明确的一个合理解释是，昆虫的DNMTs在不改变gbDNAm的情况下重塑染色质[7, 12, 16, 18]。支持这一点的是，蜂蜜蜂的DNMT3携带一个重复的PWWP结构域：新副本与H3K27me2/3结合，而原始结构域则靶向H3K36me2，类似于哺乳动物[53]。这使蜜蜂的DNMT3能够通过与组蛋白修饰的新相互作用来重新配置染色质，可能独立于gbDNAm的重新编程。此外，八种Dnmt3 mRNA异构体中有四种在蛹脑中缺乏甲基化酶结构域[53]，这表明如果被翻译，这些异构体会执行与gbDNAm无关的功能。

另一个非互斥的假设是，DNMT3在细胞类型水平上修改甲基组[3]。例如，种姓分化涉及营养感应途径（胰岛素/胰岛素样信号和TOR）的重新连接，但在果蝇的大脑中只有14个产生ILPs的细胞[54]。在如此小的细胞簇中，差异性甲基化可能会逃避标准亚硫酸盐测序方法的检测。尽管DNMT3在染色质重构中的确切作用尚不清楚，但我们认为其生理效应（例如，调节Vg表达）可以在没有单一gbDNAm修饰的情况下发生。

DNMT3是一个连接性别决定、种姓和劳动分工的调节枢纽

除了在种姓决定[8]和成年社会行为[33, 43]中的作用外，DNMT3还被证明参与了一个更广泛的调节网络，连接性别决定、种姓和劳动分工途径[55]。尽管性别与社会进化之间的联系早已受到争论，但只有最近的功能研究提供了因果证据，表明性别决定途径塑造了社会行为[56, 57, 58]。从机制上讲，feminizer基因的突变——编码一种与果蝇transformer基因同源的SR型蛋白——通过损害对种姓分化至关重要的营养途径的激活来干扰工蜂的发育[57]。像Dnmt3[8]一样，feminizer对工蜂的发育也是至关重要的。doublesex的突变，作为feminizer的直接下游靶标，也会导致工蜂出现异常的社会行为和大脑发育[56]。此外，feminizer位点的敲除在受精胚胎中会产生雄性形态，并改变Vg和hexamerins等生殖基因的表达[58]。此外，Doublesex-and mab-3相关转录因子（DMRT）家族的成员Dmrt A2在幼虫睾丸中上调，并在幼虫卵巢中受到幼虫激素的调节[59]。这些发现共同表明，控制性别的相同蛋白质也影响社会行为发展的调节网络[56, 57]，可能以DNMT3作为共同的下游效应器（图2）。

DNMT1维护活性和gbDNAm在社会性昆虫基因组进化中的作用

社会性昆虫表观遗传学的一个重大进展是使用CRISPR/Cas9生成的DNMT1缺失的克隆掠夺者蚂蚁，这些蚂蚁完全不育，尽管gbDNAm水平降低，但体细胞仍能正常发育[31]。DNMT1定位于生殖细胞核[31]，与独居昆虫[12, 17, 18, 19]类似，对于减数分裂的完成至关重要。这些发现突显了DNMT1，可能还有gbDNAm，在昆虫配子发生中的关键作用。

为了探讨gbDNAm和DNMT1维护活性如何促进真社会性的进化，我们提出了“DNA甲基化介导的遗传重组假设”（图3），该假设基于来自植物、藻类和哺乳动物的证据，表明DNA甲基化抑制同源重组[60, 61, 62, 63, 64]。值得注意的是，拟南芥中gbDNAm的耗尽会导致常染色区重组事件过度增加，但在异染色质中不会[65]，这表明gbDNAm限制了高度稳定表达基因内的重组。在Ascobolus immersus中的研究表明，同源基因座上的甲基化位点使交叉重组减少超过100倍，而单侧甲基化使重组减少约50倍，未甲基化的等位基因则可以自由重组。

图3. DNA甲基化介导的遗传重组假设。图表展示了两条同源染色体（灰色和红色线条）如何根据基因体DNA甲基化（gbDNAm）的存在与否而发生重组。为了清晰起见，只显示了染色体上的少数CpG位点（黑色棒棒糖：甲基化；空心棒棒糖：未甲基化）。基于gbDNAm抑制基因内重组的证据，我们的假设认为重组优先发生在位于基因间区域的未甲基化CpG位点和未甲基化基因中，而在甲基化基因中只有在它们差异性甲基化时才会发生重组（完全甲基化的CpG强烈抑制重组）。(A) gbDNAm在基因间和未甲基化基因区域的缺失促进了重组，这可能解释了在社会性昆虫中观察到的异常高的基因组重排率[75]。相比之下，基因内的甲基化抑制了保守位点上的重组。(B) 差异性基因内甲基化可能使非相同区域之间的重组成为可能，从而放松了交换DNA片段的连锁。例如，基因A显示，在一个完全甲基化的热点区域内，即使等位基因在功能上不同（Q? = 对女王有益的突变；Q? = 无益的突变），重组也会发生。在这种情况下，重组不会直接影响其自身的等位基因结构，但会影响相邻位点（如基因C）中连锁突变的命运。在重组“彩票”中，如果与Q?或女王中性的（Q?）等位基因连锁，工蜂有益的突变（W?）更有可能传播；否则，这些工蜂特征可能会因为与Q?突变连锁而丢失。基因C是一个没有重组热点的未甲基化基因，它获得了自发的一个W?突变（绿色闪电）。基因D展示了差异性甲基化如何通过改变其自身的等位基因组成来促进等位基因交换。棒棒糖图示说明大多数重组位点可能起源于远离基因体的地方。因此，这个模型表明，除了通过gbDNAm相关的胞嘧啶脱氨不可逆地失活重组位点外（因为DNA甲基化具有诱变性并促进C→T转换——见图S1），gbDNAm可能通过两种互补的方式调节重组：它的缺失允许在较少保守的区域（如基因间DNA和未甲基化基因）中高重组率；而它的存在则限制了在保守位点（如管家基因）的重组——除非配对的同源染色体之间存在差异性甲基化。这种基于DNA甲基化的调节可能有助于防止相关DNA之间的多余交叉事件，这是一种可以适应性地精细化特化工蜂特征的祖先机制，特别是在生殖性（女王和雄蜂）和非生殖性辅助者（最终是工蜂）之间的相互依赖达到一个临界点的情况下。

尽管也有研究表明gbDNAm可能调节社会性膜翅目昆虫中的重组[67, 68]，但目前缺乏直接的功能证据。在蜂蜜蜂和蚂蚁[69, 70]中，gbDNAm与一种对哺乳动物同源重组至关重要的组蛋白标记（H3K36me3）共同存在[71]。因此，我们提出社会性膜翅目昆虫中的群体特异性gbDNAm模式可能通过一个简单规则调节女王卵巢中的减数分裂交叉事件：未甲基化的同源位点允许重组；半甲基化位点降低其可能性，但仍允许重组；而完全甲基化位点阻止重组（图3A）。

尽管gbDNAm的一个关键功能可能是抑制甲基化、活跃转录基因内的重组（基因内重组），但它在未甲基化基因和基因间区域中的缺失也可能影响重组动态，例如通过允许重组。因此，蜂蜜蜂中的重组通常（但不是总是）发生在远离基因体的地方[72]。重组位点在染色体上的非随机分布表明这一过程是受调节的[72]，可能是由gbDNAm相关机制控制的[67, 68]。在没有真正的重组热点的情况下，由于缺乏PDMR9蛋白，社会性膜翅目昆虫在富含G/C的区域（如CGCA和GCCGC）周围组织交叉事件[67, 72]。因为预计甲基化位点会降低低遗传变异区域的重组可能性（如管家基因），群体特异性gbDNAm应该通过促进在高度可变区域（基因间和未甲基化基因）中的重组来加速基因组进化。因此，如果gbDNAm确实基于群体特异性模式来重新排列等位基因信息，它不仅动态地将重组机制引导到基因组中较少保守的区域，从而在进化时间尺度上增加了基因型多样性，而且还代表了记录社会性昆虫家族重组历史的DNA上的“分子疤痕”（图S1）。

由于群体特异性gbDNAm模式从生殖细胞忠实地传递到体细胞[16, 20, 21, 22]，我们推测体细胞中由DNMT1维持的gbDNAm可能通过同源DNA修复途径来稳定二倍体社会性昆虫基因组。DNA损伤是细胞死亡和疾病的主要原因，在哺乳动物中，DNMT1参与DNA修复途径[60]。因此，通过同源重组调节DNA交换——在减数分裂或体细胞基因组维持期间——可能代表了基因组内DNA甲基化的普遍功能。这一作用可能不仅适用于社会性昆虫，还能减轻整个生命树中近亲繁殖的有害影响。高度真社会性的蜂王通过gbDNAm介导的方式操纵对工蜂有益的突变。达尔文（1859年）注意到了一个明显的悖论：高度复杂的社会行为是如何在一个因不育而“无法繁殖后代”的群体中进化出来的。因此，促进工蜂行为的有益突变只有在与对蜂王中性或有益的遗传特征相关联时才能传播[74]。重要的是，社会性膜翅目昆虫经历了异常高的基因组重组率[75]，尤其是在包含性别决定基因和驱动社会行为的工蜂表达位点的区域（参见68、72•、76及其引用文献）。结合汉密尔顿的包容适应度理论，我们认为在漫长的进化时间尺度上，这种由gbDNAm驱动的社会等位基因重组可能有利于固定那些间接影响群体适应度的工蜂偏向性等位基因（图3B）。由于gbDNAm可以引导重组机制作用于保守性较低的基因组区域，并阻止密切相关的序列之间的重组（从而增加非冗余的交叉），它最终可以促进对工蜂有益突变的传播。虽然重组可以打破连锁关系并增加遗传多样性（图3），但它也可能通过基因转换等方式使等位基因趋于同质化。因此，这种由gbDNAm介导的重组系统似乎会影响选择过程，从而去除有害等位基因并传播有益等位基因[68]。在这种情况下，csd基因的甲基化特别值得关注：其中一个区域具有高度变异性——产生雌性发育所需等位基因多样性的区域——而另一个区域则高度保守。值得注意的是，最近一项关于绿藻的研究表明，通过DNMT1突变导致gbDNAm缺失会破坏性别决定区域的减数重组[64]。

在代际间，蜂王卵巢中的gbDNAm介导的重组通过产生遗传上更加多样化（因此表型上也更加灵活）的工蜂群体而使群体受益，从而促进群体稳态。这一过程可能会因蜜蜂属特有的高度一夫多妻制而进一步加剧。因此，就像遗传多样性[77]一样，群体间的表观遗传多样性可能会影响依赖于个体对环境信号响应阈值变化的集体行为的出现。

关于DNA甲基化系统和超级生物出现的最终思考：来自第一个无脊椎动物基因组的教训是，“蜜蜂体内的基因内甲基化作为基因活性的调节器”[5]。尽管这一最初的解释后来得到了进一步的支持[14, 15]，但它已无法完全解释越来越多证据表明社会性膜翅目的基因组受到群体基因型强烈影响的事实。我们的目标不是否定之前的发现（这些发现对于建立“社会性昆虫表观遗传学”领域的基础至关重要），而是通过将昆虫稀疏且低甲基化的基因组的潜在起源和功能置于特定的背景下来扩展现有的假设。观察发现，社会性膜翅目昆虫中的DNMT敲除表现出正常的体细胞发育[31]——这一点在Iryna Ivasyk的博士论文（2022年，可在洛克菲勒大学存储库在线获取）中的DNMT3突变蚂蚁研究中得到了进一步证实——强烈表明gbDNAm不具有转录作用[11, 13, 14, 15]。根据植物、哺乳动物和真菌的研究证据[60, 61, 62, 63, 64, 65, 66]，我们（以及其他研究[67, 68]）提出gbDNAm会抑制社会性昆虫中的同源重组。因此，我们认为DNMT敲除的社会性昆虫主要会表现出可塑性的改变——例如，DNMT3突变体会表现出较低的耐压性，而DNMT1突变体会因减数分裂受阻而导致繁殖力下降——而不是生存能力的受损[35]。尽管这需要功能验证，但这与最近提出的gbDNAm在哺乳动物中具有转录调节作用的观点形成鲜明对比[78]。

我们认为，gbDNAm主要通过增加基因型多样性同时保持基因组完整性来促进群体适应度，而不是直接影响甲基化基因的顺式转录。因此，群体特异性的gbDNAm可能促进了（但并非决定）了复杂、家族组织的昆虫社会的出现。理论上，即使在重组热点内的单个CpG位置存在差异性甲基化，也足以影响重组动态（图3和S1）。相比之下，整个基因组范围内单个差异性甲基化的CpG位点（可能跨越数千个碱基对）不太可能显著影响转录或可变剪接。我们的假设主要关注功能上相关的甲基化区域（位于或围绕重组热点），而不是暗示一种普遍的、全基因组范围的机制。因此，它不仅更符合gbDNAm与体细胞转录无关的观点[31]，而且还提出了关于如何传播工蜂偏向性突变的新可验证预测（图3）。在这方面，白蚁（等翅目）是一个有用的外群，可用于研究gbDNAm、重组和真社会性之间的关系。白蚁中普遍存在近亲繁殖，而在真社会性膜翅目昆虫中，由于产生低生育力的二倍体雄性，近亲繁殖对其社会结构非常有害。此外，我们的假设与证据一致，即gbDNAm模式既不总是反映昆虫的社会性程度[79]，也不是社会进化的先决条件[6]。相反，拥有DNMT工具包可能使某些独居膜翅目谱系倾向于进化出社会复杂性，通过提供一个可遗传的表观遗传系统来促进DNA的重组。虽然我们完全同意同源重组可以在没有gbDNAm的情况下发生（如黑腹果蝇、秀丽隐杆线虫和酿酒酵母中所示），但这些过程可能是在保留了DNA甲基化机制的谱系中共同进化的，使得gbDNAm能够在基因组范围内精细调节重组。

除了汉密尔顿的遗传相关性概念之外，我们还认为群体间DNA甲基化模式的多样性也间接影响群体适应度。即使在极高重组率的情况下，这种机制也能稳定基因组[75]，从而允许从通常由高度真社会性昆虫的小有效种群规模（Ne）所限定的遗传库中生成新的染色体组合。因此，群体特异性的gbDNAm多态性可能代表了一种强大的进化适应机制，有助于在繁殖和从属等级之间相互依赖达到临界点的物种中巩固真社会性。DNMT1在群体层面继承gbDNAm可能有助于加速基因组向社会复杂性的进化[80]。一种提出的机制是，这种由表观遗传驱动的重组机制可以在宏观进化时间尺度上促进对工蜂有益突变的传播和最终固定。在代际间，gbDNAm介导的重组可以使工蜂群体之间的遗传多样性增加。最后，通过响应塑造繁殖力和寿命特征的关键食物和信息素信号，DNMT3可以在次生育/不育的工蜂等级中促进复杂的社会行为（如利他行为），这可能是通过独立于gbDNAm的机制实现的。