蜜蜂卵巢激活基因表達譜及無政府主義工蜂生殖研究.pdf

1、社會生物學(xué)的根本問題是解釋復(fù)雜社會性行為的調(diào)控機制，尤其在社會性昆蟲中。蜜蜂(Apis)作為典型的社會性昆蟲最重要的特征是生殖勞動分工。在正常情況下，蜂王壟斷蜂群的生殖權(quán)利，而工蜂生殖受到抑制。但是在蜂群失王的情況下，部分工蜂卵巢激活并開始產(chǎn)卵。卵巢是蜜蜂生殖系統(tǒng)的重要功能單位，卵巢激活是蜜蜂生殖力的重要影響因素。研究蜜蜂卵巢的基因表達，對揭示蜜蜂卵巢激活和生殖勞動分工的分子機制有著重要意義。本研究利用新一代高通量測序技術(shù)(Illumi

2、na HiSeqTM2000)檢測意大利蜜蜂(A.mellifera ligustica)蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢的mRNAs和microRNAs(miRNAs)表達譜，并對樣本間表達差異進行分析，以尋找蜜蜂卵巢激活相關(guān)的關(guān)鍵基因。根據(jù)miRNAs與mRNAs的調(diào)控關(guān)系預(yù)測可能在蜜蜂卵巢激活過程中起作用的miRNAs及其靶基因。
　　蜜蜂無政府主義(anarchistic)行為是自然發(fā)生的一種罕見而特殊的現(xiàn)象，即使蜂王存在，

3、蜂群中也有較高比例的工蜂卵巢激活并產(chǎn)卵，導(dǎo)致蜂群中大多數(shù)雄蜂是這些工蜂的后代。無政府主義蜜蜂作為正常蜂群工蜂不育的反例，為工蜂生殖機制研究提供了絕佳的實驗材料。本研究對在中國發(fā)現(xiàn)的無政府主義蜂群的生殖特性進行研究，并對無政府主義工蜂的上顎腺分泌物進行分析，以期了解上顎腺信息素在工蜂生殖地位建立過程中的功能及無政府主義行為的調(diào)控機制。研究結(jié)果如下:
　　1.蜜蜂卵巢激活相關(guān)mRNAs的篩選
　　卵巢活性不僅影響雌性蜜蜂的生殖，

4、也參與其生殖勞動分工和行為的調(diào)控。本研究利用高通量測序技術(shù)分析蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢的mRNAs表達譜，以獲取蜜蜂卵巢激活相關(guān)的候選基因。蜂王未激活和激活卵巢間獲得1615個差異表達基因(DEGs)，工蜂未激活卵巢和激活卵巢間獲得5300多個DEGs，其中824個基因共同參與蜂王和工蜂卵巢激活的調(diào)控。大部分DEGs參與細胞(cellular，cell and cell part)、結(jié)合(binding)、生物調(diào)節(jié)和新陳代謝等生物

5、學(xué)過程。此外，1000多個DEGs匹配到230多條KEGG(Kyoto Encyclopediaof Genes and Genomes)通路，其中包括25條信號通路。研究發(fā)現(xiàn)，卵巢中DEGs編碼的蛋白參與營養(yǎng)相關(guān)的功能和信號通路調(diào)節(jié)。這些蛋白包括王漿主蛋白(MRJPs)、黃蛋白(yellow proteins)、化學(xué)感受蛋白(CSPs)、保幼激素(JH)和退化類固醇合成以及類胰島素生長因子1(Insulin-IGF-1)通路相關(guān)的酶。

6、采用qRT-PCR對高通量測序獲得的10個基因進行了驗證。本研究有助于蜜蜂卵巢激活和生殖勞動分工分子機制的研究。
　　2.蜜蜂卵巢激活相關(guān)miRNAs的篩選
　　miRNAs是一類長度為19～24 nt的內(nèi)源性非編碼RNA(ncRNA)，通常靶向一個或多個靶基因的3'非編碼區(qū)，通過抑制mRNA翻譯或降解mRNA在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達。本研究利用高通量測序技術(shù)分析蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢差異表達的miRNAs，以獲取

7、蜜蜂卵巢激活相關(guān)的候選miRNAs及其靶基因。在處女王未激活卵巢(VQI)、產(chǎn)卵王激活卵巢(EQA)、有王群工蜂未激活卵巢(WIQR)、無王群工蜂未激活卵巢(WIQL)和無王群工蜂激活卵巢(WAQL)中分別獲得80、79、133、111和97個已知的miRNAs，分別預(yù)測得到28、32、64、13和10個新的miRNAs。蜂王未激活和激活卵巢間獲得28個差異顯著的已知miRNAs，工蜂未激活卵巢和激活卵巢間獲得100多個差異顯著的已知m

8、iRNAs，其中16個已知miRNAs參與雌性蜜蜂的卵巢激活過程。對這些共同差異表達的已知miRNAs的靶基因進行預(yù)測，并結(jié)合蜜蜂卵巢mRNAs表達譜分析，篩選參與蜜蜂卵巢激活的候選已知miRNAs及其靶基因。
　　3.AC蜂群的生殖特性研究
　　AC蜂群在自然條件下存在的比例很低。2012年，我們首次在中國的意蜂蜂場發(fā)現(xiàn)這種蜂群。我們證實其中3群具有典型的無政府主義行為特性，即有較高比例(3％～21％)的工蜂卵巢激活并開始

9、產(chǎn)卵;蜂群中工蜂產(chǎn)的卵能夠逃避工蜂監(jiān)督而不被清除，并且蜂群本身的監(jiān)督能力降低。實驗發(fā)現(xiàn)，工蜂傾向于在遠離蜂王的位置產(chǎn)卵，以降低蜂王信息素的抑制作用。為了進一步了解工蜂上顎腺分泌物在工蜂生殖地位獲得過程中的功能，我們對卵巢未激活無政府主義工蜂（IAWs）和卵巢激活無政府主義工蜂(AWs)的上顎腺信息素組成進行比較。檢測獲得5種信息素（HOB、9-ODA、9-HDA、10-HDA和10-HDAA）的總含量在AWs中顯著高于IAWs。IAWs

10、的主要成分是工蜂物質(zhì)10-HDA和10-HDAA，而AWs的主要成分是蜂王物質(zhì)9-ODA的前體成分9-HDA。這一研究結(jié)果與有王群海角蜂(A.m.capensis)的上顎腺信息素組成相似，即在蜂王存在的情況下，工蜂上顎腺信息素以9-HDA為主。比值9-ODA/(9-ODA+10-HDA+10-HDAA)在IAWs和AWs之間差異不顯著，而比值10-HDAA/9-HDA在IAWs中表現(xiàn)為工蜂特異性(＞1.0)，在AWs中表現(xiàn)為蜂王特異性(