意大利蜜蜂哺育蜂学习记忆相关基因的转录组学分析

【目的】筛选与意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica哺育蜂学习记忆密切相关的基因。【方法】在人工组建意大利蜜蜂蜂群中收集10日龄哺育蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂,通过喙伸反应(proboscis extension reflex, PER)实验测定这3组样本之间学习记忆能力的差异。利用RNA-seq技术对具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中基因表达量进行全面分析,筛选出与哺育蜂学习记忆密切相关的差异表达基因(DEGs),并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。qPCR检测随机选取的3个DEGs(上调基因TpnCⅢa和MED23以及下调基因Pkc)在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达量。【结果】PER实验结果显示,经过5次训练后,意大利蜜蜂21日龄哺育蜂的学习能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的学习能力无显著差异;同样地,21日龄哺育蜂的记忆能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的记忆能力无显著差异。RNA-seq分析筛选到88个与哺育蜂学习记忆密切相关的DEGs,其中18个上调表达,70个下调表达。GO富集结果显示,上调DEGs在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在信号转导、蛋白质加工修饰相关;下调DEGs也是在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在转录、信号转导、蛋白质生物合成相关,其中显著性富集在转录相关。KEGG富集结果显示,下调DEGs显著性富集在吞噬、光转导、AGE-RAGE信号通路。qPCR结果显示差异表达基因TpnCⅢa,MED23和Pkc在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达水平的变化趋势与RNA-seq数据中的变化趋势一致。【结论】PER实验表明日龄是影响意大利蜜蜂哺育蜂的学习和记忆能力的重要因素;同时本研究获得学习后哺育蜂脑部的基因表达变化趋势和富集分析,为深入研究哺育蜂学习记忆的分子机制奠定了重要的理论基础。     

不同行为表现的蜜蜂脑部多巴胺及其受体基因的检测分析

【目的】对不同行为表现的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂脑部多巴胺及其受体基因进行检测。【方法】从蜜蜂观察箱中采集不同行为表现的工蜂,解剖其脑部,用高效液相色谱-电化学检测器和实时荧光PCR仪分别检测多巴胺含量和受体基因相对表达量,并进行计算分析研究。【结果】建立了不同行为表现的蜜蜂脑部多巴胺及受体基因的研究方法。意大利蜜蜂哺育蜂脑部的多巴胺含量与新出房工蜂、采集蜂、休息状态下的工蜂存在显著差异。多巴胺受体1基因及多巴胺转运体基因在哺育蜂脑部处于高表达状态,4种不同分工的意大利蜜蜂脑部多巴胺受体2基因、受体3基因相对表达量差异不显著。【结论】多巴胺与蜜蜂不同行为表现密切相关,多巴胺受体1基因与转运体基因可能参与蜜蜂哺育行为。     

微小RNA ame-miR-31a和ame-miR-13b在意大利蜜蜂哺育蜂和采集蜂脑部的表达差异

【目的】研究微小RNA ame-miR-31a和ame-miR-13b在意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica哺育蜂和采集蜂脑部的表达情况,探索其在蜜蜂哺育蜂和采集蜂行为转变中的调节作用。【方法】利用qPCR分别检测ame-miR-31a和ame-miR-13b在意大利蜜蜂工蜂正常蜂群和同龄蜂群中哺育蜂和采集蜂脑部的表达量。【结果】不论在意大利蜜蜂工蜂正常蜂群中还是在同龄蜂群中,ame-miR-31a在哺育蜂脑部的表达量总是显著高于其在采集蜂脑部的表达量;在正常蜂群中,ame-miR-13b在采集蜂脑部的表达量显著高于其在哺育蜂脑部中的表达量;在同龄蜂群中,ame-miR-13b在年老哺育蜂脑部的表达量极显著高于其在同龄采集蜂脑部的表达量,在年轻哺育蜂脑部与同龄年轻采集蜂脑部的表达量差异不显著。【结论】ame-miR-13b在意大利蜜蜂哺育蜂和采集蜂脑部的表达没有明显规律,而ame-miR-31a总是在哺育蜂脑部高表达,提示ame-miR-31a在蜜蜂哺育蜂和采集蜂行为转变中可能发挥重要的调控作用。     

意大利蜜蜂职能相关的两个细胞色素P450基因在附肢中的表达分析

[目的]本研究分析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica中细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在不同日龄工蜂及相同日龄不同职能工蜂的附肢中的表达模式,旨在更好了解细胞色素P450基因在不同职能工蜂处理外源物质过程中的作用.[方法]通过组建蜂群收取3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂和21日龄哺育蜂样本,利用荧光定量PCR技术分别检测细胞色素P450基因CYP6BD1和CYP49A1在附肢(触角、前足、中足、后足)中表达情况.[结果]基因CYP6BD1在3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、21日龄采集蜂各附肢中的表达量均依次显著增加,且该基因在21日采集蜂各附肢中的表达量显著高于21日哺育蜂;与CYP6BD1基因相比,基因CYP49A1在不同职能工蜂附肢中的表达量均较低,但在3日龄工蜂各附肢中表达相对较高.[结论]基因CYP6BD1和CYP49A1分别在采集蜂和3日龄工蜂各附肢中高量表达,2个基因在降解蜂群外和蜂群内部外源性物质中发挥重要作用,为进一步研究膜翅目昆虫的职能分工提供新的视角.     

中华蜜蜂哺育蜂与采集蜂行为转变相关基因的表达差异研究

【目的】文章旨在寻找中华蜜蜂Apis cerana cerana哺育蜂与采集蜂行为转变相关的重要基因。【方法】选取了8群中华蜜蜂,分别采集哺育蜂和采集蜂,然后通过实时荧光定量PCR对哺育蜂和采集蜂头部中mrjps、Ache、CSP3等22个基因的表达进行了分析。【结果】实验结果表明:mrjp3、mrjp7、Ache、LOC406142、Hbg3、Mblk-1、Ef-1a-f1、TpnCIIIa、Wat、Ant基因在哺育蜂和采集蜂中表达差异极显著(P<0.01),mrjp1、mrjp2、mrjp4、LOC406114、CSP3、Dop1、Jhe、Oa1、Per、TpnT基因在哺育蜂和采集蜂中表达差异显著(0.010.05)。【结论】mrjp3、mrjp7、Ache、LOC406142、Hbg3、Mblk-1、Ef-1a-f1、TpnCIIIa、Wat、Ant、mrjp1、mrjp2、mrjp4、LOC406114、CSP3、Dop1、Jhe、Oa1、Per、TpnT这些表达差异显著的基因很可能与中华蜜蜂哺育蜂与采集蜂的行为转变有关。本研究的结果为我们更好地认识理解蜜蜂行为转变的机制提供思路。     

中华蜜蜂mab-21基因序列分析及表达特征

【目的】探究中华蜜蜂 Apis cerana cerana Male abnomal 21（mab-21）基因在不同发育阶段的表达特性及染螨条件下mab-21基因表达变化规律。【方法】本研究利用RT-PCR方法,克隆了中华蜜蜂mab-21的基因编码区;采用荧光定量PCR方法检测了中华蜜蜂mab-21在不同发育时期（新出房蜂、哺育蜂、守卫蜂及采集蜂）工蜂头部中mRNA的表达量以及接种大蜂螨 Varroa destructor 前后mab-21基因的表达变化。【结果】克隆获得中华蜜蜂mab-21 cDNA,命名为 Accmab 21（GenBank登录号KR000001）。序列分析显示, 该编码区开放阅读框长为1 098 bp,编码365个氨基酸,推测的编码蛋白的相对分子量和等电点分别为41.63 kD和8.53。系统发育分析表明中华蜜蜂mab-21与西方蜜蜂 Apis mellifera mab-21、小蜜蜂Apis florea mab-21和熊蜂Bombus impatiens mab-21聚成一支。该基因在中华蜜蜂工蜂的不同发育时期均有表达,其中哺育蜂阶段显著高于新出房蜂、守卫蜂和采集蜂(P<0.05)。接种大蜂螨后,哺育蜂和守卫蜂中mab-21基因的表达下降显著(P<0.05);而在新出房蜂和采集蜂中表达量变化不显著。【结论】该基因可能与中华蜜蜂抗螨行为相关。     

中华蜜蜂细胞色素CYP9E2基因克隆及其表达分析

【目的】克隆中华蜜蜂Apis cerana cerana细胞色素CYP9E2基因的完整编码区序列,分析CYP9E2基因在工蜂体内的表达特征,为研究该基因的生物学功能提供理论基础。【方法】以解剖获得的中华蜜蜂采集蜂中肠组织为材料,提取总RNA。利用RT-PCR技术克隆中华蜜蜂CYP9E2基因的编码区。采用多种生物信息学软件分析该基因的核苷酸和氨基酸序列,利用荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR)分析其在中华蜜蜂工蜂成虫期不同阶段(初生蜂、哺育蜂、守卫蜂以及采集蜂)头部和中肠组织中的相对表达量及在饲喂氟氯苯菊酯后工蜂中肠组织中的表达变化。【结果】克隆获得中华蜜蜂CYP9E2基因(命名为Ac CYP9E2)mRNA序列,长度为1 600 bp(Gen Bank登录号:KX394629),编码区长1 494 bp,编码497个氨基酸,其蛋白质分子量为57.026k D,等电点为8.32。系统发育树显示,中华蜜蜂Ac CYP9E2与西方蜜蜂Apis mellifera、小蜜蜂Apis florea CYP9E2基因聚成一支。对中华蜜蜂工蜂成虫期不同阶段头部和中肠组织Ac CYP9E2相对表达量测定发现,该基因在中华蜜蜂工蜂成虫期不同阶段的表达量存在一定差异,其中,采集蜂头部和中肠组织中Ac CYP9E2相对表达量均显著高于初生蜂、哺育蜂以及守卫蜂(P0.05),而且4个阶段工蜂中肠组织中的Ac CYP9E2相对表达量均显著高于其头部(P0.05)。饲喂氟氯苯菊酯后,工蜂中肠组织中Ac CYP9E2的相对表达量显著高于对照组(P0.05)。【结论】推测Ac CYP9E2可能参与了中华蜜蜂机体外源物质的代谢与解毒过程。     

三种化学感受蛋白在意大利蜜蜂成年工蜂中的时空表达水平研究

【目的】化学感受蛋白(Chemonsensory proteins,CSPs)是一类可溶性小分子蛋白质,广泛存在于昆虫的触角及其他感受器中,参与昆虫的化学感受行为,在昆虫化学感受系统中发挥重要的作用,本文旨在探究Amel-CSP1、Amel-CSP2和Amel-CSP6在意大利蜜蜂成年工蜂中的时空表达水平及生理功能。【方法】首先通过荧光定量PCR技术检测了Amel-CSP1、Amel-CSP2和Amel-CSP6在哺育蜂和采集蜂的触角、头部、胸部、腹部和腿的表达水平;然后又对不同日龄工蜂(1,6,12,18,28日龄)触角中Amel-CSP1、Amel-CSP2和Amel-CSP6的表达情况进行检测。【结果】(1)Amel-CSP1在工蜂的触角和头部都有较高的表达水平,其在工蜂触角中的表达水平显著高于其他部位(P0.05);Amel-CSP2在哺育蜂触角中表达水平最高,显著高于其他部位(P0.05),而其在采集蜂头部的表达水平最高,显著高于其他部位(P0.05);Amel-CSP6在哺育蜂和采集蜂的头部表达量最高,其在触角、胸部也有较高表达水平。(2)Amel-CSP1在工蜂触角中的表达水平随日龄的增长而增加,其在28日龄的表达水平显著高于其他日龄(P0.05);Amel-CSP2在1日龄和12日龄工蜂触角的表达量最高,显著高于其他日龄(P0.05);Amel-CSP6在28日龄工蜂触角中的表达水平最低,显著低于其他日龄(P0.05)。【结论】Amel-CSP1、Amel-CSP2、Amel-CSP6在意大利蜜蜂成年工蜂中的表达具有明显的时空特异性,这对进一步探测意大利蜜蜂CSPs家族的生理功能提供了研究方向和理论基础,具有一定的生物学意义。     

意大利蜜蜂哺育蜂与采集蜂行为转变相关基因的表达差异研究

【目的】深入了解蜜蜂哺育蜂与采集蜂行为转变机制,寻找与之相关的调控因子。【方法】我们随机选取了5群意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica,分别采集相应的哺育蜂和采集蜂。利用实时荧光定量PCR(RT-q PCR)对哺育蜂和采集蜂头部中的mrjp1、Ache、CSP3、Dop1等22个基因的表达进行了分析。【结果】实验结果表明:mrjp2、mrjp4、mrjp6、mrjp7、LOC406114、Hbg3、Ef-1a-f1、Obp3、Wat、Oa1、Tpn T在意大利蜜蜂哺育蜂和采集蜂头部表达差异极显著(P<0.01),mrjp1、mrjp3、Ache、LOC406142、Mblk-1、Tpn CIIIa、Ant、CSP3、Dop1、Jhe、Per在意大利蜜蜂哺育蜂和采集蜂头部表达差异显著(0.01相似文献   

越冬西方蜜蜂4个亚种的转录组学差异分析

【目的】为进一步探讨西方蜜蜂Apis mellifera在越冬期基因表达模式的变化规律及抗寒机理,进而更好地指导蜂群越冬管理。【方法】利用转录组学鉴定和比较了西方蜜蜂4个亚种高加索蜂A.m.caucasica、欧洲黑蜂A.m.mellifera、意大利蜜蜂A.m.ligustica和卡尼鄂拉蜂A.m.carnica在越冬期的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),并进行了GO和KEGG富集分析。利用qRT-PCR验证转录组测序结果的可靠性。【结果】西方蜜蜂4个亚种在越冬期DEGs的表达量变化各具特点,其中意大利蜜蜂在越冬初期到越冬中期DEGs表达量变化活跃,卡尼鄂拉蜂和欧洲黑蜂在越冬中期到越冬末期DEGs表达量变化活跃,高加索蜂在整个越冬期DEGs表达量相对稳定。越冬初期西方蜜蜂4个亚种的DEGs表达模式存在差异,高加索蜂和欧洲黑蜂中表皮蛋白22、卵黄原蛋白、气味结合蛋白14、热休克蛋白70和细胞色素P4509e2基因的表达量比意大利蜜蜂和卡尼鄂拉蜂的高,意大利蜜蜂中几丁质酶、防御素1、视黄醇脱氢酶和细胞色素b5基因的表达量较高,而卡尼...     

Expression of heat shock proteins in adult honey bee (Apis mellifera L.) workers under hot-arid subtropical ecosystems

Heat stress elicits the expression of heat shock proteins (HSPs) in honey bee subspecies. These highly conserved proteins have significant role in protecting cells from thermal-induced stresses. Honey bees in subtropical regions face extremely dry and hot environment. The expression of HSPs in the nurses and foragers of indigenous (Apis mellifera jemenitica) and imported European (Apis mellifera ligustica and Apis mellifera carnica) honey bee subspecies after heat shock treatment were compared using SDS-PAGE. Hsp70 and Hsp82 were equally expressed in the nurses of all tested bee subspecies when exposed to 40 °C and 45 °C for 4 h. The forager bees exhibited differential expression of HSPs after heat stress. No HSPs was expressed in the foragers of A. m. jemenitica, and Hsp70 was expressed only in the foragers of A. m. ligustica and A. m. carnica at 40 °C. A prominent diversity in HSPs expression was also exhibited in the foragers at 45 °C with one HSP (Hsp70) in A. m. jemenitica, two HSPs (Hsp40 and Hsp70) in A. m. carnica, and three HSPs (Hsp40, Hsp60 and Hsp70) in A. m. ligustica. No HSPs was expressed in the control nurse and forager bees at any of the tested temperatures. These findings illustrated the differences in HSP expression among nurse and forager bees. It is obvious that the native foragers are more heat tolerant with least HSPs expression than exotic bee races. Further investigations will help to understand the potential role of HSPs in the adaptability, survival, and performance of bee subspecies in harsh climate of the subtropical regions.     

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP14的表达及配体结合特性分析

【目的】气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)在昆虫寄主定位、产卵地选择等行为中发挥着重要作用,明确中华蜜蜂Apis cerana cerana AcerOBP14与配体的结合特性有助于阐明中华蜜蜂嗅觉识别的分子机制。【方法】通过qRT-PCR测定OBP14在20日龄中华蜜蜂成年工蜂、20日龄中华蜜蜂成年雄蜂、中华蜜蜂采粉蜂和意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica采粉蜂触角中的表达量。构建原核表达载体pET28a/AcerOBP14,表达并分离纯化重组蛋白AcerOBP14。利用荧光竞争结合实验检测AcerOBP14与37 种气味配体化合物的结合特性。【结果】qRT-PCR分析发现, OBP14在中华蜜蜂采粉蜂触角中的表达量极显著高于20日龄中华蜜蜂成年工蜂和雄蜂以及意大利蜜蜂采粉蜂中的。荧光竞争结合实验表明,AcerOBP14与蜂王信息素、告警信息素、那氏信息素及多种植物挥发物都具有结合能力,其中与β 罗勒烯的结合能力最强,解离常数 Ki=0.297 μmol/L。【结论】AcerOBP14的配体结合谱较宽,暗示其可能参与了中华蜜蜂的多种生理行为反应,且在中华蜜蜂的采粉行为中发挥着重要作用。     

西方蜜蜂工蜂蛹中期响应低温胁迫的差异表达基因分析

【目的】本研究旨在分析西方蜜蜂Apis mellifera工蜂蛹中期可能存在的低温应对机制以及低温对中期蛹发育的不利影响。 【方法】对西方蜜蜂工蜂8 d封盖子进行低温(20℃)处理96 h(T),以未经低温胁迫的8 d封盖子为对照(CK),通过转录组测序(RNA-seq)并筛选差异基因(differentiallyexpressed genes, DEGs);对DEGs进行GO分类和KEGG通路分析。利用RT-qPCR对随机选取的5个DEGs的表达量进行验证。【结果】西方蜜蜂8 d封盖子低温(20℃)胁迫96 h的DEGs有1 101个;GO分类发现DEGs富集数最多的条目为代谢过程(142个DEGs)和细胞过程(142个DEGs),其次是结合(131个DEGs),催化活性(120个DEGs)和单有机体过程(118个DEGs);KEGG通路分析结果显示,DEGs显著富集于与氧化损伤密切相关的过氧化物酶体通路、D-谷氨酰胺代谢通路、D-谷氨酸代谢通路和谷胱甘肽代谢通路;此外,与激素调控相关的昆虫激素代谢通路、mTOR信号通路和FOXO信号通路上也有DEGs显著富集。随机挑选的5个DEGs的RNA-Seq与RT-qPCR结果一致。【结论】本研究发现低温状态下西方蜜蜂中期蛹主要通过体内激素调控发育进程,使其减速或停止发育以应对低温;低温通过影响其抗氧化酶表达量进而可能积累氧化损伤,从而对羽化后蜜蜂产生影响。本研究结果有助于理解发育阶段温度生态幅狭窄的昆虫对于低温的应对机制及低温对其的不利影响。     

RNAi沉默王浆主蛋白1(Mrjp1)基因对意大利蜜蜂工蜂学习和记忆的影响

【目的】前期研究发现经吡虫啉处理的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称“意蜂”)工蜂学习能力下降,转录组学分析表明王浆主蛋白1(major royal jelly protein 1, MRJP1)基因在吡虫啉处理的蜜蜂脑中显著下调,MRJP1可能参与调控蜜蜂学习能力。本研究旨在采用RNA干扰(RNAinference, RNAi)技术将Mrjp1特异性沉默,验证MRJP1在意蜂工蜂嗅觉学习中的关键作用。【方法】通过克隆技术获得Mrjp1基因cDNA 序列,经测序验证后,设计引物,合成用于RNAi干扰Mrjp1基因表达的dsRNA。注射dsMrjp1的意蜂工蜂作为处理组(dsMrjp1注射组),注射dsEGFP的意蜂工蜂作为对照组(dsEGFP注射组),随后通过伸吻反应(proboscis extension response, PER)实验比较两组的嗅觉学习与记忆能力差异。最后采用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qRT-PCR)检测注射dsMrjp1后意大利蜜蜂工蜂脑中Mrjp1的相对表达量。【结果】dsMrjp1注射组与dsEGFP注射组意蜂工蜂学习能力差异显著,dsMrjp1注射组意蜂工蜂的学习能力显著降低。学习后2 h,两组意蜂工蜂的记忆力无显著差异。qRT-PCR结果显示Mrjp1的表达水平在dsMrjp1注射组意蜂工蜂脑中显著低于dsEGFP注射组,表明学习能力降低的处理组意蜂脑内对应的Mrjp1表达水平也降低。【结论】通过RNAi抑制意蜂工蜂Mrjp1基因的表达后,其嗅觉学习能力受到显著性抑制,但记忆力未受到显著影响,提示Mrjp1可能是调控意蜂学习的重要基因之一。本研究结果有助于后续进一步研究蜜蜂嗅觉学习相关的分子机制。     

意大利蜜蜂对两种油菜花朵气味的偏爱性

【目的】明确意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica（简称“意蜂”）对两种油菜（甘蓝型胜利油菜 Brassica napus cv. Shengli和芥菜型马尾油菜 B. juncea cv. Mawei）的气味偏爱性及选择行为特征。【方法】本研究开展大田访花偏爱性试验、室外群体气味偏爱性试验以及室内“Y”型嗅觉仪行为反应和学习记忆试验,测定意蜂蜂群及青年采集蜂对甘蓝型胜利油菜和芥菜型马尾油菜两种油菜花朵的选择次数,并通过采集蜂训练时及训练后的喙伸反应率分析两种油菜花朵气味对采集蜂学习记忆能力的影响,最终评估意蜂蜂群及个体对这两种油茶花朵气味的选择性。【结果】大田试验12:00-13:00时间段,访问胜利油菜的意蜂数量显著高于访问马尾油菜的数量(P<0.05）。群体气味偏爱性试验14:00-15:00时间段意蜂访问胜利油菜的数量显著高于访问马尾油菜的数量（P<0.05）。行为反应试验结果显示意蜂选择胜利油菜的次数（3.86±2.83）显著高于访问马尾油菜的次数（2.28±1.87）（P<0.05）。在学习记忆试验中,随着训练次数的增加,意蜂对两种油菜花朵气味的喙伸反应率逐渐升高,相同的训练次数,意蜂对两种油菜气味的学习能力差异不显著（P>0.05）;训练结束后,随着时间的增加,意蜂对胜利油菜及马尾油菜的气味记忆逐渐下降,在24 h对胜利油菜的气味记忆明显高于对马尾油菜的气味记忆（P<0.05）。【结论】本研究证明意蜂较偏爱胜利油菜的花朵气味,花朵气味是影响其采集偏爱的重要因素,气味响应性试验可定量分析蜜蜂对花朵气味的嗅觉敏感性。