蜂王浆控制蜜蜂生殖地位

据2008年3月13日《科学》（Science）杂志在线报道,新的研究可能对为什么蜜蜂的幼虫在进食了蜂王浆之后会成长为蜂王而不是工蜂做出解释。尽管存在于蜂王浆中的特别成分大体上依然是一个谜,但Robert Kucharksi及其同事的报道说,进食蜂王浆好像可以通过抑制一种被称为甲基化的过程来影响多种蜜蜂基因的表达。这种对某个基因DNA的化学修饰会降低该基因的表达,而这一过程部分是由酶Dnmt3所驱动的。     

蜜蜂级型分化机理

蜜蜂是整个大自然生态系统中不可或缺的一部分,能有效地为多种植物和农作物授粉。蜜蜂是典型的真社会性昆虫,其生殖劳动分工现象有重要进化意义。而级型分化是导致劳动分工的一个重要因素,蜜蜂级型分化现象的机理研究已成为目前重要的研究热点之一。本文对近年来蜜蜂级型分化机理方面的研究进展进行了综述。国内外很多学者从营养、激素、基因表达、蛋白质和表观遗传等方面对蜜蜂级型分化机理进行了研究。蜂王浆中富含的57 kDa、蜂王幼虫期充足的食物量以及蜂王幼虫期高滴度的保幼激素(JH)和蜕皮激素(MA)等都可促进蜂王卵巢的发育以及诱导蜂王表型产生;而工蜂浆中富含的双香豆酸可诱使工蜂表型的产生。近年研究表明,表皮生长因子受体(Egfr)、胰岛素受体底物基因(Irs)、雷帕霉素基因(Tor)和甲基转移酶3(Dnmt3)等基因均可影响蜂王和工蜂的分化;蛋白质表达谱分析表明,不同时间点的蜂王幼虫和工蜂幼虫表达的差异蛋白质很多;表观遗传分析表明,DNA甲基化、microRNAs以及组蛋白乙酰化均是导致蜂王和工蜂级型分化的因素。此外,发育空间和蜂王浆均可通过调控基因的DNA甲基化水平影响蜜蜂幼虫的级型分化。     

中华蜜蜂DNA甲基化转移酶Dnmt3基因克隆及表达谱分析

为探究中华蜜蜂Apis cerana cerana的DNA甲基化模式, 本研究采用RT PCR技术克隆了中华蜜蜂DNA甲基化转移酶3（Dnmt3）基因(GenBank登录号为JQ740768); 采用荧光定量PCR检测不同发育时期工蜂（4日龄蛹, 1, 7和30日龄成年蜂及产卵工蜂）和蜂王（4日龄蛹, 1日龄蜂王和产卵蜂王）头部的Dnmt3基因mRNA的表达量。结果表明： 该基因cDNA序列全长2 277 bp, 编码758个氨基酸残基, 预测的蛋白分子量为88.24 kD, 等电点为7.85。将中华蜜蜂与其他物种的Dnmt3基因的结构域进行比对, 同时将该基因推导的氨基酸序列与其他物种的Dnmt3氨基酸序列进行同源性比对和系统发育分析, 发现与西方蜜蜂的Dnmt3序列一致性高达99%。该基因在工蜂和蜂王不同发育时期均有表达, 1日龄工蜂与7日龄工蜂中没有显著差异(P>0.05), 30日龄工蜂中的表达量显著高于前两者 (P<0.05); 蜂王蛹中的表达量显著高于工蜂蛹 (P<0.05); 1日龄的蜂王中的表达量显著高于1日龄的工蜂(P<0.05); 产卵工蜂与产卵蜂王中的表达量没有差异（P>0.05）。这种表达情况提示其可能与工蜂劳动分工及蜜蜂卵巢发育有关。     

Cloning and expression profiling of the DNA methyltransferase Dnmt3 gene in the Chinese honeybee, Apis cerana cerana (Hymenoptera:Apidae )

为探究中华蜜蜂Apis cerana cerana的DNA甲基化模式,本研究采用RT-PCR技术克隆了中华蜜蜂DNA甲基化转移酶3( Dnmt3)基因(GenBank登录号为JQ740768);采用荧光定量PCR检测不同发育时期工蜂(4日龄蛹,1,7和30日龄成年蜂及产卵工蜂)和蜂王(4日龄蛹,1日龄蜂王和产卵蜂王)头部的Dnmt3基因mRNA的表达量.结果表明:该基因cDNA序列全长2 277 bp,编码758个氨基酸残基,预测的蛋白分子量为88.24 kD,等电点为7.85.将中华蜜蜂与其他物种的Dnmt3基因的结构域进行比对,同时将该基因推导的氨基酸序列与其他物种的Dnmt3氨基酸序列进行同源性比对和系统发育分析,发现与西方蜜蜂的Dnmt3序列一致性高达99％.该基因在工蜂和蜂王不同发育时期均有表达,1日龄工蜂与7日龄工蜂中没有显著差异(P＞0.05),30日龄工蜂中的表达量显著高于前两者(P＜0.05);蜂王蛹中的表达量显著高于工蜂蛹(P＜0.05);1日龄的蜂王中的表达量显著高于1日龄的工蜂(P＜0.05);产卵工蜂与产卵蜂王中的表达量没有差异(P＞0.05).这种表达情况提示其可能与工蜂劳动分工及蜜蜂卵巢发育有关.     

LncRNA在蜜蜂级型分化中的功能研究

蜜蜂的级型分化被证实是由蜂王浆中的Royalactin决定,工蜂和蜂王幼虫在级型分化时编码基因的表达差异也被广泛研究.我们发现,在蜜蜂幼虫的级型分化过程中,lncRNA也有着显著的表达差异,因此认为,lncRNA也参与了蜜蜂的级型分化过程.进一步的分析显示,lncRNA可能通过影响上下游基因的转录和功能执行的方式,在蜜蜂早期发育的多细胞组织发育、神经系统发育和转录调控的过程中起到重要的调控作用.     

蜂王的分化发育与表观遗传

表观遗传不仅是当下科学研究的热点,而且还将走进高中生物学新教材。蜂王与工蜂分化发育过程中,雌幼虫早期的蜂王浆喂食与否,决定了其发育的命运。蜂王浆决定雌幼虫分化发育的原因在于含有表观遗传效应物质分子,控制重要基因的表达模式向着蜂王方向进行。     

人工注射Dnmt3 siRNA对意大利蜜蜂雌蜂发育的影响

为了研究人工注射DNA甲基化转移酶3 (DNA methyltransferase3, Dnmt3) siRNA对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica雌蜂的Dnmt3酶活性、 Dnmt3 mRNA表达量、 dynactin p62基因甲基化水平以及蜜蜂形态指标之间的影响和关系, 分别给3组3日龄的意大利蜜蜂幼虫人工注射50 ng Ringer, uth siRNA和Dnmt3 siRNA溶液。在幼虫的发育过程中, 测定每组幼虫头部的Dnmt3酶活性、 Dnmt3 mRNA表达量、 dynactin p62基因甲基化水平以及刚羽化雌性蜜蜂的初生重、 体长、 前翅长、 前翅宽、 吻长、 第3背板长等形态指标。结果表明: 人工注射Dnmt3 siRNA不仅可以显著降低意大利蜜蜂幼虫头部Dnmt3酶活性、 Dnmt3 mRNA表达量和dynactin p62基因整体甲基化水平, 同时显著提高了刚羽化雌性蜜蜂的初生重、 体长、 第3背板长。结果说明Dnmt3的改变可以影响雌性意蜂幼虫的发育。     

王浆主蛋白MRJP7基因在意大利蜜蜂体内的表达

王浆蛋白是蜂王浆生物功能的物质基础,是由王浆蛋白基因家族(mrjps)编码合成的。但部分家族成员如MRJP7在王浆中的含量极少甚至检测不到。基因功能与其在生物体内的时空表达特性相关,为探究mrjp7的生物学功能,本研究利用荧光定量PCR技术对mrjp7在不同发育时期的工蜂和成年工蜂、雄蜂和蜂王的不同组织部位的表达进行定量检测。结果显示mrjp7在成年雄蜂体内的表达水平最低,成年蜂王次之,且在它们的各不同组织部位之间的表达量差异较小。该基因在工蜂幼虫和蛹期的表达同样较低,但在羽化后9日龄前后的哺育蜂王浆腺和头部特异性高表达,这与哺育蜂分泌蜂王浆哺育幼虫和蜂王的功能是相适应的,该结果在转录水平上证实了mrjp7的营养功能,为进一步的研究和应用打下了理论基础。     

表观遗传学与蜜蜂级型分化的研究进展

蜜蜂是一种高度社会化的昆虫,一个完整健康的蜂群通常是由蜂王、工蜂和雄蜂组成。尽管蜂王和工蜂的遗传物质相同,但它们在形态特征、行为职能和寿命方面表现出显著的差异。许多研究结果表明,营养因素是造成蜜蜂级型分化现象的主要原因,它可以影响蜂王幼虫和工蜂幼虫体内大量基因和蛋白的差异表达。随着表观遗传学的发展,人们对基因表达的调控机制有了新的认识,它与DNA甲基化、非编码RNA调控和组蛋白乙酰化等密切相关。这也为蜜蜂级型分化的分子机制提供了新的理论。本文就表观遗传学和蜜蜂级型分化的研究进展做一综述。     

意大利蜜蜂amPGAM2基因的克隆、序列特征及表达分析

【目的】磷酸甘油酸变位酶(PGAM)是糖酵解和葡萄糖异生途径中一种发挥重要作用的蛋白酶,本研究拟明确amPGAM2基因的序列特征及表达模式。【方法】以意大利蜜蜂Apismellifera为研究对象,克隆了amPGAM2基因的cDNA序列,分析了其序列特征及其在工蜂、雄蜂、蜂王的不同发育时期的表达模式。【结果】序列特征分析表明,克隆所得序列全长976 bp,包含1个完整的开放阅读框,共编码254个氨基酸。该基因核苷酸序列与中华蜜蜂Apiscerana(98.4%)高度相似,并存在15个潜在抗原表位、9个磷酸化位点和5个组氨酸磷酸酶域活性部位,属于组氨酸磷酸酶超家族,是一种二磷酸甘油酸依赖性的可溶中性稳定蛋白。荧光定量PCR结果表明,amPGAM2基因在不同品级、不同发育时期的表达差异显著(P0.05)。工蜂卵期3日龄、幼虫期5日龄表达最高,雄蜂成虫期表达最高,蜂王幼虫期4日龄表达最高,且工蜂、雄蜂及蜂王由卵孵化成幼虫阶段和由红眼蛹羽化至成虫阶段,其表达都呈上升趋势。【结论】本研究结果推测amPGAM2基因在卵的孵化及精卵发生过程中具有重要作用,为进一步认识意大利蜜蜂生殖发育过程中的能量代谢提供理论基础。     

西方蜜蜂(Apis mellifera L.)体内王浆蛋白MRJP6基因的表达

为探究蜜蜂王浆MRJP6基因在意大利蜜蜂体内的时空表达情况,为进一步的功能研究提供依据。本研究利用实时荧光定量PCR技术对西方蜜蜂不同级型、发育时期和组织内的mrjp6表达量进行检测和分析。结果表明mrjp在蜜蜂幼虫和蛹期的表达水平较低,与对照基本一致,但在成年蜜蜂体内表达量显著提高,约为对照的2~5~2~8倍(p0.05);在成年三型蜂体内,其在雄蜂体内表达量低,约为对照的2~5倍,而在雌性的工蜂和蜂王体内表达量明显较高,可达28倍(p0.05)。这说明mrjp6的表达与蜜蜂的性别有关。但其在工蜂和蜂王之间的表达没有差异,显示其表达与蜜蜂级型无关;进一步的研究表明,成年工蜂体内,mrjp6在哺育蜂和采集蜂体内表达量很高且比较稳定,通过对不同组织的检测表明该基因主要是在蜜蜂的头部特异性高表达。作为王浆蛋白家族的一员,mrjp6在成年雌性蜜蜂头部高水平表达,但又与典型的一般王浆蛋白在9日龄前后哺育蜂体内高表达、其他阶段低表达的模式不同,说明其具有不同于一般王浆蛋白的功能,分析其可能与蜜蜂神经系统的功能以及成年雌性蜜蜂复杂的行为发育模式有关。     

中华蜜蜂dynactin p62基因的克隆及不同发育阶段表达分析

为探究中华蜜蜂Apis cerana cerana dynactin p62基因的表达特性, 本研究克隆了中华蜜蜂dynactin p62的基因组DNA序列(GenBank登录号： JX101463) 和mRNA序列（GenBank登录号： JX101464）; 采用荧光定量PCR检测了中华蜜蜂dynactin p62在不同发育时期（3日龄和6日龄幼虫、 刚羽化出房蜜蜂）三型蜂中mRNA的表达量。结果表明： 该基因基因组DNA序列全长为2 403 bp, mRNA序列全长为1 491 bp, 编码496个氨基酸残基, 预测的蛋白分子量为56.49 kD, 等电点为8.31。系统发育分析表明中华蜜蜂dynactin p62与西方蜜蜂Apis mellifera dynactin p62聚成一支。该基因在不同发育时期均有表达, 在雌性蜜蜂（蜂王和工蜂）中, 刚羽化成虫期的表达量显著高于幼虫期(P<0.05), 并且同一发育时期相比, 工蜂的表达量显著高于蜂王(P<0.05); 而该基因在雄蜂中表达量没有明显的规律性。这些结果提示该基因可能与中华蜜蜂级型分化有关。     

意蜂SOD和POD同工酶在工蜂、雄蜂和蜂王之间的比较

用聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法,以意大利蜜蜂工蜂、雄蜂和蜂王以及两种不同大小幼虫之间的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)同工酶分别作了比较。结果表明,这2种同工酶在意蜂幼虫阶段与成体阶段均有明显差异;意蜂工蜂、雄蜂和蜂王都有着不同的同工酶谱型。说明意蜂同工酶在种内的表达受到发育程度、进食质量、分化方向等因素的影响。     

蜂王幼虫与工蜂幼虫发育期食物消耗量的研究

以意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica雌性幼虫为试验材料,用鲜王浆、葡萄糖、果糖和酵母抽提物分别配制不同日龄的蜂王幼虫食物和工蜂幼虫食物,采用室内人工饲养蜜蜂幼虫技术饲养12h以内的蜂王幼虫和工蜂幼虫,直到幼虫出现排便和吐丝行为,记录幼虫生长发育期间消耗的总食物量。结果表明:1只蜂王幼虫在生长发育期平均消耗196.8mg蜂王幼虫食物,而1只工蜂幼虫在生长发育期平均消耗139.4mg工蜂幼虫食物。     

意大利蜜蜂血淋巴HP19蛋白的表达及功能

昆虫血淋巴蛋白HP19主要参与蜕皮激素调控昆虫的变态及发育进程,蜂群内的工蜂、蜂王和雄蜂具有不同的变态和发育历期,为探究hp19在调控意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica三型蜂变态发育中的作用,本研究利用实时荧光定量PCR技术对hp19在不同发育时期的工蜂、雄蜂和蜂王体内的转录水平进行检测。结果表明,该基因在工蜂和雄蜂3龄幼虫体内表达量分别为参照基因的104和105倍,在5龄幼虫体内的表达则分别降为参照的10和102倍,蛹期表达量又都显著提高。hp19在蜂王整个幼虫期的表达保持在参照的102倍,封盖后逐渐上升,至化蛹前达到参照的105倍。在成年工蜂体内的表达为参照的104倍,而在新羽化蜂王和雄蜂体内表达水平为参照的107倍,但在性成熟的产卵蜂王和雄蜂体内的表达显著降低至参照的104倍。hp19在三型蜂体内这种不同的表达模式说明其不仅与三型蜂差异的变态发育历期有关,还可能与雄蜂和蜂王的生殖有关,具有多样的生物学功能。     

东西方蜜蜂亲缘行为关系研究取得新进展

东方蜜蜂和西方蜜蜂是2个不同的种,二者的亲缘关系很近,但是二者的蜂王和幼虫均具有不同的遗传物质和气味信息素,蜜蜂的气味信息素对蜜蜂的社会行为和行为方式起到非常重要的作用。建立东方蜜蜂和西方蜜蜂的混合饲养蜂群,为研究东方蜜蜂和西方蜜蜂这2个近缘物种间的相互关系提供了一个很好的模式。近日,中国科学院西双版纳热带植物园协同进化组的高级访问学者谭垦教授等,通过测试和分析东方蜜蜂蜂王和西方蜜蜂蜂王的蜂王信息素主要成分的组成和差异,研究蜂王在混合饲养蜂群内对异种工蜂卵巢发育的抑制作用,并探讨了当混合蜂群失去蜂王后,2种工蜂对异种蜜蜂卵和幼虫气味的识别和反应机制。     

蜜蜂群内生殖分工体系的形成及其维持

本文对蜜蜂群内生殖分工体系的形成及其维持机制进行综述。蜜蜂群体具有完善的劳动分工(包括生殖分工)体系,蜂王垄断生殖权力,而工蜂生殖器官发育不完全,在蜂王信息素和幼虫信息素的作用下产卵受到抑制。蜂王的多雄交配机制降低了群内个体间的亲缘关系,但也促进了工蜂间相互监督机制的形成。工蜂间的相互监督,结合蜂王和幼虫信息素对工蜂卵巢发育的影响,解决了蜂王与工蜂、工蜂与工蜂间的生殖利益冲突,保障了蜂群内的生殖分工体系,提高了群体效率,维护了蜂群的真社会性。     

中蜂与意蜂无王群培育非自身蜂种蜂子及改造王台特性

以中华蜜蜂和意大利蜜蜂为试验材料,通过组织相应无王群,把一蜂种无王群中的子脾加入到另一蜂种无王群中,进行中蜂和意蜂无王群培育非自身蜂种蜂子和改造王台特性研究,当未培育出蜂王时,分别从原有王群中调入子脾进行第2、第3期试验。结果表明:中蜂无王群中的工蜂会清除引入意蜂子脾中的蜂卵,但随着引入意蜂子脾封盖子羽化出房的意蜂幼蜂数量增加而逐渐接受意蜂幼虫,蜂群未改造意蜂王台,只培育出中蜂蜂王;意蜂无王群中的工蜂会随着引入中蜂子脾中羽化出房的中蜂幼蜂数量增加而逐渐接受中蜂卵及幼虫,并从第2期试验开始会改造中蜂王台,但最终只培育出意蜂蜂王。     

ame-miR-14在意大利蜜蜂工蜂幼虫肠道发育过程的调控作用

【目的】本研究旨在揭示ame-miR-14在意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂幼虫肠道发育过程的调控作用。【方法】通过Stem-loop RT-PCR和Sanger测序分别验证ame-miR-14在意大利蜜蜂工蜂6日龄幼虫肠道中的表达和序列真实性。饲喂ame-miR-14的模拟物(mimic-ame-miR-14)和抑制物(inhibitor-ame-miR-14)及其相应的阴性对照mimic-NC和inhibitor-NC对ame-miR-14分别进行过表达和敲降,利用RT-qPCR检测意大利蜜蜂工蜂4-6日龄幼虫肠道中ame-miR-14的表达量。利用生物信息学软件预测ame-miR-14的靶基因并进行相关分析。利用RT-qPCR检测ame-miR-14的过表达和敲降后其靶基因FoxO和Hedgehog在4-6日龄幼虫肠道中的相对表达量。【结果】ame-miR-14在意大利蜜蜂工蜂6日龄幼虫肠道中真实存在和表达。相较于饲喂mimic-NC,饲喂mimic-ame-miR-14后ame-miR-14表达量在意大利蜜蜂工蜂4-6日龄幼虫肠道中均为显著上调;相...     

蜜蜂体内王浆主蛋白基因mrjp9的转录表达研究

蜜蜂体内有9种王浆蛋白基因(major royal jelly protein,MRJPs1～9),其中MRJPs1～5在蜂王浆中含量较高,是蜂王浆生物学功能的基础。MRJPs6～9在王浆中没有或含量极少,且功能未知。为研究非王浆蛋白组分的MRJP9的生物学功能,本研究用RT-PCR的方法对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica Spinola不同组织,不同部位,不同级型样本中mrjp9的转录水平进行检测和定量。结果发现mrjp9在蜜蜂的幼虫、蛹和成年蜜蜂的各组织部位均广泛转录表达,但其在幼虫、蛹和刚出房的成年蜜蜂体内表达水平较低,而在成年采集蜂体内表达水平则较高,其表达与蜜蜂的发育时期有关。通过对在成年蜜蜂体内各组织部位的表达水平进行检测的结果显示该基因主要在蜜蜂的头、胸和王浆腺等组织部位的表达较高,其他组织部位表达较少。此外,该基因也在雄蜂和蜂王体内广泛表达,不受蜜蜂性别和级型的影响。这些结果说明mrjp9是一与蜜蜂发育有关的基因,可能与蜜蜂的行为发育和分工调控有关。