多模态感知是动物认识世界,并对环境中相关事件做出快速选择的需要。蜜蜂的采集行为必须经历视觉和嗅觉两个模态而达到感知花的颜色、形状和气味。本研究对中蜂视觉-嗅觉双模态学习组、视觉对照组和嗅觉对照组三组蜜蜂进行转录组和蛋白质组学分析,并且根据转录和蛋白联合分析结果筛选出影响蜜蜂视觉-嗅觉双模态学习的关键基因和蛋白,然后通过RNA干扰和吻伸反应(PER)实验来验证关键基因是否参与蜜蜂视觉-嗅觉双模态学习,并且分析了基因可能的调控机理。1.中蜂PER实验的结果表明中蜂在触角完好且在捆绑状态下,不能通过颜色来区别奖励刺激和非奖励刺激,但如果在实验中引入气味刺激,中蜂则能通过颜色来区别奖励刺激和非奖励刺激,并且实验确定了中蜂视觉-嗅觉双模态PER实验的最佳条件,既实验前中蜂饥饿4h,颜色刺激的光照强度在3000LUX。2.通过对中蜂视觉-嗅觉双模态学习组、视觉对照组和嗅觉对照组三组蜜蜂进行转录组测序RNA-seq,其中双模态学习组与视觉对照组相比有297个差异基因,与嗅觉对照组相比有232差异基因,共同差异基因有119个。GO和KEGG功能分析结果表明双模态学习组和视觉对照组相比差异基因显著富集在氧化还原过程和氧化还原酶活动等生物学功能方面,主要参与过氧物酶体和内质网蛋白加工等信号通路。双模态学习组和视觉对照组相比差异基因显著富集在代谢过程和碳水化合物代谢等方面,主要参与淀粉、糖代谢和内质网蛋白加工等信号通路。3.通过对中蜂视觉-嗅觉双模态学习组、视觉对照组和嗅觉对照组三组蜜蜂进行蛋白组测序(TMT),共鉴定到5,386个蛋白,其中双模态学习组与视觉对照组之间共有139个差异蛋白,与嗅觉对照组有66个差异蛋白,共同差异蛋白48个。通过蛋白互作图发现互作关系最多的蛋白是ALDH7A1,且该基因主要参与甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢通路并且影响β-丙氨酸的代谢,而甘氨酸和β-丙氨酸是大脑中非常最要的神经递质。因此ALDH7A1基因可能参与中蜂视觉-嗅觉双模态学习的调控过程。4.注射si RNA-ALDH7A1后,中蜂双模态学习记忆显著下降,而单视觉或单嗅觉的学习记忆没有显著变化。荧光原位杂交结果表明ALDH7A1主要在中蜂蘑菇体凯尼恩细胞中表达。这些结果均表明ALDH7A1是影响中蜂双模态学习的关键基因。为了确定其影响机制,在干扰ALDH7A1表达后,检测了与ALDH7A1相关的基因、蛋白及代谢产物β-丙氨酸的表达量变化,发现ALDH7A1和RGN的基因和蛋白表达量均显著下调,GAD表达量没有显著变化,且β-丙氨酸的含量显著增加。在中蜂大脑中注射1μg(50μg/μL)的β-丙氨酸后,其对中蜂三种区别学习任务的影响与注射RNAi-ALDH7A1后的结果一致。因此ALDH7A1可能与RGN基因共同参与中蜂双模态学习记忆,而ALDH7A1可能通过调控代谢产物β-丙氨酸的含量进而影响双模态学习记忆。