论文部分内容阅读
社会生物学的根本问题是解释复杂社会性行为的调控机制,尤其在社会性昆虫中。蜜蜂(Apis)作为典型的社会性昆虫最重要的特征是生殖劳动分工。在正常情况下,蜂王垄断蜂群的生殖权利,而工蜂生殖受到抑制。但是在蜂群失王的情况下,部分工蜂卵巢激活并开始产卵。卵巢是蜜蜂生殖系统的重要功能单位,卵巢激活是蜜蜂生殖力的重要影响因素。研究蜜蜂卵巢的基因表达,对揭示蜜蜂卵巢激活和生殖劳动分工的分子机制有着重要意义。本研究利用新一代高通量测序技术(Illumina HiSeqTM2000)检测意大利蜜蜂(A. mellifera ligustica)蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢的mRNAs和microRNAs (miRNAs)表达谱,并对样本间表达差异进行分析,以寻找蜜蜂卵巢激活相关的关键基因。根据miRNAs与mRNAs的调控关系预测可能在蜜蜂卵巢激活过程中起作用的miRNAs及其靶基因。蜜蜂无政府主义(anarchistic)行为是自然发生的一种罕见而特殊的现象,即使蜂王存在,蜂群中也有较高比例的工蜂卵巢激活并产卵,导致蜂群中大多数雄蜂是这些工蜂的后代。无政府主义蜜蜂作为正常蜂群工蜂不育的反例,为工蜂生殖机制研究提供了绝佳的实验材料。本研究对在中国发现的无政府主义蜂群的生殖特性进行研究,并对无政府主义工蜂的上颚腺分泌物进行分析,以期了解上颚腺信息素在工蜂生殖地位建立过程中的功能及无政府主义行为的调控机制。研究结果如下：1.蜜蜂卵巢激活相关mRNAs的筛选卵巢活性不仅影响雌性蜜蜂的生殖,也参与其生殖劳动分工和行为的调控。本研究利用高通量测序技术分析蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢的mRNAs表达谱,以获取蜜蜂卵巢激活相关的候选基因。蜂王未激活和激活卵巢间获得1615个差异表达基因(DEGs),工蜂未激活卵巢和激活卵巢间获得5300多个DEGs,其中824个基因共同参与蜂王和工蜂卵巢激活的调控。大部分DEGs参与细胞(cellular, cell and cell part)、结合(binding、生物调节和新陈代谢等生物学过程。此外,1000多个DEGs匹配到230多条KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路,其中包括25条信号通路。研究发现,卵巢中DEGs编码的蛋白参与营养相关的功能和信号通路调节。这些蛋白包括王浆主蛋白(MRJPs)、黄蛋白(yellow proteins)、化学感受蛋白(CSPs)、保幼激素(JH)和退化类固醇合成以及类胰岛素生长因子1(Insulin-IGF-1)通路相关的酶。采,用qRT-PCR对高通量测序获得的10个基因进行了验证。本研究有助于蜜蜂卵巢激活和生殖劳动分工分子机制的研究。2.蜜蜂卵巢激活相关miRNAs的筛选miRNAs是一类长度为19～24nt的内源性非编码RNA (ncRNA),通常靶向一个或多个靶基因的3’非编码区,通过抑制mRNA翻译或降解mRNA在转录后水平调控基因的表达。本研究利用高通量测序技术分析蜂王和工蜂未激活卵巢和激活卵巢差异表达的miRNAs,以获取蜜蜂卵巢激活相关的候选miRNAs及其靶基因。在处女王未激活卵巢(VQI)、产卵王激活卵巢(EQA)、有王群工蜂未激活卵巢(WIQR)、无王群工蜂未激活卵巢(WIQL)和无王群工蜂激活卵巢(WAQL)中分别获得80、79、133、111和97个已知的miRNAs,分别预测得到28、32、64、13和10个新的miRNAs。蜂王未激活和激活卵巢间获得28个差异显著的已知miRNAs,工蜂未激活卵巢和激活卵巢间获得100多个差异显著的已知miRNAs,其中16个已知miRNAs参与雌性蜜蜂的卵巢激活过程。对这些共同差异表达的已知miRNAs的靶基因进行预测,并结合蜜蜂卵巢mRNAs表达谱分析,筛选参与蜜蜂卵巢激活的候选已知miRNAs及其靶基因。3.AC蜂群的生殖特性研究AC蜂群在自然条件下存在的比例很低。2012年,我们首次在中国的意蜂蜂场发现这种蜂群。我们证实其中3群具有典型的无政府主义行为特性,即有较高比例(3%～21%)的工蜂卵巢激活并开始产卵；蜂群中工蜂产的卵能够逃避工蜂监督而不被清除,并且蜂群本身的监督能力降低。实验发现,工蜂倾向于在远离蜂王的位置产卵,以降低蜂王信息素的抑制作用。为了进一步了解工蜂上颚腺分泌物在工蜂生殖地位获得过程中的功能,我们对卵巢未激活无政府主义工蜂(IAWs)和卵巢激活无政府主义工蜂(AWs)的上颚腺信息素组成进行比较。检测获得5种信息素(HOB、9-ODA、9-HDA、10-HDA和10-HDAA)的总含量在AWs中显著高于IAWs。IAWs的主要成分是工蜂物质10-HDA和10-HDAA,而AWs的主要成分是蜂王物质9-ODA的前体成分9-HDA。这一研究结果与有王群海角蜂(A. m. capensis)的上颚腺信息素组成相似,即在蜂王存在的情况下,工蜂上颚腺信息素以9-HDA为主。比值9-ODA/(9-ODA+10-HDA+10-HDAA)在IAWs和AWs之间差异不显著,而比值10-HDAA/9-HDA在IAWs中表现为工蜂特异性(>1.0),在AWs中表现为蜂王特异性(≤1.0)。本研究首次研究AC工蜂上颚腺信息素在有王群工蜂生殖中的调控功能。