蜂王浆是蜜蜂重要的蜂产品之一。咽下腺和上颚腺是蜜蜂分泌蜂王浆的重要外分泌腺体,同时工蜂分泌蜂王浆的能力与脑部调节行为过程中高量表达的基因、蛋白质、神经肽等有关。近年来关于不同日龄工蜂咽下腺、上颚腺、脑的转录组和蛋白质组的大量研究极大地促进了蜂王浆分泌的分子基础研究,但其分子机制尚不明确。为了排除日龄因素对蜂王浆分泌机制的影响,本研究组建人工蜂群,收集3日龄工蜂、10日龄哺育蜂、10日龄采集蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂,比较了相同日龄哺育蜂和采集蜂咽下腺和上颚腺形态和生理差异;并通过转录组学全面筛选咽下腺、上颚腺、脑3个组织中调控哺育行为密切相关的基因,并利用qRT-PCR验证相关基因的表达模式。本文获得的主要研究结果如下:1.本研究组建人工蜂群收集相同日龄(10日龄和21日龄)的哺育蜂和采集蜂,比较了相同日龄哺育蜂和采集蜂咽下腺形态和总蛋白质含量的差异,并利用RNA-Seq筛选哺育蜂咽下腺合成和分泌蜂王浆相关的候选基因。结果发现:哺育蜂(10日龄和21日龄)咽下腺的腺泡面积和总蛋白含量均显著高于同日龄的采集蜂,表明哺育蜂咽下腺具有更强的蛋白分泌活性。RNA-Seq分析发现,510个差异基因在10日龄哺育蜂咽下腺中的表达量显著高于3日龄工蜂、10日龄采集蜂和21日龄采集蜂咽下腺中的表达量,同时在21日龄哺育蜂咽下腺中的表达量也显著高于21日龄采集蜂咽下腺中的表达量,表明这些上调差异基因与哺育蜂咽下腺中蜂王浆的合成和分泌密切相关。GO和KEGG富集分析表明这些差异基因主要富集在翻译(157个差异基因)、转录(20个差异基因)、DNA复制(7个差异基因)、能量代谢(13个差异基因)等方面。同时,本研究也发现构成蜂王浆蛋白的主要基因-王浆主蛋白1(Major royal jelly protein 1,Mrjp1)、Mrjp4、Mrjp5和另一个Mrjp1(LOC551813)在哺育蜂咽下腺中的表达量显著高于相应日龄的采集蜂。这些结果暗示哺育蜂咽下腺可能采用上述多种策略刺激蜂王浆蛋白的合成和分泌。2.为检测相同日龄哺育蜂和采集蜂上颚腺分泌10-羟基-2-葵烯酸(10-hydroxy-2(E)-decenoic acid,10-HDA)的含量差异,我们通过高效液相色谱检测了3日龄工蜂、10日龄哺育蜂和采集蜂、21日龄哺育蜂和采集蜂上颚腺中10-HDA的含量,同时也利用RNA-Seq筛选了上颚腺中与蜂王浆合成和分泌密切相关的差异基因。结果发现:工蜂上颚腺中10-HDA含量随日龄增加(3日龄工蜂、10日龄哺育蜂和21日龄采集蜂)呈现逐渐增加趋势,但同日龄条件下,采集蜂10-HDA的含量高于哺育蜂;RNA-Seq分析发现,46个差异基因在10日龄哺育蜂上颚腺中的表达量显著高于3日龄工蜂、10日龄采集蜂和21日龄采集蜂上颚腺中的表达量,同时在21日龄哺育蜂上颚腺中的表达量也显著高于21日龄采集蜂上颚腺中的表达量,暗示这些基因与上颚腺中蜂王浆合成和分泌相关密切相关。GO和KEGG富集分析显示这些差异基因主要富集在脂肪酸代谢、能量代谢等方面,暗示哺育蜂的上颚腺可能通过增加脂肪酸代谢和能量代谢等方面来促进蜂王浆中相关脂肪酸的合成。同时,也发现哺育蜂上颚腺上调差异基因中的Mrjp1、Mrjp2、Mrjp3、Mrjp4、Mrjp7以及参与脂肪酸β-氧化中的关键基因ACSF2、LOC408567、LOC409150、LOC725274、LOC408291均显著高于相应日龄采集蜂。3.为了筛选脑中调控哺育行为相关基因,本研究利用RNA-Seq对相同日龄(10日龄和21日龄)哺育蜂和采集蜂脑的转录组进行了全面的分析。共筛选到32个差异基因在10日龄哺育蜂脑中的表达量显著高于3日龄工蜂、10日龄采集蜂和21日龄采集蜂脑中的表达量,同时在21日龄哺育蜂脑中的表达量也显著高于21日龄采集蜂脑中的表达量,这些基因与哺育蜂的哺育行为密切相关。GO和KEGG富集分析发现这些基因主要通过调控信号转导和能量代谢等路径参与哺育蜂的哺育行为,它们可能在哺育蜂脑部调控蜂王浆合成和分泌过程中发挥重要作用。基于以上结果及前期的研究结果,可推测哺育蜂能够感知幼虫信息素并通过化学感受器官传输信号到大脑;通过高级中枢神经器官-脑调控咽下腺和上颚腺促进蜂王浆主蛋白质和脂肪酸等合成,引发哺育蜂表现哺育行为,并将分泌的蜂王浆饲喂小幼虫和蜂王。