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活性蛋白质组揭示意大利蜜蜂群体蜂王浆高产的分子机制

Solomon Zewdu Altaye  
【摘要】:繁殖投资是蜜蜂重要的行为之一,对蜜蜂种群的生存和发展具有重要意义。蜂群的生殖行为受蜂王和工蜂的共同调控。在蜂群中,具有相同遗传背景的受精卵有的发育成不育的工蜂,有的发育成可育的蜂王,其中蜂王浆是决定受精卵在幼虫早期发育成工蜂还是蜂王的关键因子。自1980年以来,我国科学家经过40多年从意大利蜜蜂(意蜂)选育出王浆高产的蜜蜂品系:蜂王浆高产蜜蜂(浆蜂),其群产蜂王浆可达10kg,是意蜂的10倍以上,这使我国成为世界上蜂王浆生产大国,占世界总产量的90%以上。浆蜂是我国特有的优良品系,阐明蜂王浆高产机理对蜜蜂产浆生物学和保护利用具有重要意义。随着蛋白质组学技术的进步,在过去10多年中,尽管我们对浆蜂蜂王浆高产机理进行了比较全面的研究,但对组织中活性蛋白质在蜂王浆高产中的作用尚不明确。为了得到活性蛋白质在浆蜂高产蜂王浆中发挥的作用,我们利用基于质谱的活性蛋白质组学技术,对浆蜂和意蜂的咽下腺(HG)(第2章)和大脑(第3章)进行了研究。蜂王浆中的蛋白质主要由哺育蜂的咽下腺分泌。对浆蜂和意蜂哺育蜂和采集蜂咽下腺的活性蛋白质组的比较发现:与意蜂相比,浆蜂经过选育后,其咽下腺的活性蛋白表达谱已经发生了变化。浆蜂哺育蜂中咽下腺参与蛋白质合成和脂质转运途径蛋白质的功能活性加强,以促进浆蜂分泌更多的蜂王浆;此外,浆蜂咽下腺中碳水化合物代谢和能量合成的蛋白质活性增强,以保证腺体充足的营养供应来支持高泌浆过程中的营养需求。因此,浆蜂哺育蜂咽下腺中蛋白质功能活性的升高增强了其哺育能力,从而加强其助亲行为,从整个蜂群调控浆蜂的蜂王浆高产。研究结果全新的揭示了利他主义的哺育蜂如何通过助亲行为将蜂王浆供给雌性幼虫最大化的实现蜂群繁殖投资行为的分子基础。蜜蜂大脑是一个可塑性很强的器官,它的生理功能随内部和外部的刺激而变化,以适应蜜蜂从事不同的劳动分工。对浆蜂和意蜂哺育蜂和采集蜂大脑的活性蛋白质组进行了研究表明,与意蜂相比,浆蜂哺育蜂大脑中,上调的活性蛋白主要与能量合成、蛋白代谢和信号传导有关,通过加强脑细胞的能量供应和信号传到等,调控增加分泌蜂王浆的行为。此外,核糖体,光转导和细胞氧化还原等途径特异在浆蜂哺育蜂大脑中富集。同时,在浆蜂采集蜂的大脑中,碳水化合物代谢等与能量产生相关的通路显著上调,保障采集蜂采集过程神经系统对能量的需求,满足蜂群分泌蜂王浆哺育幼虫的营养需求。浆蜂大脑中活性蛋白质组中加强了特定蛋白质的表达,重塑了大脑活性功能,从而优化对蜂王浆的分泌行为的调控。此外,哺育蜂和采集蜂中大脑活性蛋白质组也形成了与特定行为相关的表达谱。研究结果从全新角度理解了蜂王浆高产的神经生物学机理。本论文利用活性蛋白质组(ABPP)对浆蜂和意蜂咽下腺和大脑进行了比较研究,从全新的角度揭示了蜂王浆的高产机理。为浆蜂高产蜂王浆机理的进一步研究提供了新的证据、奠定了分子基础。


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