圓唇散白蟻雌性工蟻向補(bǔ)充生殖蟻轉(zhuǎn)化途徑的研究.pdf

1、白蟻品級(jí)發(fā)育的多樣性和可塑性是其社會(huì)性的顯著性特征。在散白蟻屬Reticulitermes中，工蟻品級(jí)有著非常靈活的可塑能力，工蟻的分化有三種途徑:經(jīng)歷蛻皮后維持工蟻形狀不變，經(jīng)歷兩次蛻皮成為完全不育的兵蟻或經(jīng)歷一次蛻皮成為無(wú)翅型補(bǔ)充生殖蟻(apterous neotenic reproductives，NRs)。當(dāng)巢群分割重組或生殖蟻缺失時(shí)，無(wú)翅型補(bǔ)充生殖蟻的分化可以延續(xù)巢群的發(fā)展。至今工蟻向補(bǔ)充生殖蟻的轉(zhuǎn)化只需經(jīng)歷一次蛻皮的觀點(diǎn)尚未

2、受到質(zhì)疑。實(shí)際上，目前工蟻向補(bǔ)充生殖蟻轉(zhuǎn)化的機(jī)制并不清楚，這種轉(zhuǎn)化過(guò)程是否只經(jīng)歷一次蛻皮尚未有深入的探討和充足的證據(jù)。本文以圓唇散白蟻Reticulitermes labralis(Hisa)為材料，對(duì)工蟻向補(bǔ)充生殖蟻轉(zhuǎn)化過(guò)程中的形態(tài)學(xué)變化、卵巢發(fā)育、卵子發(fā)生中的生殖細(xì)胞凋亡以及卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中的基因表達(dá)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果及結(jié)論如下:
　　1.首次發(fā)現(xiàn)了圓唇散白蟻雌性工蟻向NRs轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要經(jīng)歷兩次蛻皮，即需要經(jīng)過(guò)前補(bǔ)充生殖

3、蟻(pre-apterous neotenic reproductive，pre-NR)階段，雄性工蟻直接與雌性補(bǔ)充生殖蟻交配，不經(jīng)歷蛻皮。Pre-NRs是雌性工蟻向NRs分化過(guò)程中的一個(gè)獨(dú)立的齡期，并且有其獨(dú)特的形態(tài)特征。老齡雌性工蟻經(jīng)歷一次蛻皮后形成的pre-NRs，pre-NRs再經(jīng)歷一次蛻皮后形成NRs。Pre-NRs與工蟻和NRs的形態(tài)特征有顯著性差異，在腹部長(zhǎng)度方面，工蟻為1.99±0.02mm，pre-NRs為2.61±0

4、.05mm，NRs為2.85±0.20mm，Pre-NRs較工蟻顯著性增長(zhǎng)(P＜0.05)，而pre-NRs與NRs無(wú)顯著性差異;第七腹板的長(zhǎng)度工蟻為0.24±0.02mm，pre-NR為0.38±0.025mm，NRs為0.5±0.01mm，工蟻、pre-NRs和NRs第七腹板長(zhǎng)度隨轉(zhuǎn)化呈階段性增長(zhǎng)，三者之間均存在顯著性差異(P＜0.05)。該結(jié)果更深層次的明確了工蟻向補(bǔ)充生殖蟻的轉(zhuǎn)化過(guò)程，為揭示工蟻向補(bǔ)充生殖蟻轉(zhuǎn)化的機(jī)制提供了基礎(chǔ)依

5、據(jù)。
　　2.卵巢從工蟻轉(zhuǎn)化為pre-NRs后開(kāi)始生長(zhǎng)，但是卵母細(xì)胞恢復(fù)發(fā)育是從NRs開(kāi)始的。工蟻轉(zhuǎn)化為pre-NRs后卵巢雖然顯著性增長(zhǎng)，但是卵母細(xì)胞的發(fā)育依然被退化的濾泡細(xì)胞抑制，表明雌性pre-NRs并不具備生殖能力，只是雌性工蟻向NRs轉(zhuǎn)化中的過(guò)渡階段。Pre-NRs和工蟻的濾泡細(xì)胞形態(tài)細(xì)長(zhǎng)，成退化狀態(tài)，而分化成為NRs后濾泡細(xì)胞恢復(fù)為柱形形態(tài)，濾泡細(xì)胞恢復(fù)發(fā)育。工蟻轉(zhuǎn)變?yōu)閜re-NRs后卵巢顯著增大(P＜0.05)，pr

6、e-NRs轉(zhuǎn)變?yōu)镹Rs后兩者卵巢大小無(wú)顯著性增長(zhǎng)，卵巢長(zhǎng)度工蟻為0.7±0.04mm、pre-NRs的為1.63±0.02mm，NRs的為1.73±0.09mm。三者的卵母細(xì)胞直徑分別為22.83±4.2μm,25.06±5.8μm,和69.55±4.8μm，工蟻與pre-NRs無(wú)顯著性差異，與NRs有顯著性差異(P＜0.05)。該結(jié)果揭示了工蟻向生殖蟻轉(zhuǎn)化過(guò)程中卵巢形態(tài)學(xué)變化以及生殖力抑制和啟動(dòng)的機(jī)理。
　　3.通過(guò)細(xì)胞凋亡檢測(cè)

7、，發(fā)現(xiàn)工蟻維持生殖能力的主要原因是工蟻以退化的濾泡細(xì)胞抑制卵母細(xì)胞發(fā)育的方式代替了卵母細(xì)胞自身的凋亡。盡管工蟻和pre-NRs的濾泡細(xì)胞發(fā)生了退化，但是卵母細(xì)胞和濾泡細(xì)胞并未發(fā)現(xiàn)凋亡。在卵原細(xì)胞區(qū)細(xì)胞凋亡檢測(cè)中，NRs的卵原細(xì)胞凋亡程度最少，表明在工蟻蛻皮轉(zhuǎn)變?yōu)镻re-NRs階段，卵巢中卵原細(xì)胞數(shù)量一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)。只有在NRs中發(fā)現(xiàn)了少數(shù)濾泡細(xì)胞和卵母細(xì)胞存在凋亡現(xiàn)象，證明了卵子發(fā)生的恢復(fù)是在工蟻經(jīng)歷兩次蛻皮轉(zhuǎn)變后的NRs階段，而并非

8、pre-NRs階段。本結(jié)果表明卵母細(xì)胞和濾泡細(xì)胞出現(xiàn)凋亡是卵母細(xì)胞恢復(fù)發(fā)育的標(biāo)志，pre-NRs卵母細(xì)胞受到抑制，因此沒(méi)有生殖力，只有成為NRs時(shí)才能恢復(fù)活性，并發(fā)育成為成熟的卵母細(xì)胞。
　　4.通過(guò)實(shí)時(shí)定量PCR，對(duì)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟有關(guān)的7個(gè)基因在工蟻、pre-NRs和NRs中的相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行了研究。證明了工蟻向補(bǔ)充生殖蟻轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，完全恢復(fù)卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟能力的是NRs階段，pre-NRs是卵母細(xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂能力的

9、過(guò)渡階段。其中在2個(gè)基因的表達(dá)水平上，NRs的表達(dá)顯著高于工蟻和pre-NRs(P＜0.05)，工蟻與pre-NRs無(wú)顯著性差異，證明工蟻轉(zhuǎn)化為NRs后卵母細(xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂成熟能力。在調(diào)控促成熟因子(Mature Promoting Factor，MPF)的cyclin dependent kinase1中NRs的表達(dá)水平顯著高于工蟻和Pre-NRs，分別約是pre-NRs的34倍，是工蟻的68.3倍;在調(diào)控后期促進(jìn)復(fù)合物(anapha

10、se-promoting complex，APC)的cell division cycle protein20homolog基因，在NRs的表達(dá)水平分別是工蟻的64.2倍，是pre-NRs的62.7倍。在5個(gè)基因表達(dá)水平上，工蟻、pre-NRs和NRs三者間都存在顯著性差異，其中NRs表達(dá)量最高，工蟻表達(dá)量最低，證明了pre-NRs是卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟的過(guò)渡狀態(tài):在G2/mitotic-specific cyclin-B3-1ike，

11、NRs的相對(duì)表達(dá)量約是工蟻的252倍，約是pre-NR的91倍;在2/mitotic-specific cyclin-A-like基因NRs的相對(duì)表達(dá)量約是工蟻的98.4倍，約是pre-NRs的36.2倍;anaphase-promoting complex subunit CDC26isoform X1的基因中，NRs的相對(duì)表達(dá)量約是工蟻的4.6倍，約是pre-NR的2.5倍;在aurora kinase A-like和Serine/