意大利蜜蜂和中華蜜蜂雄蜂與工蜂觸角差異蛋白質(zhì)組分析.pdf

1、蜜蜂利用復(fù)雜的化學(xué)信號交流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)其多層次的社會生活,而觸角是感受這些化學(xué)信號的主要器官。為了進一步探明雄蜂與工蜂觸角發(fā)揮功能的分子機制,選擇從形態(tài)學(xué)和差異蛋白質(zhì)組的角度對其進行分析。本研究分別對意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)和中華蜜蜂(A.cerana cerana)的雄蜂和工蜂觸角進行掃描電鏡觀察以及蛋白質(zhì)的二維電泳,結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)和實時熒光定量PCR技術(shù)對蛋白質(zhì)進行鑒定以及驗證,并利用生物信息學(xué)等方

2、法對結(jié)果進行分析。
　　 對意大利蜜蜂(A.mellifera ligustica)和中華蜜蜂(A.cerana cerana)觸角形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),相比工蜂,雄蜂具有較長的觸角和較多的板型感受器(意蜂7.5倍,中蜂3倍),可以推測雄蜂觸角中的大量板型感受器能促進雄蜂對蜂王性信息素的識別以及交配過程中對蜂王的定位；相反工蜂觸角中的類毛狀感受器要比雄蜂多(意蜂2倍,中蜂2倍),這些類毛狀感受器可能與昆蟲搜尋食物,以及對溫濕度、機械力

3、刺激較敏感有關(guān),這有助于工蜂通過調(diào)節(jié)自身活動來維持蜂群的穩(wěn)定。意蜂雄蜂觸角中板型感受器的數(shù)目約是中蜂雄蜂的2.5倍,這表明了中蜂雄蜂的板型感受器可能對識別蜂王信息素更加敏感,而意大利蜜蜂在生物進化過程中需要更多的板型感受器來提高其對蜂王信息素的靈敏性。
　　 對意大利蜜蜂(A.mellifera ligustica)性成熟雄蜂與采集蜂觸角的蛋白質(zhì)組圖譜進行比較發(fā)現(xiàn),在雄蜂觸角中表達454個蛋白質(zhì),在工蜂觸角中表達439個蛋白質(zhì),

4、其中402個共有蛋白質(zhì)占總蛋白質(zhì)數(shù)量的82％,這說明雖然雄蜂與工蜂觸角在形態(tài)學(xué)上及功能上存在差異,但它們在分子進化過程中還是相對保守的。在有差異的蛋白質(zhì)中,61個高豐度蛋白質(zhì)的功能得到了鑒定,其中有41個(67％)蛋白質(zhì)在性成熟雄蜂觸角中高表達,僅有20個(33％)蛋白質(zhì)在采集蜂觸角中高表達。更多的參與脂肪酸代謝、抗氧化和蛋白質(zhì)折疊相關(guān)的蛋白質(zhì)在性成熟雄蜂觸角中高表達,這些蛋白質(zhì)可能為促進對性信息素的檢測及降解過程提供了保障。在采集蜂觸

5、角中高表達蛋白質(zhì)主要參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生以及分子轉(zhuǎn)運功能,這表明在工蜂的采集活動和其他的觸角功能反應(yīng)中需要大量的能量代謝和分子轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)參與。對表達量有差異的蛋白質(zhì)進行功能富集和生化通路分析,其中都發(fā)現(xiàn)了參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生,脂肪酸代謝,細胞骨架,抗氧化,以及分子轉(zhuǎn)運5個功能的蛋白質(zhì),這進一步表明了參與這5個功能的蛋白質(zhì)在蜜蜂觸角發(fā)揮功能過程中起到重要作用。其中,參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生以及分子轉(zhuǎn)運功能蛋白質(zhì)占據(jù)了功

6、能富集分析的80％以上,并占構(gòu)建的觸角差異蛋白質(zhì)生物相互作用網(wǎng)絡(luò)的45％,表明這兩類蛋白質(zhì)家族對雄蜂和采集蜂觸角具有更為重要的影響。對生化通路中的10個蛋白質(zhì)的基因水平表達進行驗證,發(fā)現(xiàn)其中9個蛋白質(zhì)的表達趨勢與轉(zhuǎn)錄水平是一致的,這些表達一致性的蛋白質(zhì)可以作為后續(xù)基因操作的靶向蛋白質(zhì)。
　　 對中華蜜蜂(A.cerana cerana)性成熟雄蜂和采集蜂觸角進行差異蛋白質(zhì)組比較發(fā)現(xiàn),在雄蜂觸角中表達424個蛋白質(zhì),在工蜂觸角中表

7、達408個蛋白質(zhì),其中包括361個共有蛋白質(zhì)這也表明了觸角在不同性別蜜蜂中的分子進化水平的保守性。其中有46個高豐度差異蛋白質(zhì)得到鑒定,其中在雄蜂觸角中高表達的28個蛋白質(zhì)(60.9％)主要參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生、蛋白質(zhì)折疊、脂肪酸代謝、發(fā)育以及分子轉(zhuǎn)運,這些蛋白質(zhì)為雄蜂觸角運動以及對信息素識別和轉(zhuǎn)運過程提供了能量來源和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子基礎(chǔ)。在工蜂觸角中高表達的18個蛋白質(zhì)(39.1％)中,參與分子轉(zhuǎn)運以及抗氧化作用的蛋白質(zhì)更多的在

8、工蜂中高表達,這些蛋白質(zhì)對采集蜂識別蜜粉源、防御敵害以及調(diào)節(jié)蜂群內(nèi)的分工具有重要意義。對差異蛋白質(zhì)進行功能富集和生化通路分析,其中都發(fā)現(xiàn)了參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生、脂肪酸代謝、抗氧化和分子轉(zhuǎn)運功能的蛋白質(zhì),這說明參與這些功能的蛋白質(zhì)對蜜蜂觸角功能的發(fā)揮提供了分子依據(jù)。
　　 雖然意蜂和中蜂為兩個不同的蜂種,但是從各自的雄蜂和工蜂觸角蛋白質(zhì)組成比較,發(fā)現(xiàn)差異蛋白質(zhì)的種類和表達水平十分相似,表明不同蜂種間觸角功能的發(fā)揮具有一定的

9、保守性；另一方面意蜂中參與碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生以及抗氧化的蛋白質(zhì)分別在工蜂和雄蜂中高表達的較多；而在中蜂中更多的碳水化合物代謝和能量產(chǎn)生類蛋白質(zhì)在雄蜂中高表達,抗氧化類的蛋白質(zhì)更多的在工蜂中高表達；產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于不同種間進化水平的差異造成的。
　　 蜜蜂觸角差異蛋白質(zhì)組分析不僅表明了在性成熟雄蜂和采集蜂觸角中性別偏好的蛋白質(zhì)表達水平,也表明了它們對不同的嗅覺功能相應(yīng)的反應(yīng)機制。這對深入了解蜜蜂社會活動和蜜蜂生物