意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)工蜂蛹期头部发育蛋白质组分析

蜜蜂一生经历卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。蛹期发育受到影响,最终会导致成年蜂的社会性行为发生改变。头部有咽下腺、上颚腺、唾液腺等影响其经济性状的腺体和触角、蕈形体、大脑等影响成蜂社会性行为的重要器官。因此本试验采用蛋白质双向凝胶电泳技术建立意大利蜜蜂(Apis mellifera L.,原意)和其王浆高产品系——王浆高产蜜蜂(Apis mellifera L.,浆蜂)工蜂13、15、17、19和20日龄头部蛋白质组表达图谱,比较两个品系和同一品系不同日龄间蛋白质组的差异,找出差异表达蛋白质,采用质谱技术对其进行功能鉴定,并对蛋白质进行分类、功能富集、蛋白质间相互作用关系预测分析以及据蛋白质表达量进行聚类分析,旨在阐明蛹期发育规律和认识王浆高产机理,进而为浆蜂的合理利用和优良品种的选育提供理论基础。通过对浆蜂和原意工蜂蛹期的生长发育的研究,浆蜂虽然经过多年选育产浆性状发生了变化,但工蜂蛹期生长发育曲线与原意基本吻合;各日龄浆蜂工蜂蛹期头重均显著高于原意,这可能是浆蜂产浆量提高后,头部分泌王浆的腺体形态产生变化所引起的。原意工蜂蛹期头部蛋白质组研究显示,在13、15、17、19和20日龄有57个功能已知蛋白质发生差异表达。25个蛋白质在蛹期初期(13日龄)高表达,其中5个碳水化合物代谢和能量产生相关蛋白质,4个蛋白质生物合成相关蛋白质,4个折叠功能蛋白质,3个细胞骨架蛋白,3个发育蛋白质,3个分子转运蛋白质,2个核酸代谢蛋白质和1个氨基酸代谢蛋白质;11个在中期(15、17日龄)高表达,其中有3个发育蛋白质,2个蛋白质生物合成蛋白质,2个细胞骨架蛋白质,2个氨基酸代谢蛋白质和2个碳水化合物代谢和能量产生蛋白质。而在后期(19、20日龄)有21个蛋白质高表达,5个发育调控蛋白质,5个碳水化合物代谢和能量产生相关蛋白质,4个细胞骨架蛋白质,3个折叠蛋白质,1个分子转运蛋白质,1个蛋白质生物合成调控蛋白质,1个脂肪酸代谢蛋白质和1个抗氧化蛋白质。在中早期阶段上调表达的蛋白质数量多于晚期,它们主要参与器官形态发生。而在晚期高表达的蛋白质主要参与神经系统和腺体功能发育。这说明随着头部的发育成熟,蜜蜂已为行使随后的采集、分泌,如蜂王浆,通过辨别气味来防卫等工作做好准备。浆蜂工蜂蛹期头部蛋白质组研究显示,在13、15、17、19和20日龄有49个功能已知蛋白质差异表达。在蛹期初期(13日龄)、中期(15、17日龄)和后期(19、20日龄)分别有8、17和24个蛋白质高表达。早期阶段各种器官处于形成和分化阶段,为了满足细胞生长和增值的协调发展,高表达了蛋白质折叠、细胞骨架蛋白质、与细胞分裂、细胞周期和细胞增殖相关的蛋白质。在中期高表达的蛋白质主要参与神经轴突形态发生、目视系统细胞分化以及复眼和表皮着色相关蛋白质高表达。而在晚期高表达的蛋白质主要是与神经系统、嗅觉系统、气味导向行为和复眼及腺体功能等发育相关的蛋白质。这和意蜂头部发育的规律基本一致。通过比较浆蜂和原意工蜂蛹期头部发育蛋白质组,表明在五个时间点检测到的总蛋白质斑点数分别约330个左右,在每个日龄浆蜂检测到的蛋白点总数均显著高于原意相应日龄表达的蛋白点总数。部分蛋白质在原意和浆蜂工蜂蛹期不同日龄头部表达量显著不同(1.5倍变化且P<0.05),在13、15、17、19和20日龄分别有18、28、33、25和24个蛋白质差异表达。结果表明:(1)在中早期阶段,原意高表达的蛋白质数量多于浆蜂,主要是与蛋白质生物合成、碳水化合物代谢和能量产生相关、转运蛋白、抗氧化活性蛋白质以及脂肪酸和氨基酸代谢相关的蛋白质,而在后期浆蜂高表达的蛋白质数量高于原意,主要参与神经、嗅觉系统和腺体发育,这表明浆蜂在为王浆高产作准备,当浆蜂对台基里幼虫信息素的敏感性可能已经提高,其愿意接受台基并分泌蜂王浆,进而提高蜂王浆产量;(2)在13、15、17、19和20日龄与代谢和蛋白质生物合成相关的蛋白质(包括碳水化合物、能量、蛋白质和脂肪酸)在原意工蜂蛹头部高表达,而与发育相关的蛋白质在浆蜂高表达,这种进化选择,使原意更善于远距离飞行采蜜,而浆蜂更善于生产王浆。

意大利蜜蜂; 王浆高产蜜蜂; 蛹期; 头部; 蛋白质组;

李建科;

S891

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