蜂王浆高产蜜蜂和意大利蜜蜂血淋巴蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析

血淋巴在蜜蜂循环系统中不仅可以运输营养、激素和离子等,而且是机体的重要免疫防御屏障,同时也是机体生理状态的监视器。蜂王浆高产蜜蜂(浆蜂)是从意大利蜜蜂(意蜂)选育的高产品系,但从血淋巴蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上探究浆蜂生理状态的变化机理至今尚未研究。本实验采用基于质谱的蛋白质组学、磷酸化蛋白质组学、生物信息学等方法对浆蜂和意蜂的幼虫、成年蜜蜂血淋巴蛋白质组和磷酸化蛋白质组进行比较分析。在两品系蜜蜂血淋巴中共鉴定3395个蛋白,其中浆蜂有2797个蛋白,意蜂2470个;在鉴定的1082个磷酸化蛋白中,浆蜂有991个,意蜂743个。通过对两品系蜜蜂幼虫2、4、6日龄、新出房、哺育蜂、采集蜂所鉴定蛋白进行功能、代谢通路和互作网络富集分析,发现浆蜂和意蜂尽管产浆性状存在很大差异,但从幼虫到成蜂血淋巴蛋白和磷酸化蛋白执行的功能基本一致。幼虫血淋巴蛋白显著富集到蛋白翻译、折叠、碳水化合物和能量代谢、免疫和发育等功能类,表明淋巴得免疫、营养和能量为幼虫正常发育提供高效的保障;幼虫血淋巴的磷酸化蛋白主要富集到蛋白合成和蛋白磷酸化功能,说明磷酸化对于幼虫生长发育具有重要的调控作用;其中4日龄幼虫翻译功能较其他日龄幼虫强,说明此时血淋巴的蛋白生物合成对于幼虫发育至关重要。成年蜜蜂血淋巴蛋白富集到碳水化合物和能量代谢、信号传导、核酸代谢、氨基酸代谢、免疫防御、腺体以及运动系统发育过程,其磷酸化蛋白富集到能量代谢、蛋白质磷酸化、免疫防御、腺体以及运动系统发育功能,说明血淋巴蛋白和磷酸化蛋白不仅为机体发育提供生理支撑,同时也为成蜂哺育、采集、清洁、防御等功能的执行提供物质和能量基础,其中哺育蜂时期富集到的功能类最多、激活的通路复杂,说明哺育活动需要大量蛋白质和能量供给保证哺育蜂正常的生理活动。由于淋巴中表达的蛋白质组和磷酸化蛋白质组只有极少部分重叠,大部分相互独立,表明淋巴的生物学功能在蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上共同发挥作用。通过比较浆蜂、意蜂幼虫和成蜂各时期血淋巴蛋白组和磷酸化蛋白质组,2日龄幼虫血淋巴蛋白分别有128、50个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达49、79个蛋白和41、9个磷酸化蛋白,血淋巴蛋白和磷酸化蛋白主要富集到蛋白合成和免疫通路,说明此时血淋巴主要为虫体发育提供蛋白和免疫保障。4日龄幼虫分别有358、51个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达341、17个蛋白和41、10个磷酸化蛋白,浆蜂血淋巴上调表达蛋白富集到翻译和能量代谢功能,说明浆蜂在蛋白质生物合成和能量代谢功能加强,而意蜂上调表达蛋白富集到核苷酸代谢,说明意蜂可以为幼虫发育提供更多核酸材料,两品系蜜蜂血淋巴在幼虫4日龄已发生了差异显著。6日龄幼虫血淋巴蛋白分别有232、52个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达82、150个蛋白和33、19个磷酸化蛋白,浆蜂上调表达蛋白和磷酸化蛋白富集到碳水化合物代谢、能量代谢通路,说明浆蜂能量生成机能加强;而意蜂上调表达蛋白富集到蛋白合成和蛋白折叠,说明意蜂蛋白生物合成功能加强。新出房蜂血淋巴蛋白分别有173、41个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达111、62个蛋白和18、23个磷酸化蛋白,浆蜂上调表达蛋白富集到能量生成、核糖体代谢通路,表明浆蜂能量供应和蛋白合成加强;而意蜂新出房蜂上调表达蛋白富集到氨基酸代谢、糖类代谢,说明意蜂血淋巴中蛋白合成原料氨基酸和能量代谢加强,满足新出房继续发育的需要。哺育蜂血淋巴蛋白分别有326、106个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达297、29个蛋白和99、7个磷酸化蛋白,浆蜂上调表达蛋白富集到能量生成、吞噬体、蛋白合成代谢、蛋白磷酸化通路,说明浆蜂血淋巴能量代谢、免疫、蛋白合成、蛋白磷酸化功能加强;意蜂哺育蜂血淋巴蛋白参与核苷酸代谢,为意蜂哺育时期提供能量;与意蜂相比,浆蜂蛋白和能量代谢更旺盛,浆蜂经高产选育具有更加高效的蛋白生物合成能力,保证了蜂王浆的高产。采集蜂血淋巴蛋白分别有77、42个差异表达的蛋白和磷酸化蛋白,其中浆蜂和意蜂分别上调表达31、46个蛋白和14、28个磷酸化蛋白,两品系采集蜂血淋巴蛋白主要富集到能量生成功能,两品系蜜蜂代谢路径已发生了差异。研究结果表明浆蜂经长期蜂王浆高产选育,其淋巴蛋白质组和磷酸化蛋白质组较意蜂已发生显著变化,它们都形成了各自生理特点的蛋白质组和磷酸化蛋白质组特征。浆蜂幼虫4日龄时的发育较意蜂显著加强了许多代谢通路,尤其是在哺育蜂显著加强了血淋巴生理机能,以满足浆蜂蜂王浆高产的生理需要。

蜂王浆高产蜜蜂; 意大利蜜蜂; 血淋巴; 蛋白质组; 磷酸化蛋白质组;

李建科;

S896.3

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