蜜蜂工蜂触角蛋白质组研究揭示触角功能和王浆分泌相关分子基础

摘要

蜜蜂在进化中形成了一套由化学通讯组成的精准系统用以调节他们复杂的社会活动。触角是蜜蜂最重要的嗅觉器官，对于各类化学信号非常敏感，如信息素和各类气味，在调节蜜蜂哺育和采集行为中扮演重要角色。虽然蜜蜂的嗅觉系统对于哺育和采集行为至关重要，但其在蜜蜂随日龄变化的劳动分工职能转变中的分子机理，以及不同蜂种间的差异还不明确。在哺育过程中，蜜蜂的哺育行为能够促进蜜蜂对幼虫信息素的识别，增强蜜蜂的采粉行为，从而提高工蜂王浆的分泌。因此，为了深入探究触角在促进蜂王浆高产中的分子机理，我们对不同日龄意蜂(ITBs)和浆蜂(RJBs)触角蛋白质组进行了比较。浆蜂是从意蜂中选育出的高产王浆的一个品系。两个蜂种中共鉴定到了5692个触角蛋白，是目前在触角中鉴定到的最多的蛋白质。在成年工蜂中，两蜂工蜂的触角蛋白质组主要功能是支持促进与生理和日龄相关的行为发育的各项基础功能。然而，为了适应不同的生理行为，不同日龄的工蜂嗅觉蛋白质组已发生变化。在幼蜂中，触角蛋白质组主要功能是刺激触角神经细胞的发育和分化，以支持嗅觉系统发育成熟。在哺育蜂(NBs)中，触角蛋白质组加强了触角的敏感性，以利于幼虫信息素的识别并促进蜜蜂的哺育行为。在采集蜂(FBs)中，触角蛋白质组扮演着重要角色，主要包括促进各类信号刺激的集中响应和处理，采集期间提供合成蛋白和代谢的原料以调节细胞的动态平衡等。经过数十年的选育，浆蜂触角蛋白质组较意蜂同日龄的触角蛋白质组发生了显著的变化，浆蜂触角蛋白质组主要功能是促进哺育和采集行为，以支持蜂王浆高产的需求。在浆蜂哺育蜂中，主要富集到大量与能量代谢和细胞动态平衡相关的功能类别，上调蛋白均富集到与能量代谢相关的通路，表明浆蜂的触角蛋白质组经过选育已经形成不同的嗅觉系统，以适应大量分泌蜂王浆这一行为。在浆蜂采集蜂中，主要富集到与能量代谢相关的功能类别和代谢通路，例如脂肪酸降解、丙酮酸代谢和包含碱基的化合物代谢加工、吡啶核苷酸代谢加工和乙醛酸、二甲酸代谢，这表明其触角蛋白质组增强了嗅觉系统，为强化花粉等采集行为做准备。本研究为阐明嗅觉在日龄相关的社会劳动分工的分子机理研究方面提供实验数据，并为探究浆蜂蜂王浆高产的分子机理提供新视角。

目录

声明

摘要

Abstract

TabIe of Contents

List of Tables

List of Figures

CHAPTER 1．INTRODUCTION

1．The honeybee

1．1 History of Beekeeping Industry

1．2 Beekeeping Industry in China

1．3 Economic and ecologic importance of honeybees

1．4 Honeybee colony organization and caste dependent roles

1．5 Anatomy of the Honeybee

CHAPTER 2．QUALITATIVE AND QUANTITATIVE ANTENNAL PROTEOME COMPARISON OF ITALIAN HONEYBEES(APIS MELLIFERA)ACROSS DIFFERENT AGES

2．1 Summary

2．2 Introduction

2．3 Objective

2．4 Materials and Methods

2．4．3 Protein extraction and digestion

2．4．5 LC-MS／MS analysis

2．4．6 Protein identification and quantification of abundance

2．4．7 Bioinformatics analysis

2．5 Results

2．5．1 Qualitative antennal proteome comparison of adult ITB workers across three time points

2．5．2 Quantitative antennal proteome comparison of adult worker ITBs across three time points

2．6 Discussion

2．6．1 Olfactory function of adult worker bees requires shared antennal proteome

2．6．2 Antennal proteome dynamics coordinate age-related behavioural physiology of adult worker bees

2．7 Conclusion

CHAPTER 3．QUALITATIVE AND QUANTITATIVE ANTENNAL PROTEOME COMPARISON OF ROYAL JELLY BEES (APIS MELLIFERA LIGUSTICA)ACROSS DIFFERENT AGES

3．1 Summary

3．2 Introduction

3．3 Objective

3．4 Materials and Methods

3．4．1 Chemical reagents

3．5．1 Qualitative antennal proteome comparison of RJB workers across three time points

3．5．2 Quantitative antennal proteome comparison of RJB workers over three time points

3．6 Discussion

3．6．1 Olfactory function of adult workers requires shared antennal proteome

3．6．2 Adult worker bees evolve age—dependent antennal proteome to prime age-related biology

3．7 Conclusion

CHAPTER 4．ANTENNAL PROTEOME COMPARISON BETWEEN TWO STRAINS OF HONEYBEES REVEALS DEEP-INSIGHT INTO MOLECULAR UNDERPINNINGS OF OLFACTORY BEHAVIOUR OF WORKER BEES

4．1 Summary

4．2 Introduction

4．3 Objective

4．4．2 Antennae sampling from ITBs and RJBs

4．5 Results

4．5．1 Antennal proteome comparison between ITBs and RJBs at NEB stage

4．5．2 Antennal proteome comparison between ITBs and RJBs at NB stage

4．5．3 Antennal proteome comparison between ITBs and RJBs at FB stage

4．6 Discussion

4．6．2 ITBs and RJBs adapt divergent antennal proteome architectures during age-related polyethism

4．7 CONCLUSION

GENERAL CONCLUSION

REFERENCES

ACKNOWLEDGEMENTS

AUTHOR’S BIOGRAPHY