越冬西方蜜蜂4个亚种的转录组学差异分析

摘要

【目的】为进一步探讨西方蜜蜂Apis mellifera在越冬期基因表达模式的变化规律及抗寒机理,进而更好地指导蜂群越冬管理。【方法】利用转录组学鉴定和比较了西方蜜蜂4个亚种高加索蜂A.m.caucasica、欧洲黑蜂A.m.mellifera、意大利蜜蜂A.m.ligustica和卡尼鄂拉蜂A.m.carnica在越冬期的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),并进行了GO和KEGG富集分析。利用qRT-PCR验证转录组测序结果的可靠性。【结果】西方蜜蜂4个亚种在越冬期DEGs的表达量变化各具特点,其中意大利蜜蜂在越冬初期到越冬中期DEGs表达量变化活跃,卡尼鄂拉蜂和欧洲黑蜂在越冬中期到越冬末期DEGs表达量变化活跃,高加索蜂在整个越冬期DEGs表达量相对稳定。越冬初期西方蜜蜂4个亚种的DEGs表达模式存在差异,高加索蜂和欧洲黑蜂中表皮蛋白22、卵黄原蛋白、气味结合蛋白14、热休克蛋白70和细胞色素P4509e2基因的表达量比意大利蜜蜂和卡尼鄂拉蜂的高,意大利蜜蜂中几丁质酶、防御素1、视黄醇脱氢酶和细胞色素b5基因的表达量较高,而卡尼鄂拉蜂中DEGs表达量均处于较低水平。从DEGs表达趋势来看,意大利蜜蜂和卡尼鄂拉蜂的热休克蛋白基因和ATP合酶亚基基因表达量在整个越冬期持续上调,同时高加索蜂和欧洲黑蜂的表皮蛋白22、卵黄原蛋白和细胞色素b/c1基因的表达量则呈连续下调趋势。GO与KEGG富集分析结果显示,意大利蜜蜂、卡尼鄂拉蜂和高加索蜂的DEGs在越冬初期到越冬中期富集在了氧化还原过程以及糖酵解/糖异生、氧化磷酸化和TCA循环代谢通路上,其中意大利蜜蜂和卡尼鄂拉蜂富集的DEGs是上调的,而高加索蜂富集的DEGs则是下调的;欧洲黑蜂在越冬期DEGs主要富集在了氨基酸代谢通路,另外还参与了Hippo, FoxO和Hedgehog信号通路。qRT-PCR验证结果与RNA-Seq的表达趋势相同,表明转录组测序数据可靠。【结论】本研究初步解析了4种西方蜜蜂亚种的抗寒机制,即意大利蜜蜂和卡尼鄂拉蜂在越冬期通过加强分解体内的糖原物质为机体供能,而高加索蜂越冬以前降低糖原物质分解速率,推测高加索蜂可能与欧洲黑蜂一样,通过在越冬以前积累体内抗寒物质,越冬期逐渐释放能量来抵御寒冷。