摘要: 【目的】利用11对微卫星标记对湖南龙山中华蜜蜂Apis cerana cerana种群遗传多样性进行分析,评估种群内遗传变异和种群间的遗传分化。【方法】从湖南省龙山县采集不同海拔(1 080和665 m)中华蜜蜂各30群,共60群。从每群1020头成年工蜂中随机挑选1头提取DNA作为模板,利用11对微卫星引物进行PCR。基于PCR扩增产物,通过Microsatellite-Toolkit软件计算高海拔种群(G)和低海拔种群(D)各基因位点的优势等位基因频率(Pi)、期望杂合度(He)、多态信息含量(PIC)。根据FSTAT程序计算种群内近交系数(Fis)。用SPSS 25.0软件分析两个种群(G和D)间Pi,He,PIC和Fis的差异显著性。【结果】湖南省龙山县中华蜜蜂高海拔种群(G)和低海拔种群(D)的Pi分析表明,两个种群均具有较高的遗传多样性;高海拔种群的He,PIC和Fis平均值分别为0.593, 0.556和0.121,均略低于低海拔种群的0.631, 0.587和0.187。两个种群间Pi,He,PIC和Fis无显著性差异(P_(Pi)=0.721>0.05,P_(He)=0.759>0.05,P_(PIC)=0.802>0.05,P_(Fis)=0.767>0.05)。【结论】位于武陵山区龙山县地域高海拔与低海拔中华蜜蜂种群具有较高遗传多样性,但遗传分化程度不高,提示海拔因素可能不直接影响中华蜜蜂种群遗传多样性。

摘要: 【目的】蜜蜂是典型的具有发育狭温性的全变态昆虫。本研究以对低温最敏感的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica预蛹为研究对象,通过低温胁迫不同时间的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)趋势分析,探讨低温胁迫对蜜蜂发育影响的关键基因。【方法】对3日龄意大利蜜蜂封盖子预蛹进行20℃低温胁迫18 h(T18)和36 h(T36),以未经低温胁迫的预蛹为对照(CK),通过Illumina HiSeq(TM)平台进行转录组学测定。利用Short Time-series Expression Miner(STEM)软件对2个处理组与对照组比较共有的差异表达基因进行趋势分析,再进一步对显著富集趋势模式中富集的差异表达基因进行GO分类和KEGG pathway分析。利用RT-qPCR对随机挑选的5个DEGs的表达模式进行验证。【结果】对检测到1 062个T18 vs CK和T36 vs CK共有的DEGs进行趋势分析,发现3个显著的基因表达模式,包括2个上调表达模式(Profile 6,有539个基因;Profile 7,有271个基因),1个下调表达模式(Profile 1,有183个基因)。对3个显著富集趋势模式DEGs分别进行GO富集分析和KEGG pathway分析,在Profile 6中找到同时富集在FoxO信号通路和寿命调节信号通路上的胰岛素样肽基因ILP和叉头蛋白O基因FoxO持续上调,说明低温胁迫会影响蜜蜂预蛹蜕皮激素信号传递;在Profile 7中CREB结合蛋白基因CBP持续上调,蜜蜂预蛹受到低温胁迫会影响细胞发育;在Profile 1中细胞色素P450基因CYP450 306a1 (phm)和WNT1显著下调,说明化蛹时受到低温胁迫会影响蜕皮激素的合成。通过RT-qPCR分析挑选的5个基因的表达结果和高通量测序结果一致。【结论】通过对蜜蜂响应低温胁迫的差异表达基因趋势分析发现,蜜蜂胰岛素和蜕皮激素共同调控的FoxO可能是低温胁迫抑制蜜蜂化蛹的一个关键基因。本研究为探索低温胁迫影响蜜蜂发育变态的分子调控机制奠定了基础。

摘要: 【目的】筛选与意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica哺育蜂学习记忆密切相关的基因。【方法】在人工组建意大利蜜蜂蜂群中收集10日龄哺育蜂、21日龄哺育蜂、21日龄采集蜂,通过喙伸反应(proboscis extension reflex, PER)实验测定这3组样本之间学习记忆能力的差异。利用RNA-seq技术对具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中基因表达量进行全面分析,筛选出与哺育蜂学习记忆密切相关的差异表达基因(DEGs),并对这些差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。qPCR检测随机选取的3个DEGs(上调基因TpnCⅢa和MED23以及下调基因Pkc)在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达量。【结果】PER实验结果显示,经过5次训练后,意大利蜜蜂21日龄哺育蜂的学习能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的学习能力无显著差异;同样地,21日龄哺育蜂的记忆能力显著高于10日龄哺育蜂的,而21日龄哺育蜂和21日龄采集蜂的记忆能力无显著差异。RNA-seq分析筛选到88个与哺育蜂学习记忆密切相关的DEGs,其中18个上调表达,70个下调表达。GO富集结果显示,上调DEGs在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在信号转导、蛋白质加工修饰相关;下调DEGs也是在生物学进程分类中富集的基因数最多,主要富集在转录、信号转导、蛋白质生物合成相关,其中显著性富集在转录相关。KEGG富集结果显示,下调DEGs显著性富集在吞噬、光转导、AGE-RAGE信号通路。qPCR结果显示差异表达基因TpnCⅢa,MED23和Pkc在具有学习能力和不具有学习能力的10日龄哺育蜂和21日龄哺育蜂脑中的表达水平的变化趋势与RNA-seq数据中的变化趋势一致。【结论】PER实验表明日龄是影响意大利蜜蜂哺育蜂的学习和记忆能力的重要因素;同时本研究获得学习后哺育蜂脑部的基因表达变化趋势和富集分析,为深入研究哺育蜂学习记忆的分子机制奠定了重要的理论基础。

摘要: 【目的】探索雌性中华蜜蜂Apis cerana cerana胚胎组织发育过程。【方法】在正常蜂群中,用蜂王产卵控制器将蜂王限制在工蜂巢房的巢脾上产卵1 h,蜂王在工蜂巢房中产下的卵是受精的雌性卵,将有卵的巢脾割下放入恒温恒湿箱中培养。恒温恒湿箱中样本所在的位置温度严格控制在35±0.2℃,相对湿度75%±5%。把限王产卵1 h内获得的蜜蜂卵作为0 h胚胎,每隔4 h取样一次。采用石蜡切片技术,对二倍体雌性中华蜜蜂胚胎发育过程进行观察。【结果】根据胚胎发育过程中的形态特征,雌性中华蜜蜂胚胎发育过程划分为4个阶段:(1)卵裂期(0-12 h),活质体迁移到卵的表面,呈双层排列;(2)胚盘形成期(12-28 h),活质体排列为单层,并形成细胞膜;(3)胚层形成期(28-40 h),侧板覆盖中板,两者在腹中线愈合;(4)胚胎器官系统形成期(40-68 h)。【结论】本研究明确了雌性中华蜜蜂胚胎发育过程的形态变化,进行了阶段划分并明确了各发育阶段的形态特征及对应的发育时间。本项研究结果有助于开展与蜜蜂胚胎发育的相关蜜蜂生态学、发育生物学、营养学等课题深入研究。

摘要: 【目的】本研究旨在通过差异表达基因(differentially expressed gene, DEG)分析以及毒力因子和其他侵染相关因子分析,在转录组水平揭示东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica的分子机制。【方法】基于前期已获得高质量的东方蜜蜂微孢子虫纯化孢子(NcCK)及侵染意大利蜜蜂工蜂7和10 d的东方蜜蜂微孢子虫(分别为NcT1和NcT2)转录组数据,根据P≤0.05且|log_2(Fold change)|≥1的标准,通过比较分析筛选出NcCK vs NcT1, NcCK vs NcT2和NcT1 vs NcT2比较组的DEG。通过相关生物信息学软件对上述DEG进行Venn分析、GO分类和KEGG代谢通路富集分析。根据Nr和KEGG数据库注释信息和相关文献进行对东方蜜蜂微孢子虫的毒力因子和侵染相关因子的统计和分析。通过RT-qPCR验证转录组数据及DEG表达趋势。【结果】从NcCK vs NcT1, NcCK vs NcT2和NcT1 vs NcT2比较组分别鉴定出1 397, 1 497和52个DEG。Venn分析结果显示各比较组共有的上调和下调基因分别为10和1个。GO分类结果显示,NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中DEG富集数最多的功能条目为代谢进程、细胞进程、单组织进程、细胞、细胞组件、细胞器、催化活性和结合,而NcT1 vs NcT2中DEG富集数最多的是代谢进程、细胞进程、单组织进程、催化活性和结合。KEGG代谢通路富集分析结果显示,NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中DEG分别富集到80和79条通路;富集在糖酵解/糖异生和MAPK信号通路的上调基因数量多于下调基因。毒力因子分析结果显示,孢壁蛋白9基因和孢壁蛋白12基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中均下调表达,孢壁蛋白8基因仅在NcCK vs NcT1中表达量下调;此外孢壁蛋白前体基因、孢壁和锚定盘复合蛋白基因、几丁质合酶基因、极管蛋白基因、蓖麻毒素B凝集素基因的表达水平在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中表现为上调。侵染相关因子分析结果表明,糖酵解途径的3个关键酶基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达;3个涉及ATP/ADP移位酶的基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达,但有1个表达量下调;2个涉及ABC转运蛋白的基因在NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2中上调表达,另有4个下调表达。RT-qPCR结果证实了本研究中转录组数据及DEG表达趋势的真实可靠性。【结论】本研究通过比较分析解析东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程的转录组动态,揭示了孢壁蛋白、孢壁和锚定盘复合蛋白、几丁质酶、极管蛋白和蓖麻毒素B凝集素等毒力因子编码基因,以及己糖激酶、丙酮酸激酶、6-磷酸果糖激酶、ATP/ADP移位酶和ABC转运蛋白等侵染相关因子编码基因在病原增殖中扮演重要角色,为阐明东方蜜蜂微孢子虫的侵染机制提供了基础。