摘要：蜜蜂基因組的研究在經(jīng)歷了一段瓶頸之后，隨著近幾年分子生物技術(shù)的發(fā)展，已成為當(dāng)今遺傳育種界的研究熱點(diǎn)之一。利用遺傳基因的定位和轉(zhuǎn)基因技術(shù)來尋找影響性狀及群體遺傳結(jié)構(gòu)的基因，從而應(yīng)用于蜜蜂品種起源、免疫反應(yīng)與疾病防御機(jī)制、腦功能、變態(tài)反應(yīng)原的研究。本文綜述了蜜蜂品種起源、蜜蜂基因組進(jìn)化、蜜蜂免疫通路基因、蜜蜂型態(tài)(等級)分化基因表達(dá)、蜜蜂神經(jīng)激素GPCRs基因、蜜蜂毒液變態(tài)反應(yīng)原Apim 6變態(tài)度應(yīng)基因等功能的研究現(xiàn)狀。

蜜蜂是單倍—二倍體生物，其雌性是二倍體，雄性是單倍體；而且雄蜂在產(chǎn)生精于過程中沒有發(fā)生減數(shù)分裂，因此其單倍—二倍體有明顯的性別決定機(jī)制。研究蜜蜂可以了解人類許多健康問題，如免疫反應(yīng)、過敏反應(yīng)、代謝疾病、x染色體疾病等。對遺傳結(jié)構(gòu)多樣性和基因定位的研究，利用分子生物學(xué)技術(shù)能夠有效地研究蜜蜂的寄生性大蜂螨的群體遺傳結(jié)構(gòu)和起源及蜜蜂基因組的進(jìn)化、腦功能、性功能、免疫反應(yīng)和疾病防御機(jī)制、型態(tài)分化等。

一、蜜蜂基因組特征的研究

蜜蜂是進(jìn)化達(dá)到高級群集的相對較少的物種之一。社群性進(jìn)化賦予蜜蜂顯著的特性。蜂王與工蜂的分化是基于營養(yǎng)性基礎(chǔ)、激素因子和會引起形態(tài)、生理、特性等方面顯著不同的表達(dá)序列等。蜜蜂屬于膜翅類昆蟲，膜翅類具有單倍體—二倍體階性別決定，雄性由未受精的單倍體卵發(fā)育而來，雌性由受精的二倍體卵發(fā)育而來。因?yàn)槟こ犷惱ハx缺少性染色體，所以與其它生物相比，其單倍—二倍體有明顯階性別決定機(jī)制。與別的已測序昆蟲基因相比，蜜蜂的基因富含A＋T和CPG成分，缺少主要的轉(zhuǎn)座子家族，進(jìn)化較慢，就涉及近晝夜節(jié)律、RNA干擾和DNA甲基化作用的基因來看，在其它物種中它更接近于脊椎動物。而且，蜜蜂含有較少的編碼遺傳免疫性、解毒性、角質(zhì)層形成蛋白質(zhì)和味覺感受體的基因，含有更多的編碼增味劑感受體基因和編碼花蜜和花粉消化的新基因，這些都與其生態(tài)學(xué)和社群性組織相一致。編碼王漿主蛋白家族的基因——從一個(gè)古老的黃化病基因進(jìn)化而來的幾個(gè)基因——涉及到蜜蜂究竟是發(fā)育成為蜂王和工蜂，這也說明基因會在種群的進(jìn)化過程中獲得新的功能。與果蠅相比，果蠅中編碼早期發(fā)育通路的基因與蜜蜂不同，而編碼顯著不同的諸如性別決定、大腦功能和行為功能的基因間卻存在著同源性。種群遺傳學(xué)表明蜜蜂種群新的非洲起源說，而且揭示非洲化的蜜蜂通過雜交和替換傳遍全世界。

二、蜜蜂型態(tài)(等級)決定胰島素通路基因表達(dá)的研究

蜜蜂是一種營群體生活繁殖率很高的社會性昆蟲，蜂群通常由三種不同型態(tài)的蜂組成，而雌蜂有兩種型態(tài)：蜂王和工蜂，蜂王和工蜂的發(fā)育受不同營養(yǎng)影響已被證明了將近200年。編碼序列使得蜜蜂基因組序列聚生體以一種基本通路的方式來理解型態(tài)決定成為可行性。D．E．Wheeler通過檢測蜜蜂中一些胰島素信號通路基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)這些基因的表達(dá)水平是在營養(yǎng)水平基礎(chǔ)上有規(guī)則的增加。另外還發(fā)現(xiàn)一種胰島素樣肽在蜂王幼蟲中有很高的水平，而發(fā)育成工蜂的幼蟲中水平卻很低。同樣的，胰島素受體基因在發(fā)育為蜂王的2日齡幼蟲有很高的表達(dá)水平。研究表明，胰島素通路在尋求飼料和沿通路而來的包含型態(tài)決定和等級分化的信號之間關(guān)系時(shí)是一種強(qiáng)制的候選者。

三、蜜蜂中免疫通路和防御機(jī)制的研究

社會性昆蟲能夠在抵御病原物的侵害時(shí)配置群體和個(gè)體兩種水平，蜜蜂也如此。通過大量試驗(yàn)研究蜜蜂免疫系統(tǒng)基因組并深入分析蜜蜂個(gè)體防御，提出蜜蜂模型為每個(gè)四條發(fā)信號的通路聯(lián)系了免疫，并且認(rèn)為orthogues是所有假設(shè)免疫通路的成員。當(dāng)與果蠅和按蚊的基因組序列比較時(shí)，蜜蜂基因組擁有大致三分之一個(gè)基因被牽連在昆蟲免疫17個(gè)基因家族中間。在蜜蜂反射時(shí)其免疫靈活性會適當(dāng)?shù)臏p少，這種反射可能是一種疾病的社會障礙力量，或者是一種蜜蜂受共同進(jìn)化病原生物配置的攻擊傾向。通過大量實(shí)驗(yàn)來尋找有關(guān)免疫通路和防御機(jī)制表達(dá)的基因。首先，對實(shí)驗(yàn)用的成年蜂從蜂群中分離出來，然后在胃腸上注射稀釋的磷酸緩沖鹽或鹽解液并包含有E．桿菌或103個(gè)植物生長的孢子或103個(gè)活細(xì)胞蜜蜂細(xì)菌病原生物幼蟲。然后提取RNA，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理，接著把cDNA從所提取的RNA片段上除去，再用PCR進(jìn)行處理和分析，最后找到參與免疫通路和防御機(jī)制表達(dá)的基因。

四、蜜蜂神經(jīng)激素GPCRs基因的研究

GPCRs基因在每一個(gè)動物中都是一個(gè)大的基因家族，有時(shí)占到整個(gè)動物基因組的1.2％。在蜜蜂基因組中大量GPCR6基因(約240種)已被鑒定，占到蜜蜂基因總數(shù)的1.5％。在所有昆蟲GPCRs中，神經(jīng)激素(包括生物胺、神經(jīng)肽和蛋白激素)的GPCRs在昆蟲中起著非常重要的作用。GPCRs是具有典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的跨膜蛋白，形成一個(gè)細(xì)胞外的氮端、7次跨膜的疏水性。—螺旋和一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的碳端。GPCRs被細(xì)胞外信號激活，然后在細(xì)胞內(nèi)引起第二信息途徑。這樣，信號由細(xì)胞外傳到細(xì)胞內(nèi)。它們被分為四個(gè)基因家族：視紫紅質(zhì)類似物(家族A)、腸泌素受體類似物(家族B)、代謝型谷氨酸受體(家族C)和非典型性受體(家族D)。在蜜蜂中發(fā)現(xiàn)了35個(gè)神經(jīng)肽受體基因和2個(gè)編碼富含亮氨酸重復(fù)單元的蛋白激素GPCRs的基因，另外，蜜蜂中含有19個(gè)生物胺受體基因。另外，我們也對一些神經(jīng)激素GPCRs的進(jìn)化及與它們配體的協(xié)同進(jìn)化進(jìn)行了有趣的觀察。對于神經(jīng)肽和蛋白激素的GPCRs，它們一般表現(xiàn)為與配體的協(xié)同進(jìn)化，而這卻與生物胺的GPCRs的進(jìn)化相反，這些進(jìn)化上無關(guān)的GPCRs經(jīng)常結(jié)合到相同的生物胺上，從而表明了GPCRs進(jìn)化中配體的頻繁交換。

五、蜜蜂毒液變態(tài)反應(yīng)原Apim 6變態(tài)反應(yīng)基因機(jī)制的研究

蜜蜂毒液的組分致使人和其他脊椎動物產(chǎn)生過敏原反應(yīng)，然而一個(gè)這樣的組分較小變態(tài)反應(yīng)原Apim 6顯示：氨基酸變異為人所知，其基因機(jī)制為何變異卻是未知。來自于昆蟲或其他種族的變態(tài)反應(yīng)原究竟是重要的還是次要的，主要取決于是否有將近50％的過敏癥病人在給定的變態(tài)反應(yīng)原的作用下發(fā)生具體的變態(tài)反應(yīng)。蜜蜂的毒液含有主要的變態(tài)反應(yīng)原Apim l、Apim 2、Apim 3、Apim 4、Apim 7，但是Apim 6曾被認(rèn)為次要的變態(tài)反應(yīng)原卻擁有42％的IgE快速反應(yīng)率。基于蜜蜂蛋白質(zhì)水平的基因組非均勻性地發(fā)現(xiàn)了Apim 6。它存在于四個(gè)不同地帶，其差異表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)不同。研究發(fā)現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)原非均勻性可能歸結(jié)于等位基因變異在一個(gè)特定的變態(tài)反應(yīng)原基因，或是由于變態(tài)反應(yīng)原多個(gè)基因輸入高度同源蛋白質(zhì)造成的，或許是由于一種剪切的轉(zhuǎn)錄基因造成的。一些蜂毒液組分已經(jīng)知道有一種相當(dāng)奇怪的基因組織。蜜蜂的Apim 6位于一段沒有裝配的基因序列片段附近，而APim 6附近大量的indels可能是造成那些基因序列片段沒有裝配的根本原因。Apim 6這樣的擁有編碼區(qū)域或沒有被翻譯區(qū)域indels的基因組可能對于蜜蜂基因組圖譜繪制有著重大影響。

六、結(jié)語

通過對蜜蜂基因組的研究，我們在蜜蜂的起源、免疫反應(yīng)和疾病防御機(jī)制、發(fā)育等很多方面已取得很大收獲。隨著研究不斷深入，昆蟲遺傳學(xué)研究的遺傳結(jié)構(gòu)分析、數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)的連鎖分析、轉(zhuǎn)基因技術(shù)及分子遺傳學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。蜜蜂基因組研究將會取得更大突破。然而，仍然有大量工作需要我們針對蜜蜂基因組的研究做更進(jìn)一步的探討，例如蜜蜂個(gè)體變溫而群體恒溫是受什么基因控制的、中蜂為什么不寄生蜂螨而意蜂卻寄生大量螨蟲等還有待于進(jìn)一步研究。蜜蜂基因組測序的完成標(biāo)志著蜂學(xué)研究進(jìn)入后基因組時(shí)代，基因功能和調(diào)控機(jī)制的研究將成為新的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)（略）

引自《中國蜂業(yè)》2007（7）

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院 丁建 余林生 曹義鋒