揭示蜜蜂的秘密繁殖生活

20年来，蜜蜂的健康状况一直在下降，美国和加拿大的养蜂人现在每年损失大约25%到40%的蜂群。蜂王的繁殖能力比过去下降得更快。原因一直是个谜，但北卡罗莱纳州立大学和英属哥伦比亚大学的研究人员正在寻找答案。

他们的最新研究在1月8日发布的在线通信生物学，提供关于蜂王蜂突破后的线索，发现当精子活力低时，已知蛋白质的表达对抗病原体如细菌和病毒是高的。

大卫塔佩，大学教师和国家昆虫学和植物病理学系的大学教师和教授表示，该研究对养蜂人及其客户来说具有重要意义，依靠蜂蜜蜜蜂授予他们的作物。

养蜂人已经将问题蜂王视为管理层关注的问题，但问题的原因在很大程度上是看不见的。女王变坏了，我们不知道为什么，”塔皮说。

健康的蜂箱依赖于健康的蜂王

北卡罗来纳州立大学和UBC的博士后科学家艾莉森·麦卡菲(Alison McAfee)是这项研究的主要作者。她解释说，为了拥有一个健康的蜂巢，蜜蜂依赖于一个健康的蜂王，蜂王是蜂群中唯一能繁殖的雌性蜜蜂。

雌蜂王与许多雄蜂王交配，但只是在生命早期，将她一生使用的所有精子储存在她的精囊中，这是一个腹部器官，看起来像一颗小珍珠。当精子开始死亡时，蜂王就不能产生那么多受精卵。这导致了蚁群的数量下降。

McAfee说:“蜂王有可能活5年，但如今，有一半的蜂王(在受管理的蜂群中)在头6个月就被更换了，因为它们正在衰竭。”“如果养蜂人足够幸运，蜂王可能会活两年。养蜂人需要知道为什么他们的蜂王会失败。

“我们越多，我们就可以在这些失败的皇后区内实际发生的事情，我们可以越靠近理解为什么这个女王失败是在第一的地方发生的。”

研究人员发现了什么

在他们的研究中，McAfee，Tarpy及其同事发现，未经生殖的Queens比生殖繁荣的精子更少。他们所做的精子比例更高。研究人员还发现，与生殖健康女王女王蜜蜂相比，失败的女王更有可能具有更高水平的两种病毒 - 囊状病毒和黑人女王细胞病毒。

“这些病毒的高水平和精子活力差使我们对看到在蜂蜜蜜蜂女王中发生权衡时感兴趣，”McAfee说。“生殖生物学中的经典假设是你不能做得好的一切，因此免疫和能够复制之间存在权衡。它已被发现在相当少数其他生物，包括昆虫，有这样的权衡。“

为了弄清楚蜂王的情况是否如此，研究人员使用了一种叫做质谱仪的工具，以便更好地了解健康和失败蜂王的精囊中发生了什么。他们鉴定了2000种不同的蛋白质，并确定了哪些与精子活力有关。

McAfee表示，与精子活力相关的最重要的蛋白质之一是溶菌酶。溶菌酶是一种酶，即动物免疫系统的一部分。

“具有最高精子活力的女王具有最低丰富的溶菌酶，表明它们在这种免疫应答中没有投资资源，”迈克菲添加。“这支持了这个想法，皇后之间的权衡能够抗击感染，并且能够保持其存放的精子。”

调查结果是解决方案的第一步

塔皮说，这项研究可以让研究人员找到蜂王失败的原因，并找到分子工具，“在养蜂人使用它们之前，在他们意识到它们是坏的之前，帮助识别上游过程中的坏蜂王。”

目前，女王失败的原因还不清楚。“潜在的机制可能是疾病。可能是杀虫剂。可能是营养不良，”他说。“我们不知道，所以我们正在努力找出原因。”

塔皮补充说，一旦清楚地了解了原因，科学家就可以继续努力，“帮助养蜂人将死亡率保持在可持续的水平，从而保持蜂群的繁荣。”

资金

这项研究得到了加拿大自然科学和工程研究委员会、加拿大基因组和不列颠哥伦比亚基因组、Apis m项目、布恩·霍奇森·威尔金森信托基金、加拿大蜜蜂研究基金和美国农业部国家农业研究所的资助。

摘要

“蜂蜜蜂王（API Mellifera）中精子活力与免疫蛋白表达之间的权衡性能”

DOI：10.1038 / s42003 - 020 - 01586 - w

作者:北卡罗来纳州立大学和英国哥伦比亚大学艾莉森迈克菲;Abigail Chapman和Leonard J. Foster，不列颠哥伦比亚大学;Jeffery S. Pettis，Pettis和Associates;和北卡罗来纳州立大学的大卫R. Tarpy

发表:通信生物学(2021)48

许多社会Hymenoptera的Queens在他们的专业储存器官中保持精子，多年来，多年来，在寿命和繁殖之间蔑视典型的权衡。但是，蜜蜂是否（Apis mellifera）皇后经历繁殖和免疫之间的权衡是未知的，并且精子活力的生物化学过程尚不清楚。在这里，我们从九个遗传来源调查蜂蜜蜜蜂女王的质量指标和病毒载量。作为养蜂人的“失败”评级的皇后人数可降低精子存活率，较少的精子，更高水平的囊状病毒和黑人女王细胞病毒。定量蛋白质组学N= 123份精囊液样本显示，在考虑精子数量、健康状况和养蜂效应后，5种精囊液蛋白与精子活力显著相关:气味结合蛋白(OBP)14、溶菌酶、丝氨酸88Ea、朝鲜蓟和热休克蛋白(HSP)10。溶菌酶-一种保守的免疫效应-与精子活力显著负相关，这与蜂王的繁殖与免疫权衡一致。

这篇文章是出版在农业学院和生命科学新闻中。