揭示蜜蜂秘密的生殖生活

二十年来，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。

他们的最新研究发表在1月8日的《通讯生物学》(Communications Biology)杂志上，为蜂王失败背后的原因提供了线索。研究发现，当精子活力较低时，一种已知可以对抗细菌和病毒等病原体的蛋白质的表达会很高。

大卫·塔皮是一名大学学者，也是北卡罗来纳州昆虫学和植物病理学系的教授，他说这项研究对养蜂人和他们的顾客，也就是那些依靠蜜蜂为农作物授粉的农民，有重要的意义。

“养蜂人已经将问题蜂认定为最高管理层关注的问题，但造成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。

健康的蜂群依赖于健康的蜂王

北卡罗来纳州立大学和UBC大学的博士后科学家Alison McAfee是这项研究的主要作者。她解释说，要有一个健康的蜂巢，蜜蜂需要一个健康的蜂王，蜂王是一个群体中唯一能够繁殖的雌蜂。

蚁后会与许多雄性交配，但只在生命的早期，将她一生中使用的所有精子储存在她的精囊中，精囊是一个腹部器官，看起来像一颗小小的珍珠。当精子开始死亡时，蜂王就不能产生那么多受精卵。这导致蚁群的数量下降。

麦卡菲说:“蜂王有可能能活5年，但如今，有一半的蜂王(在人工管理的蜂群中)在头6个月内被替换，因为它们失败了。”“如果养蜂人真的很幸运，蜂王可能能活两年。养蜂人需要知道蜂王失败的原因。

“我们对这些失败的蜂王内部发生的事情了解得越多，我们就越能了解为什么蜂王失败会发生。”

研究人员的发现

在他们的研究中，McAfee, Tarpy和他们的同事发现繁殖失败的蜂王比繁殖旺盛的蜂王的精子要少得多。他们拥有的精子中，死亡的比例更高。研究人员还发现，与生殖健康的蜂王相比，失败的蜂王更有可能携带更高水平的两种病毒——sacbrood病毒和黑蜂王细胞病毒。

McAfee说:“这些病毒的高水平和精子生存能力的低下让我们有兴趣看看蜂王是否在进行权衡。”“在生殖生物学中有一个经典的假设，你不可能做好每件事，所以在免疫和繁殖之间有一个权衡。在包括昆虫在内的许多其他生物体中也发现了这种权衡。”

为了验证蜂王的情况是否同样如此，研究人员使用了一种被称为质谱仪的工具，以更好地了解健康和失败的蜂王的精囊中发生了什么。他们鉴定了2000种不同的蛋白质，并确定了哪些蛋白质与精子活力有关。

McAfee说，与精子活力有关的最重要的蛋白质之一是溶菌酶。溶菌酶是动物免疫系统的一部分。

McAfee补充说:“精子活力最高的蜂王溶菌酶含量最低，这表明它们没有在这种免疫反应上投入资源。”“这支持了这一观点，即蚁后在能够抵抗感染和能够维持其储存的精子之间存在一种权衡。”

发现是解决问题的第一步

塔皮说，这项研究可以开始让研究人员找到蜂王失败的原因，并找到分子工具，可以“在养蜂人使用蜂王之前，在他们意识到自己是坏的之前，帮助识别上游过程中的坏蜂王。”

目前，蜂王失败的原因还不清楚。“潜在的机制可能是疾病。它们可能是杀虫剂。可能是营养不良，”他说。“我们不知道，所以我们正在往回寻找原因。”

塔皮补充说，一旦清楚地了解了原因，科学家就可以继续工作，“帮助养蜂人将死亡率水平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与工程研究委员会、加拿大基因组和不列颠哥伦比亚基因组、Apis m项目、Boone Hodgson Wilkinson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

蜂后精子活力和免疫蛋白表达之间的权衡

DOI:10.1038 / s42003 - 020 - 01586 - w

作者:北卡罗来纳州立大学和英属哥伦比亚大学的Alison McAfee;英属哥伦比亚大学的Abigail Chapman和Leonard J. Foster;杰弗瑞·s·佩蒂斯，佩蒂斯公司;北卡罗莱纳州立大学的David R. Tarpy

发表:通信生物学(2021)48

许多社会膜翅目昆虫的蚁后会让精子在它们专门的存储器官——精囊中存活数年，这与寿命和繁殖之间的取舍是不一样的。然而，蜜蜂(的蜜蜂)蚁后在生殖和免疫之间的权衡是未知的，而影响精子活力的生化过程也鲜为人知。在这里，我们调查了来自九个基因来源的蜂王的质量指标和病毒载量。被养蜂人评为“不合格”的蜂王精子活力更低，精子数量更少，sacbrood病毒和黑蜂王病毒水平更高。定量蛋白质组学在N= 123份精囊液样本显示，在考虑了精子数量、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、蛇形蛋白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，这与蜂王的生殖与免疫权衡一致。

这篇文章是出版农业和生命科学学院新闻。