养蜂病虫害防控

探索蜜蜂基因组密码(下篇)

中华蜂蜜网 2019年05月01日 13时53分58秒

社会的意义 在蜜蜂加入基因组测序俱乐部之前,这个俱乐部已经有了两位昆虫成员:果蝇和一种按蚊。很显然,科学家有很好的理由要求测出这两种昆虫的基因组序列。果蝇是遗传

社会的意义 在蜜蜂加入基因组测序俱乐部之前,这个俱乐部已经有了两位昆虫成员:果蝇和一种按蚊。很显然,科学家有很好的理由要求测出这两种昆虫的基因组序列。果蝇是遗传学实验室最常用的实验生物之一,科学家称之为模式生物。测出果蝇的基因组可以让科学家更好地操纵这个“模型”。按蚊的基因组测序带有人道主义色彩,因为按蚊是疟疾的传播媒介。在非洲每年有数千万人感染疟疾,其危害不亚于艾滋病。测出按蚊的基因组可以帮助科学家找到对付疟疾的新方法。 但是蜜蜂有什么独特之处呢? 蜜蜂是最典型的社会性昆虫之一,高度组织、分工明确的社会形态让其他昆虫相形见绌。相比之下,果蝇简直就是一群乌合之众。在一个典型的蜂群中,有一个占支配地位的蜂王,其下是无数为她工作的工蜂“臣民”(与其说是臣民,不如说她们都是蜂王的女儿),以及只负责交配的短命雄蜂。即便看上去几乎一模一样的工蜂,也存在社会分工。一些工蜂负责照料蜜蜂的幼虫,另外一些则负责修建蜂巢、收集花蜜和花粉。 工蜂的智慧常常令人感到惊叹。一只工蜂可以飞到数公里外寻找可供采集口粮的花朵,它不但可以辨别并记住不同的花,还能飞回蜂巢告诉同伴蜜源在何处。这就是著名的蜜蜂“舞蹈”。如果蜜源距离蜂巢较远,工蜂会跳一种8字舞,告诉同伴蜜源的方位(以当时的太阳作为参照物)和距离。如果蜜源就在附近,工蜂就会跳圆形舞。奥地利生物学家卡尔.冯.弗里施(Karlvon Frisch)因为破解了蜜蜂舞蹈的秘密而获得了1973年诺贝尔生理学或医学奖。然而,蜜蜂的脑只有不到芝麻粒那么大,其中只有100万个神经元(相当于人类大脑神经元数量的100万分之一)。 科学家选择蜜蜂作为测序对象,正是由于它独特的社会特性。一些科学家认为,人类社会与蜜蜂王国有一些类似之处。研究社会行为的生物学基础,这是社会生物学的工作。一些在动物身上进行的研究已经表明了基因、环境和行为之间是如何相互影响的。 但是科学家没法直接对人类社会进行过于激进的实验。“科学家不能改造人类社会——诸如分裂家庭或者建立同一年龄的人组成的社区。”《自然》杂志在同期发表的一篇社论中指出,“但是科学家可以对蜜蜂这样做,然后观测这些干预对于蜜蜂基因和生理的影响。蜜蜂的用处在这里:它和我们一样既复杂又熟悉,又和果蝇一样,很容易在对照条件下加以研究。” 科学家已经找到了蜜蜂不同于其他非社会性昆虫的一些特征。在11月的《基因组研究》杂志上,伊利诺依大学香槟分校的休.罗伯逊(Hugh Robertson)和凯文.沃纳(Kevin Wanner)报告说,他们在蜜蜂基因组中找到了大约165个与气味感受器有关的基因。而在果蝇和按蚊的基因组中,这类基因的数量只有蜜蜂的一半。这种现象很容易理解,因为蜜蜂需要通过气味辨识敌我和寻找合适的花朵。 虽然蜜蜂的嗅觉灵敏,它们的味觉却相对迟钝。在蜜蜂的基因组中,科学家只找到了10个与嗅觉感受器有关的基因。相比之下,果蝇有68个这类基因,按蚊有76个。罗伯逊说,蜜蜂不需要太多的味觉感受器,因为蜜蜂幼虫生活在蜂房里,由成年工蜂喂养,而开花植物进化出了一些吸引蜜蜂授粉的机制,蜜蜂就不需要发展出多余的味觉感受器。此外,由于蜜蜂集体生活在蜂巢中,它们负责制造外壳(用于保护自身)的蛋白质的基因就较少。 科学家也在寻找其他和蜜蜂行为有关的生物学特征。伊利诺依大学香槟分校的神经生物学家吉恩.鲁宾逊(Gene Robinson)和同事探测了数千个基因在蜜蜂的脑中是如何表达的,以及保幼激素(阻止昆虫成年的一类激素)对这些基因的影响。这些基因在蜜蜂的脑中是否被激活,影响着蜜蜂行为的变化。 但是这些研究仅仅是一个开端。“蜜蜂基因组的破解者已经开始在分子遗传学的层次上研究(蜜蜂的)这些显著的社会特征。”社会生物学的创始人E.O.威尔逊在同期《自然》上发表评论说,“这个DNA测序是朝着回答一个社会进化基本问题迈出的重要一步,也就是在基因组的层次上,是什么造就了一种高级的群居昆虫?随着这项研究的拓展,科学家将很快着手研究第二个同等重要的问题:到底是什么造就了一个社会性昆虫物种?”

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