【科普頭條】蜜蜂在蜂巢的地位取決於幼蟲時的食物

02-08

本期張老師通過下面的文章，介紹了遺傳和變異的相關知識，什麼是「表觀遺傳學」，「人類DNA 8%的基因居然由病毒組成」，最後張老師還提醒大家「不好的生活習慣，可能會激活我們身體里的癌症基因」。歡迎大家收聽。

原作者：COURTNEY COLUMBUS 中文翻譯、點評：張國慶博士 (中科大教授) 朗讀：美國J. D. Vaughn老師策劃：李進、韓娟、王強強

https://www.zhihu.com/video/889222963604373504

蜜蜂的進食差異：為什麼有些遠不會成為皇室成員

工蜂（Apis mellifera）在蜂巢上撫養幼蟲。長大成為工人的幼蟲具有植物性的蜂蜜和花粉組合飲食。來源：STEPHEN DALTON/MINDEN PICTURES / GETTY IMAGES

當一個雌蜂孵出來時，她的未來將擁有蜂巢地位的兩條可能路徑之一。她將成為一隻工蜂或一隻蜂后。她的命運將會部分由她作為幼蟲時候吃的食物決定。

主要食用一種被稱為「蜂蜜麵包」的混合物（苦味花粉與蜂蜜的混合）的幼蟲，長大會成為工蜂。它們通常是不具有生育能力的，註定要進行家務管理任務。另一方面，未來的蜂后食用蜂王漿長大——從工蜂的腺體中分泌出來的一種富含蛋白質的黃色物質，並含有糖和脂肪酸。蜂后在生活中唯一的任務是繁殖出更多的蜜蜂。她的生活壽命更長，可以使用多次螫針而不會死亡。

那麼這兩種飲食決定了蜜蜂的階層了呢？這是一個蜜蜂研究人員長期以來一直困惑不解的問題。本周四在《PLOS遺傳學》雜誌上發表的一項研究表明，未來工蜂的偏重植物的飲食有助於防止其成為蜂后。

蜂蜜麵包和蜂王漿之間的一個區別是前者具有較高濃度的微小植物遺傳物質，稱為微小核糖核酸。這些分子已知可以影響基因的表達。「植物微小RNA（RNA：核糖核酸）對植物發育和生理學起著重要作用，」中國南京大學生物化學家Chen-Yu Zhang，新研究的作者說。「我們測試的一組microRNA對植物來說也是重要的，可以使花更大、更豐富多彩。」

而他們以前的研究也表明，食物中植物RNA含量的差異會改變蜜蜂和果蠅中的基因表達。所以他們想知道：植物微RNA可以影響蜜蜂幼蟲的發育嗎？

為了回答這個問題，他們在實驗室中創建了一個合成的，並且在蜂蜜麵包中加入了在開花植物中從花粉中提取出微RNA。吃掉這種合成蜂蜜麵包的幼蟲比沒有吃過的較小，而且卵子也較小。換句話說，它們更像是工蜂。

而沒有餵食加入微小RNA的幼蟲長大了更具女王般的氣質和外表：她們有更大的身體和更大的卵巢。

「植物微小RNA真的會調節蜜蜂階層的形成，」張說。這些RNA分子似乎會減緩蜜蜂幼蟲的生長，保持其卵巢如此的小以至於使其無繁殖能力。

伊利諾伊大學香檳分校基因組生物學研究所所長Gene Robinson表示，這項新研究令人興奮。它提出了可能影響蜜蜂的社會命運的一個重要因素：蜜蜂的食物。

他說：「過去25年中，隨著我們進入基因組織時代，越來越多的興趣就是了解這些營養效應的分子基礎。」但是，「蜜蜂飲食中的物質究竟與內部系統、分子途徑有什麼關係，而且實際上是否可以切換？

新研究還研究了這些微小RNA如何影響蜜蜂的發育。他們的研究結果表明，其中一個microRNA靶向了一個稱為amTOR的特定基因，已被證明影響到了蜂后的發育。他們還懷疑其它植物微小RNA和RNA也影響蜜蜂發育。

關於這項新研究的一個大問題是這些小微小RNA分子是否能夠在足夠長的時間內在幼蟲的消化道中存活以改變基因表達。研究人員以前的工作表明是可以的，但一些研究人員對他們的說法表示懷疑。

然而，張和他的同事強調RNAs可能不是確定蜜蜂命運的唯一因素。例如，蜂王漿的營養成分也可能在幫助蜜蜂幼蟲成為皇后時發揮作用。和蜂蜜中存在的另一種基於植物的化合物（對位香豆酸）也似乎改變了基因表達，以推動蜜蜂幼蟲發育成為工蜂。

羅賓遜說，未來對這個課題的研究應該進一步深入了解這些植物微小RNA如何「通過漫長而曲折的道路」被蜜蜂幼蟲食用，然後影響基因表達。「這是一個驚人的旅程，」他說。「所以我們需要了解整個過程。」

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張國慶老師：gzhang@ustc.edu.cn

陳曉鋒老師：chenxiaof@mail.ustc.edu.cn

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