浆蜂与意蜂哺育蜂大脑神经肽、膜蛋白及其磷酸化修饰的比较研究

High royal jelly-producing bee (RJb) is selected from a strain of Italian bee (ITb) in China with the highest royal jelly (RJ) production all over the world. However, the molecular mechanism behind the high production of royal jelly is still elusive. RJ production is based on brood feeding behavior of nurse bees, and brain is the highest neural center that not only plays crucial role in modulating brood feeding behavior, but influences the recognition of queen cells by regulating nurse bee’s response to brood pheromone. It is thus vital to investigate the neuromodulation of nurse bees. In this program, we will focus on the neuromodulation mechanism behind the high RJ production, hoping ① reveal the differences of neuropeptidome, membrane proteome and phosphorproteome between the brain of high royal jelly producing nurse bees and Italian nurse bees; ② illustrate the correlation between the high royal jelly production and differential expression of neuropeptides, membrane proteins and signal pathway alteration, to achieve a better insight into the molecular base of it. This study will contribute new knowledge to our understanding of the innate biochemical characterization of RJb, and is potentially useful for better utilizing this honeybee species to promote beekeeping industry development.

蜂王浆高产蜜蜂（浆蜂）是我国从意大利蜜蜂（意蜂）选育而成的目前世界上蜂王浆产量最高的蜂种，但浆蜂蜂王浆高产的分子机理至今尚不甚明了。蜂王浆的人工生产建立在工蜂哺育行为基础上，大脑不仅是调控工蜂的哺育行的最高神经中枢，同时参与哺育蜂对幼虫信息素的识别从而影响台基接受率。因此，从神经调控入手进行研究，对深入揭示蜂王浆高产形成的分子机制具有重要意义。本研究将以蜂王浆高产机理的神经调控机制为主线，综合利用神经肽组、膜蛋白质组和膜蛋白磷酸化修饰的研究方法，以期①找出浆蜂和意蜂哺育蜂大脑在神经肽、膜蛋白及其磷酸化修饰水平上存的差异；②探明神经肽、膜蛋白的差异表达和信号通路的改变在调控蜂王浆高产中的作用，从而阐明蜂王浆高产的神经调控机理，为深刻认识我国优质蜂种资源的产浆生物学特性以及分子改造和利用奠定理论基础。

蜂王浆高产蜜蜂（浆蜂）是我国从意大利蜜蜂（意蜂）选育而成的目前世界上蜂王浆产量最高的蜂种，但浆蜂蜂王浆高产的分子机理至今尚不甚明了。蜂王浆的人工生产建立在工蜂哺育行为基础上，大脑是调控工蜂的哺育行的最高神经中枢，同时参与哺育蜂对幼虫信息素的识别从而影响台基接受率。因此，从神经调控入手进行研究，对深入揭示蜂王浆高产的分子机制具有重要意义。本研究以蜂王浆高产机理的神经调控机制为主线，对浆蜂与意蜂哺育蜂大脑神经肽、膜蛋白质组及其磷酸化修饰进行了比较研究。研究①在工蜂大脑中鉴定到来自22种神经肽前体蛋白中的158条非冗余的神经肽，其中77条为首次鉴定，显著提高了蜜蜂神经肽组的覆盖率。神经肽定量比较发现，浆蜂中利尿激素（DH）和外周神经激肽（PVK）通过加强浆蜂哺育蜂水分和离子平衡的调控为蜂王浆分泌量提高提供了有力的支撑；速激肽（TK）在嗅觉识别调控中发挥重要的负调控作用，其在浆蜂中的低表达有利于浆蜂对幼虫的识别，从而促进了蜂王浆分泌量提高；②膜蛋白作为信号传递的受体在蜜蜂大脑调控行为中具有重要功能，我们在蜜蜂大脑中鉴定到1079种膜蛋白，它们主要参与氧化磷酸化、内质网蛋白质加工、溶酶体等十个重要通路，其中氧化磷酸化途径主要为大脑神经元功能提供能量保障，而内质网蛋白质加工通路能够为各种酶、神经肽、突触以及囊泡的膜蛋白组件的合成和加工提供分子基础。定量比较发现浆蜂大脑中的磷脂酰肌醇信号通路和花生四烯酸信号通路的功能得到加强，有利于提高对幼虫信息素的识别，进而提高台基接受率；③意蜂和浆蜂大脑膜磷酸化蛋白质组的比较发现，浆蜂中上调表达的磷酸化蛋白数目更多说明磷酸化在浆蜂大脑功能中的调控作用更加活跃，浆蜂中转运蛋白磷酸化水平显著提升表明神经元信号传导能力得到加强，从而更有利于对哺育行为的调控，为蜂王浆分泌量的提升提供保障。上述研究结果为深刻认识我国优质蜂种资源的产浆生物学特性以及分子改造和利用奠定理论基础。