蜜蜂光依赖地磁感应的分子基础研究

Geomagnetic orientation, a light-independent mechanism with magnetite, has been considered a pattern for navigation in honey bee. But recently both the light-independent and the light-dependent mechanisms for geomagnetic reception were found existing in Drosophila, pigeon and butterfly, etc. In this study, the expression profiles of Cry and MagR, two key genes in light-dependent mechanism, will be analyzed in adult bees. The geomagnetic sensitivity of forger bees will be verified by the geomagnetic device, and RNA-seq will be used to analyze the expression profiles of geomagnetic relevant genes. The proteins interacting with Cry protein and MagR protein in honey bee under the condition of light and extra magnetic field will be screened by Co-immunoprecipitation（Co-IP） coupled with mass spectrometry. This project aimed to verify the possibility of molecular basis of light-dependent chemical mechanism in honey bee, which will provide a theoretical basis for further studies in geomagnetic reception and navigation orientation in the future.

地磁定向一直被认为是蜜蜂导航定向的一种方式，是不依赖光的磁铁颗粒感应机制。但最近在果蝇、鸽子和蝴蝶等其它动物发现了体内同时存在不依赖光和依赖光两种地磁感应机制。本研究采用荧光定量PCR研究对依赖光的地磁感应关键基因Cry和MagR在成年蜂体内表达情况，利用磁场装置验证采集蜂对磁场的感应能力，对光和磁场作用下的采集蜂进行RNA-seq分析相关基因的表达差异，并通过免疫共沉淀联合质谱分析筛选光和磁场作用下蜜蜂体内Cry蛋白和 MagR蛋白的互作蛋白。通过本项目的研究旨在弄清蜜蜂是否具备光依赖地磁感应的分子基础，为进一步揭示蜜蜂地磁感应及导航定向机制提供理论依据。

本研究验证了采集蜂的磁场感应能力，研究了磁场对蜜蜂定距离放飞归巢、自然出巢归巢、寿命及学习记忆的影响，克隆西方蜜蜂磁受体基因AmMagR的序列，并分析磁场对该基因和Cry基因（隐花色素基因）在工蜂中表达特征的影响，对光和磁作用下的采集蜂进行RNA-seq分析，并制备Cry2抗体，通过免疫共沉淀CO-IP及质谱鉴定试验，以期为揭示磁场对蜜蜂的影响和蜜蜂利用地磁导航的机理提供理论依据。.通过磁感装置分析采集蜂对有无磁场、糖水浓度、采集位置的选择率，结果表明，蜜蜂对有磁场一侧的选择率显著高于无磁场一侧，对训练期间放置过50%糖水一侧的选择率显著高于放置过20%糖水一侧，但在方向选择中两侧的选择率无显著差异。.将出房后的工蜂置于磁场环境中饲养，采用RFID监测示，结果显示采集蜂在1Gs、10Gs和20Gs磁场条件下的归巢率与对照组比较无显著差异，在50Gs的磁场环境下归巢率显著降低；采集蜂在无磁场的条件下归巢率最高，归巢时间最短。蜜蜂整个生命周期都处于50Gs磁场环境时，首次出巢率、平均出巢次数、生存率和平均寿命与对照组均无显著差异。PER结果表明，当磁场强度为1Gs，10Gs和20Gs时工蜂的学习记忆能力显著降低，在50Gs时与对照组无显著差异。.克隆到西方蜜蜂MagR基因，并命名为AmMagR（GenBank登录号：MH635411），其序列长度为748 bp，编码区长390 bp，编码130个氨基酸，其蛋白质分子量为14.142 kDa。荧光定量PCR结果表明，AmMagR和Cry基因均在5日龄工蜂的相对表达量最高，1日龄、5日龄和21日龄工蜂胸部的AmMagR和Cry基因表达量也均显著高于头部和腹部。磁场处理后显示无磁场环境和1Gs处理条件下工蜂胸部AmMagR和Cry基因相对表达量均高于10Gs、20Gs、50Gs处理组。.制备了Cry2多克隆抗体，通过免疫共沉淀筛选蜜蜂体内与Cry蛋白互作的蛋白，IP蛋白样品鉴定到6个蛋白质，但并未发现Cry蛋白与MagR蛋白存在互作。.研究证实，蜜蜂具有感知磁场的能力，蜜蜂的生命活动和归巢行为在一定程度上受到磁场的影响。但蜜蜂利用地磁导航的分子机理仍有待于进一步探索。