从基因组水平检验传粉榕小蜂on-off性比调控机制

The sex ratio adjustment mechanism is a key note question of Evolution. Although, Hamilton’s Extraordinary Sex Ratio model can partially explain the female bias sex ratio, more and more field experiment about fig pollinating wasps challenged the Hamilton’s sex ratio model. Ceratosolen fusciceps lay the same number of male offspring no matter how many foundress in the same figs. Given that fig pollinating wasps lay male eggs first, we propose the on-off sex ratio mechanism of fig pollinating wasps. We suppose that during the whole ovulating process, female wasps lay the unfertilized eggs (male) at first and at some point, spermatheca release the sperm and then wasps begin to lay fertilized eggs (female). In this project, we are going to analyze the genome and transcriptome data of the wasps and find the genes that regulate the spermatheca, and compare the anatomical differences and gene expression differences among different ovulation periods to verify the hypothesis: Sex ratio of fig pollinating wasp is controlled by the manipulation of spermatheca.

动物性比率调节是进化生物学一个至关重要的研究问题。Hamilton的性比模型虽然极大地解释了很多动物性比偏雌的现象，但是越来越多的实验发现Hamilton性比模型的局限性，尤其是在聚果榕传粉小蜂中发现小蜂雄性后代数量不随着进蜂量增加而改变的现象，挑战了Hamilton的性比模型。基于传粉榕小蜂先产雄性卵事实，本文提出从榕小蜂控制储精囊开闭来调控性比的机制。本研究假设榕小蜂在产卵过程中先产未受精卵（雄性），在某一时刻储精囊打开，排出精子，小蜂开始产受精卵（雌性）。本实验将通过基因组与转录组测序分析，找出调控聚果榕传粉榕小蜂储精囊开启的基因，并通过解剖比较不同产卵阶段榕小蜂储精囊的开启情况，和相关基因表达差异来检验榕小蜂通过储精囊开闭调节性比率变化这一假说。

本项目的提出基于对传粉榕小蜂性比率调节模型的探讨，对传粉榕小蜂先产雄性卵后产雌性卵的产卵模式的验证。试图从转录组水平寻找传粉榕小蜂调节性比率的分子证据。本项目以聚果榕传粉小蜂为材料，首先通过野外放蜂实验，验证了聚果榕传粉小蜂的产卵模式。当一个榕果内同时进入多个亲本雌蜂时，每头亲本雌蜂先产一定数量的雄性卵（50头左右），再产不定数量的雌性卵。其次，该项目对不同繁殖阶段的传粉榕小蜂进行了转录组分析。按照传粉榕小蜂生活史规律，分别收集交配后未出蜂（WCF）、产卵前（ZRF）、产卵15分钟（JF15）和产卵2小时（JF2）的传粉榕小蜂，并人为设置榕小蜂产卵重启处理（JF2-15）。发现雌激素信号通路，催产素信号通路和卵巢类固醇激素通路等一系列与生殖行为相关的基因在不同处理中的表达差异。并发现卵巢类固醇类激素表达相关基因可能与传粉榕小蜂调整产雄性卵和产雌性卵有关。更进一步，本项目探讨了榕树挥发物对传粉榕小蜂繁殖行为的影响。发现榕树对传粉榕小蜂繁殖行为的影响主要分为两个步骤，第一步是榕树散发挥发性气味吸引传粉榕小蜂找到产卵地，第二步是当传粉榕小蜂进入榕果后，榕果内的雌花给小蜂提供产卵信号。通过对传粉榕小蜂转录组的分析发现，在这两个步骤中，传粉榕小蜂气味结合蛋白相关基因表达存在着差异。在本项目的支持下，本项目对传粉榕小蜂性比调节的分子机制进行了探索性研究。该项目的研究不仅为传粉榕小蜂性比调节理论提供了分子机制的支持，也为非模式生物的动物行为进行分子机制的研究提供了新思路。