Royalactin誘導幼蟲發(fā)育成蜂王

劉 芳 蘇松坤編譯

影響蜜蜂級型分化的決定因子是什么？這是科學家非常關(guān)注的問題。工蜂和蜂王都是由受精卵發(fā)育而成，只因發(fā)育過程中所處的環(huán)境和食物不同而引起巨大差異，蜂王的個體大小約是工蜂的1.5倍，而壽命更是工蜂的約20倍。此前的研究表明，蜂王與工蜂兩型分化的形成是由它們進食的蜂王漿決定的，但是，蜂王漿中的何種成分促使幼蟲變身蜂王，一直是個謎。

2011年4月24日，《Nature》報道日本富山縣立大學鐮倉昌樹博士發(fā)現(xiàn)蜂王漿中的一種57-kDa蛋白（也稱Royalactin）使蜜蜂幼蟲變成蜂王。這種蛋白質(zhì)在果蠅（Drosophila melanogaster）上有類似的效果。研究發(fā)現(xiàn)，Royalactin能激活一種叫做p70 S6激酶，這個激酶對幼蟲體型的變大有重要的作用，它能夠增加細胞分裂素活化蛋白激酶的活性（該酶在縮短蟲體發(fā)育時間中起重要作用），提高卵巢管發(fā)育必需的保幼激素水平。

鐮倉昌樹研究發(fā)現(xiàn)，敲除蜜蜂和果蠅脂肪體中的表皮生長因子受體（Egfr），能阻礙Royalactin誘導的所有形態(tài)變化。這些研究表明，Royalactin是蜂王漿中的一個通過Egfr-調(diào)節(jié)信號通道來誘導幼蟲發(fā)育成為蜂王的特殊因子。

一、蜂王漿中的級型分化誘導因子

鐮倉昌樹分別用新鮮的蜂王漿和在40℃條件下存放30天的蜂王漿喂養(yǎng)蜜蜂幼蟲，發(fā)現(xiàn)只有食用新鮮蜂王漿的幼蟲發(fā)育成蜂王，而食用在40℃條件下貯藏了30天的幼蟲完全發(fā)育成工蜂。研究發(fā)現(xiàn)，新鮮蜂王漿中“Royalactin”能促進提高生長激素的分泌量，使幼蟲出現(xiàn)體格變大、卵巢發(fā)達等蜂王的特征。

接下來鐮倉昌樹對因長期貯存而成分變化的蜂王漿進行分析。他分析了蜂王漿中的維他命、10-羥基-2-癸烯酸、碳水化合物、脂肪酸和蛋白質(zhì)，實驗中發(fā)現(xiàn)，Royalactin能夠提高蜜蜂的保幼激素水平，該激素在幼蟲發(fā)育期間的第5齡決定幼蟲向蜂王方向發(fā)育，Royalactin對級型分化的促進作用不是營養(yǎng)性的影響而是形態(tài)學上的影響。Royalactin是蜂王漿中誘導級型分化的主要活化因子。

很意外的是，鐮倉昌樹發(fā)現(xiàn)蜂王漿和Royalactin對果蠅（Drosophila melanogaster）有類似的影響，果蠅也同樣出現(xiàn)體長、產(chǎn)卵數(shù)和壽命等方面的增長。這說明這一蛋白質(zhì)對生物特征的影響是跨物種的。

二、蜂王漿通過表皮生長因子受體（Egfr）影響果蠅的表型

鐮倉昌樹研究了蜂王漿對表皮生長因子受體（Egfr）變種果蠅的發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)蜂王漿不能增加該變種的體型大小，也不能縮短其發(fā)育時間。接下來，鐮倉昌樹通過研究確定果蠅中蜂王漿功能的組織特異性實驗，發(fā)現(xiàn)是脂肪體中Egfr信號影響著果蠅體型的增加和發(fā)育時間的縮短。

接著鐮倉昌樹又證實Royalactin是通過脂肪體中的Egfr來激活S6K來充當形態(tài)發(fā)生因子，達到增加體型大小，同時也激活MAPK通路，從而降低果蠅的發(fā)育時間。他還發(fā)現(xiàn)果蠅形態(tài)變化伴隨著Royalactin的過表達。

三、Royalactin改變果蠅的激素代謝

為了調(diào)查由Royalactin誘導引起果蠅形態(tài)上改變和其激素調(diào)節(jié)的生理上改變之間的關(guān)系，鐮倉昌樹檢測了進食蜂王漿的野生型果蠅幼蟲發(fā)育過程中活化的蛻皮素、20-羥基蛻皮酮（20E）和保幼激素生物合成的變化情況。同時還檢測了脂肪體中卵黃蛋白的表達，因為保幼激素能誘導脂肪體中卵黃蛋白的生成，而這一物質(zhì)是卵黃合成必需的，從而促進果蠅產(chǎn)卵。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Royalactin通過一種通路來激活脂肪體中的Egfr信號，而且這個通路則不同于調(diào)節(jié)體型大小和發(fā)育時間的通路，誘導保幼激素合成，從而也就導致了卵黃蛋白表達量的增加，因此提高了果蠅的生殖能力。其中脂肪體中的S6K只參與了體型大小的調(diào)節(jié)。

四、利用RNAi技術(shù)抑制蜂王的形成

為確定參與級型發(fā)育的信號通路，鐮倉昌樹飼養(yǎng)了經(jīng)過RNAi技術(shù)處理后沒有胰島素受體（InR）和表皮生長因子（Egfr）表達的蜜蜂（Apis mellifera）幼蟲,發(fā)現(xiàn)用經(jīng)蜂王漿飼喂后的InR被抑制的蜜蜂幼蟲，其成蟲體型，發(fā)育時間和卵巢管大小不受影響，但是Egfr抑制的幼蟲，與對照組相比，其成蜂體型變小，卵巢管也變小，發(fā)育時間延長。這些結(jié)果表明，Royalactin激活Egfr，參與了蜜蜂的級型分化。

鐮倉昌樹進一步發(fā)現(xiàn)，Royalactin通過Egfr激活S6K來參與蜂王體型大小的調(diào)節(jié)，受Royalactin影響，Egfr下游的MAPK激活，導致20E生物合成增加，最后縮短了蜜蜂發(fā)育的時間。

保幼激素在工蜂幼蟲的局部應(yīng)用可以得到具有卵巢發(fā)育的類似蜂王，但是其體型跟工蜂一樣。因此由Royalactin激活的Egfr通路下游的保幼激素對蜂王的發(fā)育有一定的作用。這些作用機制，與在果蠅中Royalactin誘導引起的形態(tài)變化和生理變化機制是類似的。

五、總結(jié)

鐮倉昌樹第一次證實了蜂王漿中Royalactin通過作用于Egfr來誘導蜂王的形成。并且發(fā)現(xiàn)果蠅中的Royalactin帶來其形態(tài)和生理的變化機制跟蜜蜂上是一樣的。這些結(jié)果為Egfr通路在生長調(diào)節(jié)中起重要作用提供了新的證據(jù)。鐮倉昌樹發(fā)現(xiàn)Royalactin是王漿主蛋白MRJP1單體，是級型分化的重要因子。Royalactin通過Egfr誘導使得果蠅的壽命延長，表明Royalactin對壽命的延長有重要的作用。鐮倉昌樹第一次證明Egfr參與了壽命的調(diào)節(jié)。而需要更多的研究去證明在果蠅和蜜蜂中，Royalactin是通過怎樣的機制來調(diào)節(jié)壽命的長短。

蜂王漿和級型分化的關(guān)系已經(jīng)研究了100多年，但是蜂王漿中能誘導蜂王的形成的成分鑒定一直很難弄清楚。鐮倉昌樹的研究成果使人們對蜜蜂級型分化有了更深的認識，它為人類研究真社會和社會性的膜翅目進化提供了重要的線索。這項成果也有助于人工大量培養(yǎng)產(chǎn)卵能力強的蜂王，可望在養(yǎng)蜂業(yè)中發(fā)揮作用。