劉 芳 蘇松坤編譯

影響蜜蜂級(jí)型分化的決定因子是什么？這是科學(xué)家非常關(guān)注的問(wèn)題。工蜂和蜂王都是由受精卵發(fā)育而成，只因發(fā)育過(guò)程中所處的環(huán)境和食物不同而引起巨大差異，蜂王的個(gè)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(jìn)食的蜂王漿決定的，但是，蜂王漿中的何種成分促使幼蟲(chóng)變身蜂王，一直是個(gè)謎。

2011年4月24日，《Nature》報(bào)道日本富山縣立大學(xué)鐮倉(cāng)昌樹(shù)博士發(fā)現(xiàn)蜂王漿中的一種57-kDa蛋白（也稱(chēng)Royalactin）使蜜蜂幼蟲(chóng)變成蜂王。這種蛋白質(zhì)在果蠅（Drosophila melanogaster）上有類(lèi)似的效果。研究發(fā)現(xiàn)，Royalactin能激活一種叫做p70 S6激酶，這個(gè)激酶對(duì)幼蟲(chóng)體型的變大有重要的作用，它能夠增加細(xì)胞分裂素活化蛋白激酶的活性（該酶在縮短蟲(chóng)體發(fā)育時(shí)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(cāng)昌樹(shù)研究發(fā)現(xiàn)，敲除蜜蜂和果蠅脂肪體中的表皮生長(zhǎng)因子受體（Egfr），能阻礙Royalactin誘導(dǎo)的所有形態(tài)變化。這些研究表明，Royalactin是蜂王漿中的一個(gè)通過(guò)Egfr-調(diào)節(jié)信號(hào)通道來(lái)誘導(dǎo)幼蟲(chóng)發(fā)育成為蜂王的特殊因子。

一、蜂王漿中的級(jí)型分化誘導(dǎo)因子

鐮倉(cāng)昌樹(shù)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(chóng)，發(fā)現(xiàn)只有食用新鮮蜂王漿的幼蟲(chóng)發(fā)育成蜂王，而食用在40℃條件下貯藏了30天的幼蟲(chóng)完全發(fā)育成工蜂。研究發(fā)現(xiàn)，新鮮蜂王漿中“Royalactin”能促進(jìn)提高生長(zhǎng)激素的分泌量，使幼蟲(chóng)出現(xiàn)體格變大、卵巢發(fā)達(dá)等蜂王的特征。

接下來(lái)鐮倉(cāng)昌樹(shù)對(duì)因長(zhǎng)期貯存而成分變化的蜂王漿進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(chóng)發(fā)育期間的第5齡決定幼蟲(chóng)向蜂王方向發(fā)育，Royalactin對(duì)級(jí)型分化的促進(jìn)作用不是營(yíng)養(yǎng)性的影響而是形態(tài)學(xué)上的影響。Royalactin是蜂王漿中誘導(dǎo)級(jí)型分化的主要活化因子。

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

二、蜂王漿通過(guò)表皮生長(zhǎng)因子受體（Egfr）影響果蠅的表型

鐮倉(cāng)昌樹(shù)研究了蜂王漿對(duì)表皮生長(zhǎng)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(shí)間。接下來(lái)，鐮倉(cāng)昌樹(shù)通過(guò)研究確定果蠅中蜂王漿功能的組織特異性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是脂肪體中Egfr信號(hào)影響著果蠅體型的增加和發(fā)育時(shí)間的縮短。

接著鐮倉(cāng)昌樹(shù)又證實(shí)Royalactin是通過(guò)脂肪體中的Egfr來(lái)激活S6K來(lái)充當(dāng)形態(tài)發(fā)生因子，達(dá)到增加體型大小，同時(shí)也激活MAPK通路，從而降低果蠅的發(fā)育時(shí)間。他還發(fā)現(xiàn)果蠅形態(tài)變化伴隨著Royalactin的過(guò)表達(dá)。

三、Royalactin改變果蠅的激素代謝

為了調(diào)查由Royalactin誘導(dǎo)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(cāng)昌樹(shù)檢測(cè)了進(jìn)食蜂王漿的野生型果蠅幼蟲(chóng)發(fā)育過(guò)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(shí)還檢測(cè)了脂肪體中卵黃蛋白的表達(dá)，因?yàn)楸Ｓ准に啬苷T導(dǎo)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(jìn)果蠅產(chǎn)卵。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Royalactin通過(guò)一種通路來(lái)激活脂肪體中的Egfr信號(hào)，而且這個(gè)通路則不同于調(diào)節(jié)體型大小和發(fā)育時(shí)間的通路，誘導(dǎo)保幼激素合成，從而也就導(dǎo)致了卵黃蛋白表達(dá)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(jí)型發(fā)育的信號(hào)通路，鐮倉(cāng)昌樹(shù)飼養(yǎng)了經(jīng)過(guò)RNAi技術(shù)處理后沒(méi)有胰島素受體（InR）和表皮生長(zhǎng)因子（Egfr）表達(dá)的蜜蜂（Apis mellifera）幼蟲(chóng),發(fā)現(xiàn)用經(jīng)蜂王漿飼喂后的InR被抑制的蜜蜂幼蟲(chóng)，其成蟲(chóng)體型，發(fā)育時(shí)間和卵巢管大小不受影響，但是Egfr抑制的幼蟲(chóng)，與對(duì)照組相比，其成蜂體型變小，卵巢管也變小，發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)。這些結(jié)果表明，Royalactin激活Egfr，參與了蜜蜂的級(jí)型分化。

鐮倉(cāng)昌樹(shù)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Royalactin通過(guò)Egfr激活S6K來(lái)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(dǎo)致20E生物合成增加，最后縮短了蜜蜂發(fā)育的時(shí)間。

保幼激素在工蜂幼蟲(chóng)的局部應(yīng)用可以得到具有卵巢發(fā)育的類(lèi)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(duì)蜂王的發(fā)育有一定的作用。這些作用機(jī)制，與在果蠅中Royalactin誘導(dǎo)引起的形態(tài)變化和生理變化機(jī)制是類(lèi)似的。

五、總結(jié)

鐮倉(cāng)昌樹(shù)第一次證實(shí)了蜂王漿中Royalactin通過(guò)作用于Egfr來(lái)誘導(dǎo)蜂王的形成。并且發(fā)現(xiàn)果蠅中的Royalactin帶來(lái)其形態(tài)和生理的變化機(jī)制跟蜜蜂上是一樣的。這些結(jié)果為Egfr通路在生長(zhǎng)調(diào)節(jié)中起重要作用提供了新的證據(jù)。鐮倉(cāng)昌樹(shù)發(fā)現(xiàn)Royalactin是王漿主蛋白MRJP1單體，是級(jí)型分化的重要因子。Royalactin通過(guò)Egfr誘導(dǎo)使得果蠅的壽命延長(zhǎng)，表明Royalactin對(duì)壽命的延長(zhǎng)有重要的作用。鐮倉(cāng)昌樹(shù)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(guò)怎樣的機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)壽命的長(zhǎng)短。

蜂王漿和級(jí)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(dǎo)蜂王的形成的成分鑒定一直很難弄清楚。鐮倉(cāng)昌樹(shù)的研究成果使人們對(duì)蜜蜂級(jí)型分化有了更深的認(rèn)識(shí)，它為人類(lèi)研究真社會(huì)和社會(huì)性的膜翅目進(jìn)化提供了重要的線(xiàn)索。這項(xiàng)成果也有助于人工大量培養(yǎng)產(chǎn)卵能力強(qiáng)的蜂王，可望在養(yǎng)蜂業(yè)中發(fā)揮作用。