来自全球63个科研机构的百余名科学家经过4年多努力,成功破译了蜜蜂的全基因组。这一成果不仅揭示了蜜蜂的进化奥秘,还为农业生产和人类健康研究提供了重要信息。蜜蜂是继果蝇和蚊子之后第三种全基因组被破译的昆虫,相关论文同时发表在《自然》和《科学》杂志上。
蜜蜂是全球最重要的授粉昆虫,同时生产蜂蜜和蜂蜡,对农业生产具有重大意义。美国农业部表示,蜜蜂每年仅为美国创造的经济效益就达近200亿美元。此外,蜜蜂作为一种社会性昆虫,是研究人类健康和社会行为的理想模型。
科学家分析了蜜蜂16对染色体中的基因,共约2.6亿个碱基对,初步发现约1万个有效基因,比果蝇和蚊子的基因总数少30%左右。基因组分析显示,蜜蜂的祖先与人类祖先一样来自非洲,最古老的蜜蜂起源于撒哈拉沙漠以南,随后逐步分布到欧亚大陆,并在17世纪后到达美洲。这一发现突破了蜜蜂起源于欧亚大陆的传统观点。
另一个重大发现是,尽管蜜蜂进化缓慢,但其体内控制生理节奏、衰老和RNA干扰的基因与果蝇等昆虫差异较大,反而与人类等脊椎动物更为接近。此外,蜜蜂控制嗅觉的基因极为发达,数量超过果蝇和蚊子,而控制味觉的基因较少,表明嗅觉是影响蜜蜂觅食和通信的主要因素。
科学家还发现,基因可能决定蜜蜂的社会分工。例如,工蜂神经中枢中的一些“主控基因”的开启或关闭,会使工蜂由照料蜂王的“护工”转变为以攻击为主的“守卫”。果蝇虽拥有相同基因,却不具备这些功能。
美国伊利诺伊大学的研究人员利用蜜蜂基因组研究人类社会行为的分子基础。由Saurabh Sinha教授领导的研究组调查了蜜蜂基因组中的社会性线索,通过研究基因表达的社会性调节,推测人类社会行为的分子基础。成年工蜂在蜂房中从事多种任务,若蜂房缺少觅食蜂,一些年轻的“保姆”蜜蜂会转换工作成为觅食蜂。这种工作变换涉及蜜蜂大脑中数千基因的变化。
Sinha和同事利用新测序的蜜蜂基因组扫描转录因子的结合位点,通过计算机程序对近3000个基因进行扫描,并利用统计学方法分析特定转录因子是否与在保育蜂和觅食蜂间表达有差异的基因相关。研究发现了五个不同的转录因子,这些分子与社会性调节基因具有明显相关性。这些发现表明,蜜蜂可用于研究社会因子调节大脑中基因表达的机制。该研究结果发表在《美国科学院院刊》网络版上,作者包括华裔教授翟呈祥(Chengxiang Zhai)和研究生凌旭(Xu Ling)等。