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２０１１年７月上旬刊第６２卷 中国蜂业 ＡＰＩＣＵＬＴＵＲＥ ＯＦ ＣＨＩＮＡ 国外蜂业信息 ４３ Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ诱导幼虫发育成蜂王 影响蜜蜂级型分化的决定因子是什么？这是科学 很意外的是，镰仓昌树发现蜂王浆和Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ对 果蝇（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ）有类似的影响，果蝇也同 家非常关注的问题。工蜂和蜂王都是由受精卵发育而 成，只因发育过程中所处的环境和食物不同而引起巨 大差异，蜂王的个体大小约是工蜂的１．５倍，而寿命更 是工蜂的约２０倍。此前的研究表明，蜂王与工蜂两型 分化的形成是由它们进食的蜂王浆决定的，但是，蜂王 浆中的何种成分促使幼虫变身蜂王，一直是个谜。 ２０１１年４月２４日，＜（Ｎａｔｕｒｅ））报道日本富山县立大 学镰仓昌树博士发现蜂王浆中的一种５７一ｋＤａ蛋白（也 称Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ）使蜜蜂幼虫变成蜂王。这种蛋白质在果 蝇（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ）ｌ：有类似的效果。研究发 现，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ能激活一种叫做ｐ７０ Ｓ６激酶，这个激酶 对幼虫体型的变大有重要的作用，它能够增加细胞分 裂素活化蛋白激酶的活性（该酶在缩短虫体发育时间 中起重要作用），提高卵巢管发育必需的保幼激素水 平。 镰仓昌树研究发现，敲除蜜蜂和果蝇脂肪体中的 表皮生长因子受体（Ｅ ），能阻碍Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ诱导的所 有形态变化。这些研究表明，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ是蜂王浆中的 一个通过Ｅｇｆｒ一调节信号通道来诱导幼虫发育成为蜂 王的特殊因子。 一、蜂王浆中的级型分化诱导因子 镰仓昌树分别用新鲜的蜂王浆和在４０ ｃＣ条件下 存放３０天的蜂王浆喂养蜜蜂幼虫，发现只有食用新鲜 蜂王浆的幼虫发育成蜂王，而食用在４０℃条件下贮藏 了３０天的幼虫完全发育成工蜂。研究发现，新鲜蜂王 浆中“Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ”能促进提高生长激素的分泌量，使幼 虫出现体格变大、卵巢发达等蜂王的特征。 接下来镰仓昌树对因长期贮存而成分变化的蜂王 浆进行分析。他分析了蜂王浆中的维他命、１０一羟基一２一 癸烯酸、碳水化合物、脂肪酸和蛋白质，实验中发现， Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ能够提高蜜蜂的保幼激素水平，该激素在幼 虫发育期间的第５龄决定幼虫向蜂王方向发育，Ｒｏｙ— ａｌａｃｔｉｎ对级型分化的促进作用不是营养性的影响而是 形态学上的影响。Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ是蜂王浆中诱导级型分化 的主要活化因子。 样出现体长、产卵数和寿命等方面的增长。这说明这一 蛋白质对生物特征的影响是跨物种的。 二、蜂王浆通过表皮生长因子受体（Ｅｇｆｒ）影响果 蝇的表型 镰仓昌树研究了蜂王浆对表皮生长因子受体 （Ｅｇｆｒ）变种果蝇的发育的影响，发现蜂王浆不能增加该 变种的体型大小，也不能缩短其发育时间。接下来，镰 仓昌树通过研究确定果蝇中蜂王浆功能的组织特异性 实验，发现是脂肪体中Ｅ 信号影响着果蝇体型的增 加和发育时间的缩短。 接着镰仓昌树又证实Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ是通过脂肪体中 的Ｅ 来激活Ｓ６Ｋ来充当形态发生因子，达到增加体 型大小，同时也激活ＭＡＰＫ通路，从而降低果蝇的发育 时间。他还发现果蝇形态变化伴随着Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ的过表 达。 三、Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ改变果蝇的激素代谢 为了调查由Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ诱导引起果蝇形态上改变 和其激素调节的生理上改变之间的关系，镰仓昌树检 测了进食蜂王浆的野生型果蝇幼虫发育过程中活化的 蜕皮素、２０一羟基蜕皮酮（２０Ｅ）和保幼激素生物合成的 变化情况。同时还检测了脂肪体中卵黄蛋白的表达，因 为保幼激素能诱导脂肪体中卵黄蛋白的生成，而这一
４４ 国外蜂业信息 中国蜂业 ＡＰＩＣＵＬＴＵＲＥ ＯＦ ＣＨＩＮＡ ２０１１年７月上旬刊第６２卷 物质是卵黄合成必需的，从而促进果蝇产卵。 实验结果发现，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ通过一种通路来激活脂 肪体中的Ｅ 信号，而且这个通路则不同于调节体型 大小和发育时间的通路，诱导保幼激素合成，从而也就 导致了卵黄蛋白表达量的增加，因此提高了果蝇的生 发育有一定的作用。这些作用机制，与在果蝇中Ｒｏｙ— ａｌａｃｔｉｎ诱导引起的形态变化和生理变化机制是类似 的。 五、总结 镰仓昌树第一次证实了蜂王浆中Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ通过 作用于Ｅ 来诱导蜂王的形成。并且发现果蝇中的 Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ带来其形态和生理的变化机制跟蜜蜂上是 一殖能力。其中脂肪体中的Ｓ６Ｋ只参与了体型大小的调 节。 四、利用砌 ｉ技术抑制蜂王的形成 样的。这些结果为Ｅ 通路在生长调节中起重要作 为确定参与级型发育的信号通路，镰仓昌树饲养 了经过ＲＮＡｉ技术处理后没有胰岛素受体（ＩｎＲ）和表皮 生长因子（Ｅｇｆｒ）表达的蜜蜂（Ａｐｉｓ ＺＺ ｒａ）幼虫，发现 用经蜂王浆饲喂后的ＩｎＲ被抑制的蜜蜂幼虫，其成虫 体型，发育时间和卵巢管大小不受影响，但是Ｅ曲抑制 的幼虫，与对照组相比，其成蜂体型变小，卵巢管也变 小，发育时间延长。这些结果表明，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ激活 Ｅ ，参与了蜜蜂的级型分化。 镰仓昌树进一步发现，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ通过Ｅ 激活 Ｓ６Ｋ来参与蜂王体型大小的调节，受Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ影响， Ｅ 下游的ＭＡＰＫ激活，导致２０Ｅ生物合成增加，最后 缩短了蜜蜂发育的时间。 用提供了新的证据。镰仓昌树发现Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ是王浆主 蛋白ＭＲＪＰ１单体，是级型分化的重要因子。Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ 通过Ｅ 诱导使得果蝇的寿命延长，表明Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ 对寿命的延长有重要的作用。镰仓昌树第一次证明 Ｅ 参与了寿命的调节。而需要更多的研究去证明在 果蝇和蜜蜂中，Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ是通过怎样的机制来调节寿 命的长短。 蜂王浆和级型分化的关系已经研究了１００多年， 但是蜂王浆中能诱导蜂王的形成的成分鉴定一直很难 弄清楚。镰仓昌树的研究成果使人们对蜜蜂级型分化 有了更深的认识，它为人类研究真社会和社会性的膜 翅目进化提供了重要的线索。这项成果也有助于人工 大量培养产卵能力强的蜂王，可望在养蜂业中发挥作 用。 保幼激素在工蜂幼虫的局部应用可以得到具有卵 巢发育的类似蜂王，但是其体型跟工蜂一样。因此由 Ｒｏｙａｌａｃｔｉｎ激活的Ｅ 通路下游的保幼激素对蜂王的 刘芳苏松坤编译 （上接第３６页） ｏｒｇａｎｏｃｈｌｏｒｉｎｅ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ ｉｎ ｍｏｌｌｕｓｋｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｂｏｈａｉ Ｓｅａ． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，４２：７１５９－７１６５． １９９８． 【１４】Ｓｔｅｆａｎ Ｂ．Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｏｆ ｂｅｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ａｐｉｄｏｌｏｇｉｅ，２００６，３７： １—１８． 【８】Ｋｅｌｌｙ Ｂ Ｃ，Ｉｋｏｎｏｍｏｕ Ｍ Ｇ，Ｂｌａｉｒ Ｊ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｆｏｏｄ ｗｅｂ－ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｂｉｏｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００７， ３ １７：２３６—２３９． 【１５】Ｒｏｇｅｒｓ Ｒ Ｅ Ｌ，Ｋｅｍｐ Ｊ Ｒ．Ｉｍｉｄａｃｌｏｐｒｉｄ，ｐｏｔａｔｏｅｓ，ａｎｄ ｈｏｎｅｙ ｂｅｅｓ ｉｎ Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｃａｎａｄａ：Ｉｓ ｔｈｅｒｅ ａ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．Ｂｕｌ１．Ｉｎｓｅｃｔｏｌｏｇｙ， ２００３，５６：８３—８８． 【９】Ａｒｍｉｔａｇｅ Ｊ