谈论蜜蜂基因

经常收听《裸遗传学》节目的听众应该还记得，几个月前，Kat Arney参加了在华威大学举行的遗传学学会、英国发育生物学学会和英国细胞生物学学会的春季联合会议。其中一组讨论探讨了所谓的新可处理系统——遗传学家终于能够第一次研究的新模式生物，被轻率地概括为“蜜蜂和树木”。为了了解我们的昆虫朋友，她和伦敦玛丽女王大学的保罗·赫德聊了聊。

保罗:我想让我着迷的是蜜蜂。它们吸引我的原因有很多。它们是重要的传粉者，它们对维持开花植物的遗传多样性很重要，当然，所有动物都需要植物，因为它们从大气中吸收碳，并产生碳水化合物。所以它们在生态系统中占有相当重要的地位。

从遗传学的角度来看，它们很有趣，因为蜜蜂基因组，蜜蜂幼虫不仅仅有能力成为蜜蜂，它们可以变成三种不同类型的蜜蜂。问题是，一个基因组是如何变成三种不同的动物的?是什么让这一切发生?

所以这比人类更复杂，我们有男性和女性。这个要比那个复杂得多。

保罗:我想这可能更复杂。很明显，在人类中，我们都来自一个受精卵，这个受精卵有可能形成200多种不同的细胞类型。对于蜜蜂来说，同一个受精卵有可能形成200种不同的细胞类型把它们放在三种不同的生物体中。所以，我认为它更复杂，是的。

凯特-那就给我介绍一下蜂巢里的不同人物吧。谁在里面?

保罗-所以最上面的是蜂王。蜂王是蜂房中最大的昆虫。她是有生殖能力的雌性——她可以产下受精卵或未受精卵。如果雌蜘蛛产下未受精卵，那么由此产生的幼虫就会变成一只具有生殖能力的雄蜘蛛。如果她产了一个受精卵，这是她经常做的事情，这个幼虫将生长并发育成一只不能繁殖的雌性工蜂。一个蜂巢里有两只雌蜂，一只可以繁殖，也就是蜂王，另一只不能繁殖，也就是工蜂。

凯特:我们对控制这种转换和控制这些不同类型蜜蜂的基因的控制情况了解多少?

保罗:所以这就是我们感兴趣的。蜜蜂等级决定了你是成为蜂王还是工蜂取决于饮食。所以幼虫在孵化后的前三四天里吃的东西实际上决定了它成年后的样子。如果幼虫吃了蜂王浆，一种特殊的物质，一种由工蜂产生的营养物质，幼虫就会长成蚁后。如果幼虫被喂食乏味的富含碳水化合物的花蜜花粉，那么她就会成为工蜂。

Kat -这是一个基于饮食的影响结果的开关。这似乎很奇怪，来决定一些重要的事情，比如，你在你的生活中是否能够繁殖。

保罗:当然。我是说，蜜蜂吃什么就是什么。从来没有一个明确的例子表明一个有机体真的是它吃什么。我们对此感兴趣的原因是因为这两只蜜蜂在基因上是相同的，但它们吃的东西改变了它们的样子，我们认为这发生在表观遗传层面，即控制基因组输出的基因之上的信息层。

所以人们对环境如何看待我们的行为越来越感兴趣，我们接触到的东西，我们吃的东西会影响我们的基因如何打开和关闭这种标签和开关层。我们知道蜜蜂是如何在蜂王和工蜂之间进行转换的吗?

保罗-我们真的不知道。这是我们正在研究的事情之一，但在某种程度上，蜂王浆的成分至少给人的印象是它是一种很好的表观遗传饮食。所以我们认为饮食中有一些东西会直接影响基因表达，基因的开启和关闭，这就是我们想要弄清楚的。

有一些健康食品店会卖给你蜂王浆之类的东西，人们会吃着说:“它一定对我的健康有好处。”如果它做了这样的转换，这可能会令人担忧?

保罗:我认为蜂王浆绝对应该附带健康警告。我肯定不会吃的。我已经看到了它是如何将蜜蜂的发育从一种有机体转变为另一种有机体的，所以我会谨慎对待它。

Kat:在春季会议上，我们刚刚进行了一系列的讨论，人们正在研究其他不寻常的昆虫系统，那里有不同种类或等级的昆虫。告诉我其中的一些。

保罗:所以有很多膜翅目昆虫都有这种基于种姓的制度。一个明显的例子是蚂蚁。蚂蚁的工作方式略有不同，因为它们没有营养差异。人们认为它的信息素化学信号决定了蚂蚁的种姓选择。大黄蜂——这似乎是一个基于化学的系统而不是基于营养的系统。最后是白蚁，正如我们在今天的演讲中看到的，没有人真正了解白蚁等级分化的生态学。

它们都有一个共同点，那就是它们都是群居动物。因此，群居昆虫有这种等级决定系统，因为亲缘选择。它们都是遗传的。它们是有亲缘关系的，所以它们的蜂巢作为一个整体照顾一个繁殖的蜂王，为了整个群体的利益。

凯特:所以所有这些生物——它们在基因上都是一样的，但它们把自己置于不同的角色和工作中，以支持整个社会的结构。

保罗-是的，这是威尔逊亲缘选择理论的一个经典案例，由于蜂巢中所有生物的遗传亲缘关系，它们作为一个超级有机体为群体中唯一能繁殖的动物服务。

我喜欢JBS霍尔丹的话，他愿意为两个兄弟或八个表兄弟牺牲自己的生命。我猜规模很大。

保罗:绝对的，在5万的规模上!

凯特-我们还需要知道什么?真正亟待解决的问题是什么?

保罗，我认为真正亟待解决的问题仍然是一个基本问题那就是，如果基因组是一本指令书，那么这本指令书是如何根据不同的环境线索以多种不同的方式被阅读和解释的呢?我认为这是蜜蜂的基本问题。

另一个与蜜蜂相关的问题是，当蜜蜂的食物被杀虫剂污染时会发生什么，蜜蜂摄入的杀虫剂是如何改变它们的生理和行为的?我认为这也是这个领域的一个好问题。

Kat -这是环境界的一个大问题，新烟碱类杀虫剂，如果我们没有蜜蜂，我们就会没有食物。

保罗:当然。随着目前蜂群的减少，在某个阶段，将无法为人类提供食物。所以，这是一个至关重要的问题。英国纽卡斯尔的杰里·赖特做了很多新烟碱类杀虫剂的研究，讽刺的是，蜜蜂对新烟碱类杀虫剂处理过的植物上瘾因为没有人想到新烟碱类杀虫剂是尼古丁的激动剂，可能会导致蜜蜂对杀虫剂上瘾。

因此，她在一篇伟大的研究中表明蜜蜂总是以新烟碱处理过的花粉为食而不是以非新烟碱处理过的花粉为食因为可怜的蜜蜂对尼古丁上瘾了。

Kat:最后一个问题，你的实验室养蜜蜂，你研究蜜蜂。你能从中提取蜂蜜吗?

保罗-我们确实能从它们身上提取蜂蜜!东伦敦蜂蜜是最好的蜂蜜——我可以推荐任何你看到的东伦敦蜂蜜绝对值得购买。每个人的窗台上都有花，在精心修剪的花园里也有花。所以事实上，城市蜜蜂可能是英国最快乐的蜜蜂。

凯特-保罗·赫德，来自伦敦玛丽女王大学。