浙大陈学新博士最新PloS One文章

　　

浙江大学昆虫科学研究所陈学新教授在最新一期的PloS One上发表文章，揭示蜜蜂抗菌肽进化差异，据悉，这一发现首次用实验的方式证实了长期驯化可能导致生物基因多样性降低的理论假设。

 

相关论文“Antimicrobial peptide evolution in the Asiatic honey bee Apis cerana”（中华蜜蜂抗菌肽的进化）于近日发表在美国《公共科学图书馆－综合》（PloS ONE）杂志上。

 

中华蜜蜂和意大利蜜蜂是一对非常相近的姐妹种，大约1千万年前起源于亚洲的一个共同“祖先”,但前者比后者具有更强的抗寒能力和抗病能力。浙江大学农学院昆虫研究所的陈学新教授课题组首次通过实验证实：这是因为意大利蜜蜂比中华蜜蜂具有更为长期的驯化过程，使之在进化过程中丧失了某些基因。这个发现从理论上证实了长期驯化可能导致生物基因多样性降低的假设。

   

人类很早就开始饲养意大利蜜蜂，目前该蜂已经没有野生种群；而中华蜜蜂是我国土生土长的重要蜜蜂种类，虽然也被人类驯化饲养，但仍然存在野生种群。意大利蜜蜂由于蜂蜜产量高，易于管理，目前已在全世界饲养，中国也从20世纪早期引入后迅速推广。此前的研究发现，中华蜜蜂比意大利蜜蜂更加耐寒，更能抵御病害侵染和螨虫危害的能力，而且能为更多种类的植物，特别是高山植物传授花粉。

   

什么原因造成了这对“姐妹”的差异？陈学新教授认为，蜜蜂体内与免疫相关的物质－抗菌肽可能是一个重要线索。抗菌肽是生物体内普遍存在的、在免疫防御体系中发挥重要作用的生物活性物质。陈学新教授课题组利用分子生物学、比较基因组学和生物信息学等手段，经过四年的研究，克隆并鉴定了中华蜜蜂体内存在4个抗菌肽基因家族的87个不同的基因：11个abaecin、29个defensin、13个apidaecin和34个hymenoptaecin等基因，而意大利蜜蜂总共只有16个基因；这些抗菌肽基因共编码4个抗菌肽家族的26种不同的抗菌肽，而意大利蜜蜂体内只有11种抗菌肽。apidaecin对革兰氏阴性菌具有很强的抗菌活性，abaecin则对革兰氏阴性和阳性菌都具有抗菌活性，hymenoptaecin也对革兰氏阴性和阳性菌，其中包括一些人类疾病的致病菌都具有抗菌活性，而且对那些对apidaecin具有抗性的革兰氏阴性菌具有很强的抗菌活性；defensin含量较低，主要在后期表达，对革兰氏阳性菌都具有抗菌活性。正因为抗菌肽家族上具有明显的不同，而中华蜜蜂存在着绝对的优势，当这两种蜜蜂同时受到病原侵袭时，中华蜜蜂由于其具有明显的抗菌肽基因优势和具有更为丰富的抗菌肽物质将会免受其难。

   

杂志的评审专家认为，该研究首次全部鉴定了一个物种所有抗菌肽因家族的系统研究，获得了有趣的科学发现并富有重要价值，在实践上为进一步保护和利用蜜蜂及其重要的抗菌类物质提供了重要的科学依据。陈学新介绍，抗菌肽的相关研究还在农业、工业、医药等行业，如绿色饲料添加剂、新型食品防腐剂、新药物等开发方面有重要的应用前景。

 

原文检索：Antimicrobial peptide evolution in the Asiatic honey bee Apis cerana

生物通推荐全文免费链接地址：

http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2617784

 

【Abstract】

The Asiatic honeybee, Apis cerana Fabricius, is an important honeybee species in Asian countries. It is still found in the wild, but is also one of the few bee species that can be domesticated. It has acquired some genetic advantages and significantly different biological characteristics compared with other Apis species. However, it has been less studied, and over the past two decades, has become a threatened species in China. We designed primers for the sequences of the four antimicrobial peptide cDNA gene families (abaecin, defensin, apidaecin, and hymenoptaecin) of the Western honeybee, Apis mellifera L. and identified all the antimicrobial peptide cDNA genes in the Asiatic honeybee for the first time. All the sequences were amplified by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). In all, 29 different defensin cDNA genes coding 7 different defensin peptides, 11 different abaecin cDNA genes coding 2 different abaecin peptides, 13 different apidaecin cDNA genes coding 4 apidaecin peptides and 34 different hymenoptaecin cDNA genes coding 13 different hymenoptaecin peptides were cloned and identified from the Asiatic honeybee adult workers. Detailed comparison of these four antimicrobial peptide gene families with those of the Western honeybee revealed that there are many similarities in the quantity and amino acid components of peptides in the abaecin, defensin and apidaecin families, while many more hymenoptaecin peptides are found in the Asiatic honeybee than those in the Western honeybee (13 versus 1). The results indicated that the Asiatic honeybee adult generated more variable antimicrobial peptides, especially hymenoptaecin peptides than the Western honeybee when stimulated by pathogens or injury. This suggests that, compared to the Western honeybee that has a longer history of domestication, selection on the Asiatic honeybee has favored the generation of more variable antimicrobial peptides as protection against pathogens.

 

 

陈学新 教授

浙江大学昆虫科学研究所

主要从事昆虫进化生物学、分子生物学、生物资源发掘和利用、有害生物控制、植物检疫及生物安全等领域的基础和应用研究，包括昆虫系统发育和生物信息学，昆虫寄生习性进化与适应，昆虫基因多样性与基因组进化，拟寄生免疫生理及其分子机理，寄生蜂发育、调控及其免疫相关功能基因资源发掘和利用、天敌昆虫资源与害虫生物防治，寄生蜂系统分类和物种多样性，昆虫资源与保护生物学，害虫入侵生物学和植物检疫，转基因作物生态安全性与安全农产品，农林害虫治理等领域的研究与教学。

 

理学博士、教授、博士研究生导师。1994年毕业于浙江农业大学并获理学博士学位。1996-1997在荷兰Leiden大学、2001-2002年在美国Illinois大学（UIUC）深造，并多次赴澳大利亚、英国、美国等国访问或合作研究。现任浙江大学任植物保护系系主任、农业部植物检疫培训中心主任、昆虫科学研究所副所长，兼任中国西部发展研究院副院长、国家自然科学基金委员会第四届科学部专家咨询委员会委员、浙江省植物保护学会副理事长、中国植物保护学会生物安全专业委员会副主任、中国昆虫学会区系分类及多样性专业委员会副主任和害虫生物防治专业委员会副主任、“Bulletin of Entomological Research”SCI刊物编委等。入选浙江省高校青年学科带头人、浙江省“151人才工程”、国家“百千万人才工程”、教育部“新世纪优秀人才支持计划”、教育部“创新团队发展计划”，获国家杰出青年科学基金。