卵黄蛋白原调控蜜蜂分蜂行为的新机制：个体生理状态与群体繁殖的桥梁

《Scientific Reports》：Vitellogenin plays a role in regulating honey bee swarming

本研究针对蜜蜂(Apis mellifera)分蜂行为个体生理机制不明确的问题，通过比较分蜂前与非分蜂群体中不同日龄工蜂的卵黄蛋白原(Vg)基因表达水平，发现10-14日龄工蜂在分蜂前3天至分蜂发生时Vg水平显著升高，表明Vg通过延迟工蜂行为成熟参与分蜂调控。该研究首次揭示了Vg这一保守生殖蛋白在社会性昆虫群体繁殖中的新功能，为理解群体水平繁殖的生理机制提供了新视角。

　　

在蜜蜂的世界里，分蜂（swarming）是一种令人着迷的群体繁殖行为，大约一半到三分之二的蜂群会跟随老蜂王离开原巢，建立新的家园，而新蜂王则继承原来的蜂群。这一过程是蜂群适应性的重要体现，但驱动分蜂的具体机制，特别是在个体工蜂生理水平上的变化，长期以来一直是个谜。虽然已知花卉资源丰富、蜂群快速生长和巢内拥挤等因素与分蜂有关，但它们并非唯一的原因，也不能完全解释分蜂所需的生理和群体阈值。

卵黄蛋白原（Vitellogenin, Vg）作为一种在卵生动物中与繁殖相关的古老蛋白，在蜜蜂中展现出多重功能。除了为蜂王卵子提供营养外，Vg在工蜂中还参与调节行为成熟和营养储存。在蜂群的社会环境中，工蜂产生的Vg被分泌到血淋巴中，运输到头部的咽下腺，转化为幼虫食物或蜂王浆，用于幼虫营养。Vg水平在哺育蜂（nurse bees）中最高，随着它们向采集蜂（forager）行为状态转变而显著下降，同时保幼激素（juvenile hormone, JH）水平上升。Vg的早期表达还与采集蜂收集花粉或花蜜的倾向有关。这些在个体工蜂中的关联如何与群体水平的营养储存和需求相互作用，仍不清楚。

鉴于Vg在调节营养生理和工蜂成熟中的重要作用，研究人员假设这一关键调控蛋白可能作为分蜂准备过程中更大规模生理过程的指标。分蜂前的蜂群表现出JH水平延迟上升，表明Vg水平在此期间可能保持较高水平。因此，研究人员预测，在分蜂前蜂群中，7-14日龄的工蜂会比非分蜂蜂群中的同龄工蜂维持更高的Vg水平，从而促进这一年龄段工蜂的成熟延迟。

为验证这一假设，研究人员在2021年和2022年夏季建立了意大利蜜蜂（Apis mellifera）蜂群，通过标记新孵化工蜂并定期采集不同日龄（7、10、14天）的工蜂样本，比较了分蜂前蜂群与非分蜂蜂群中Vg基因表达水平的差异。样本采集时间点包括分蜂发生前14、7、3天以及分蜂发生24小时内。通过实时定量PCR（qRT-PCR）技术测定Vg mRNA表达水平，并使用线性混合效应模型和Jonckheere-Terpstra检验进行统计分析。

主要技术方法包括：建立实验蜂群并标记新孵化工蜂；定期采集不同日龄工蜂样本；使用实时定量PCR（qRT-PCR）测定Vg基因表达水平；采用线性混合效应模型和Jonckheere-Terpstra检验进行统计分析。

研究结果

分蜂前24小时内Vg表达水平

在分蜂发生24小时内采集的样本分析显示，蜂群类型（分蜂前与非分蜂）与工蜂日龄对Vg水平存在显著交互作用。7日龄工蜂的Vg水平在分蜂前与非分蜂蜂群间无显著差异，而10日龄和14日龄工蜂的Vg水平在分蜂前蜂群中显著高于非分蜂蜂群。在分蜂前蜂群中，7、10、14日龄工蜂的Vg水平无显著差异，表明Vg水平随日龄增长保持稳定；而在非分蜂蜂群中，7日龄以上工蜂的Vg水平显著下降，符合正常的行为成熟模式。

分蜂前Vg表达的时间变化趋势

在分蜂前蜂群中，10日龄和14日龄工蜂的Vg水平在分蜂前14天到分蜂发生时呈现显著上升趋势，各时间点间存在显著差异。7日龄工蜂的Vg水平在整个实验期间相对稳定。相反，在非分蜂蜂群中，7日龄工蜂的Vg水平随时间显著上升，而10日龄和14日龄工蜂的Vg水平无显著变化趋势。

研究结论与意义

本研究首次揭示了Vg在蜜蜂分蜂这一社会性繁殖行为中的关键作用。研究发现，在分蜂前蜂群中，10-14日龄工蜂的Vg水平显著高于非分蜂蜂群中的同龄工蜂，且这一差异在分蜂前3天就已出现。这表明分蜂前蜂群中的中年工蜂出现了生理成熟延迟，保持了更多哺育蜂的特征。

研究人员提出了Vg调节分蜂过程的假设模型：春季花卉资源丰富导致采集蜂收集大量花粉，年轻哺育蜂摄入这些富含蛋白质和脂质的花粉后合成Vg，支持幼虫喂养和群体快速生长。随着群体扩大，巢内拥挤减少蜂王信息素（queen mandibular pheromone, QMP）的传播，刺激蜂王台建造。同时，Vg水平高的工蜂积累导致采集活动减少，更多采集蜂滞留巢内。中年工蜂中持续的高Vg水平通过Vg与JH的负反馈环路，抑制JH滴度上升，延迟向采集蜂的行为转变，确保蜂群保留足够数量的生理年轻工蜂。这些工蜂对分蜂后新蜂群和原蜂群的成功建立至关重要。

Vg的高水平表达为蜂群繁殖适应性带来显著优势。除了为幼虫和蜂王台提供食物外，Vg还增强工蜂的应激抵抗力和细胞免疫力，并在分蜂后的筑巢期作为能量储备。这些功能突显了Vg在蜂群准备分蜂和建立新巢过程中的核心作用。

该研究建立了Vg作为分蜂准备过程上游调控因子和生理标志物的重要地位，为理解个体生理状态与群体水平繁殖行为之间的联系提供了新视角。虽然分蜂最终由环境条件和群体因素触发，但Vg可能在调节支持群体生长和分蜂准备的内部过程中发挥关键作用。未来的研究应直接测定Vg蛋白水平、JH滴度和花粉摄入量，并通过操纵Vg水平或营养状况进一步验证Vg表达与分蜂行为之间的因果关系。