蜜蜂工蜂腿部化学感应基因鉴定及其与哺育行为关联机制研究

本研究针对蜜蜂工蜂如何通过腿部化学感应识别幼虫饥饿信号这一科学问题，通过电生理检测和转录组测序技术，首次系统鉴定了意大利蜜蜂（Apis mellifera）哺育蜂腿部56种化学感应相关蛋白（包括17种OBPs、5种CSPs、6种GRs等），发现高浓度幼虫饥饿信息素ocimene可特异性激活10日龄工蜂腿部电生理响应，揭示了AmelOBP21等关键基因在近距离化学通讯中的功能，为社会性昆虫行为调控机制研究提供新视角。

　　

在昆虫复杂的社会行为中，化学通讯扮演着核心角色。作为典型的社会性昆虫，蜜蜂的工蜂需要精确感知幼虫释放的化学信号以触发哺育行为。虽然触角一直是化学感应研究的焦点，但越来越多的证据表明，昆虫腿部同样分布着丰富的化学感器。然而，蜜蜂腿部在化学感应中的具体作用机制，尤其是与哺育行为相关的分子基础，仍是未解之谜。

山西农业大学的研究团队在《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》发表的研究，首次系统揭示了意大利蜜蜂（Apis mellifera）哺育蜂腿部化学感应基因的组成及其功能特征。研究人员采用电生理检测结合转录组测序技术，发现幼虫饥饿信息素ocimene能特异性激活10日龄哺育蜂腿部的电生理响应，并通过高通量测鉴定了56个候选化学感应基因，包括17个气味结合蛋白（OBPs）、5个化学感应蛋白（CSPs）和6个味觉受体（GRs）等。

关键技术方法包括：对1日龄、10日龄和20日龄工蜂进行电触角电位图（ELG）检测，测试15种化合物（含幼虫信息素ocimene）的响应；采集10日龄哺育蜂前、中、后腿组织进行RNA提取和Illumina测序；通过生物信息学分析鉴定差异表达基因。

ELG响应特征
研究发现ocimene和nonanal能显著激发工蜂腿部电生理响应，其中10日龄哺育蜂前腿对400 μg/μL ocimene的响应最强（0.21±0.02 mV），提示腿部化学感器在近距离感知幼虫饥饿信号中具有特异性。

转录组分析结果
从腿部转录组中鉴定出17个OBPs和5个CSPs呈现显著波动的高表达水平，而嗅觉受体（ORs）、味觉受体（GRs）等跨膜蛋白表达量较低。特别值得注意的是，AmelOBP21、AmelCSP3等基因在三种腿型中均高表达，暗示这些蛋白可能通过结合信息素分子参与信号传递。

关键基因功能预测
研究推测AmelGR3可能介导对糖类物质的感知，AmelIR21可能参与湿度和温度感应，而神经元膜蛋白AmelSNMP1可能协助化学信号转导。这些基因的协同作用构成了哺育蜂识别幼虫需求的分子基础。

该研究首次绘制了蜜蜂哺育蜂腿部化学感应基因图谱，证实腿部不仅是运动器官，更是重要的化学信号感知平台。发现OBPs和CSPs在腿部的高表达颠覆了传统认为这些蛋白主要在触角发挥功能的认知，为理解社会性昆虫行为调控的分子机制提供了新视角。研究建立的实验体系和分析方法，为后续探索昆虫化学感应系统的进化与功能分化奠定了方法学基础。