整合形态学与分子视角探究盗蜜熊蜂的觅食策略恒定性

《Apidologie》：Integrating morphological and molecular perspectives on foraging tactic constancy in a nectar-robbing bumble bee

　　

策略恒定性（tactic constancy）是指个体持续采用特定觅食策略的现象，为将生态相关行为与形态学和神经基因组状态联系起来提供了一个框架。熊蜂（Bombus）可表现出对盗蜜（nectar robbing）的策略恒定性，盗蜜是一种觅食策略，个体通过穿孔绕过花部繁殖结构获取花蜜。尽管盗蜜的生态驱动因素已有研究，但其分子和形态学基础仍完全未知。本研究中，研究人员调查了在Linaria vulgaris上觅食的Bombus bifarius（双色熊蜂）中，策略恒定性是否与体大小和脑转录组差异相关。根据详细的野外观察，研究人员将工蜂划分为次级盗蜜者、正当觅食者或策略转换者，并采集用于体大小测量和全脑RNA测序。体大小与策略相关：正当觅食者平均较大，而盗蜜者较小，转换者居中。对10,633个过滤后基因的差异表达分析揭示了盗蜜者与正当觅食者之间的一小部分差异表达基因，但转换者与其他任何觅食策略之间未检测到转录组差异。总之，这些结果表明觅食策略与体大小相关，同时在盗蜜者与正当觅食者之间观察到适度的全脑转录组信号，为社会昆虫群体中行为特化的机制基础提供了新见解。

动物在多变环境中常表现出行为一致性，即个体在不同时间尺度上重复采用特定行为策略。在传粉生态学中，觅食策略恒定性指个体在连续觅食回合或较长时间内持续使用同一种资源采集策略。盗蜜是一种绕过花部繁殖结构、通过穿孔获取花蜜的觅食策略。熊蜂（Bombus）是常见的盗蜜者，其工蜂常对盗蜜或正当访花表现出强烈的策略恒定性。以往研究多聚焦盗蜜的生态驱动因素，如环境背景、花部形态、访花者群落等，但个体层面的形态学与分子机制几乎未知。熊蜂的体型大小与任务分工有关，但其行为状态的分子特征尚未被检测到。因此，研究人员以落基山生物实验室（RMBL）周边在Linaria vulgaris上觅食的Bombus bifarius工蜂为对象，探讨次级盗蜜、正当觅食和策略转换三种行为是否与体大小及脑转录组差异相关。该研究是首个专门检验体大小与觅食策略关系的研究，也是首次对盗蜜行为进行分子水平分析。

在技术方法上，研究人员在2020和2021年夏季于美国科罗拉多州甘尼森县RMBL三个相距16–23 km的样地采集B. bifarius工蜂。先通过15–60分钟连续观察验证10分钟行为分类的可靠性，确认80%的个体保持单一策略。随后对121只工蜂进行10分钟行为观察，分为恒定次级盗蜜（45只）、恒定正当觅食（56只）和策略转换（20只）。采集后测量前翅第二边缘细胞长度作为体大小指标，并解剖全脑提取RNA进行Illumina NovaSeq双端150 bp测序，共94个样本通过质控（盗蜜34、正当44、转换16）。以Bombus impatiens参考基因组比对定量，用DESeq2进行差异表达分析，并采用贝叶斯多项式逻辑回归检验体大小与行为策略的关联。

研究结果如下。

行为上，在88只用于验证的工蜂中，80%在整个观察期（最长60分钟）保持策略恒定，其中35只恒定正当觅食、35只恒定盗蜜；18只（20%）在观察开始后约2–6分钟（中位数4分钟）内发生策略转换。这支持10分钟观察窗口能可靠代表个体短期策略恒定性。

体大小方面，体大小与觅食策略相关：恒定正当觅食者的平均第二边缘细胞长度最大（2.478±0.020 mm，n=44），转换者居中（2.385±0.052 mm，n=16），恒定盗蜜者最小（2.361±0.026 mm，n=34）。贝叶斯多项式逻辑回归显示，标准化体大小每增加一个标准差，成为盗蜜者而非正当觅食者的相对几率降低约53%（估计值=-0.752，95%后验区间不包含0）；体大小与转换行为也有负相关趋势，但后验区间边际包含0。样地和年份效应不显著。这表明较小工蜂更可能恒定盗蜜，较大工蜂更可能恒定正当觅食。

转录组方面，主成分分析显示三种策略的样本在基因表达谱上广泛重叠，无清晰分离。对10,633个过滤基因的差异表达分析，在控制样地、年份和标准化体大小后，仅在盗蜜者与正当觅食者之间检测到差异表达基因（DEGs）：以p_adj<0.05为阈值共有19个DEGs，加上|log₂FC|≥0.5的保守阈值后得到5个主要DEGs。其中盗蜜者上调的基因为alpha-glucosidase（BIMP16818）和cilia- and flagella-associated protein 70（BIMP21047），下调基因为CYC8 corepressor（BIMP22213）、histone H3（BIMP24705）和alkylglycerol monooxygenase（BIMP24539）。转换者与正当觅食者、盗蜜者之间均无DEGs。此外，体大小作为协变量影响DEG检测：在体大小校正后鉴定出的5个主要DEGs中，去掉体大小后仅CYC8 corepressor在p_adj<0.05下仍差异表达，但其log₂FC绝对值降至0.474。

讨论认为，体大小与策略恒定性之间的关联可能反映力学限制：L. vulgaris花冠下唇瓣和长距使小体型个体难以合法到达花蜜，而