真社会性昆虫是最具代表性的表型可塑性的研究对象之一,其个体之间分工协作的社会性生活方式增强了整个群体的环境适应性和繁殖力.真社会性昆虫虽然具有相同的遗传背景,个体之间却表现出明显的品级分化和个体分工,这是由环境和遗传共同影响的.表观遗传被认为是应对环境条件下重塑基因表达的主要机制,非编码RNA作为一类广泛参与机体生命活动的不编码蛋白的功能性RNA,在真社会性昆虫的品级分化、个体分工等方面起着重要的调控作用.本文从微小RNA、长链非编码RNA、环状RNA、与PIWI蛋白相作用的RNA等非编码RNA,对蜜蜂、蚂蚁及白蚁等真社会性昆虫的非编码RNA调控机制研究进展进行了综述,以加深对真社会性昆虫内在遗传分子基础的理解和认识,也为害虫防治领域提供新的研发视角.

爪哇虫草菌是广谱性虫生真菌,具有防治膜翅目社会性昆虫红火蚁Solenopsis invicta的生防潜能.为探究蚁巢弃尸堆中携菌虫体在侵染循环链的关键作用,探讨腐生条件下爪哇虫草Cordyceps javanica响应寄主的分子致病机制,本研究通过向培养基添加冷冻干燥的虫尸粉进行诱导,对诱导前后的菌丝孢子混合体进行转录组测序分析.结果表明,与纯培养条件相比,菌株经虫尸粉诱导后发掘新基因1912个,有379个得到功能注释.显著差异表达基因有242个,上调表达基因111个,下调表达基因131个;GO富集分析表明,生物学过程的代谢过程和细胞过程、细胞组分的细胞结构体及分子功能中参与催化活性和结合相关的基因可能在爪哇虫草响应寄主过程中发挥了重要作用;KEGG分类和富集分析表明,代谢过程分类的色氨酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、糖酵解/糖原异生和乙醛酸和二羧酸酯代谢,遗传信息过程分类的碱基切除修复和内质网的蛋白质加工,环境信息过程分类的ABC转运蛋白和丝裂原活化蛋白激酶信号通路,细胞过程分类的自噬和过氧物酶体通路是爪哇虫草的主要代谢途径.随机筛选8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证,这些基因的表达模式与转录组数据分析结果基本一致.本研究结果表明,爪哇虫草在适应腐生环境过程中与氨基酸代谢和能量代谢相关的基因活跃,这可能是其在垂直和水平扩散过程中需维持侵染力,为自身提供营养并转化为能量和中间产物等物质所致.

真社会性昆虫,如膜翅目(Hymenoptera)的蜜蜂、蚂蚁和黄蜂,以及蜚蠊目(Blattodea)的白蚁,尽管在一个群体中遗传背景和遗传基础一致,但它们在形态、行为及生活史上具有显著的多样性.大多数真社会性昆虫表现出不同的级型结构和寿命分化,在这些结构中王后往往比职虫的寿命更长,且繁殖能力仅由一个或几个王后拥有,而其他群体成员只能充当职虫.然而,在某些物种中,级型结构具有一定的可塑性,个体可以根据特定的环境线索从一个级型或行为表型切换到另一个级型或行为表型.由于不同的级型之间通常有共同的遗传背景,因此真社会性昆虫群体内的多样性很大程度上是由个体之间的基因转录差异造成的.这就意味着以修饰基因表达而不改变基因序列本身为特征的表观遗传机制可能在真社会性昆虫中发挥着重要作用.已有的证据表明,DNA/RNA甲基化、组蛋白翻译后修饰和非编码RNA等表观遗传调控机制在级型结构、寿命分化和衰老等多个方面影响真社会性昆虫.本文对这些表观遗传调控机制及其在昆虫中不同作用的研究进展进行了综述,以加深对真社会性昆虫起源及其行为演化的理解和认识.未来表观遗传调控机制可在抗衰老药物的研发、衰老相关疾病的治疗、减缓生物体的衰老进程等方面有潜在的应用价值.

西方蜜蜂Apis mellifera作为真社会性昆虫,是人类认知行为研究的理想模式生物之一.正常蜂群中工蜂有着年龄依赖性的行为转变,成年蜂一般在出房后3周内主要从事巢内工作,之后工蜂行为渐渐转向巢外采集工作,其中最重要的是采集蜜粉等.工蜂这种从巢内工作转向巢外工作的行为转变与多种因素有关,本文从蜂群自身社会环境、工蜂体内生理和基因(包括mRNA和microRNA)的表达变化等方面详细概述了工蜂哺育蜂和采集蜂行为转变研究进展,为深入探究影响蜜蜂行为转变的调控因子及机制提供理论背景.

蜜蜂是整个大自然生态系统中不可或缺的一部分,能有效地为多种植物和农作物授粉.蜜蜂是典型的真社会性昆虫,其生殖劳动分工现象有重要进化意义.而级型分化是导致劳动分工的一个重要因素,蜜蜂级型分化现象的机理研究已成为目前重要的研究热点之一.本文对近年来蜜蜂级型分化机理方面的研究进展进行了综述.国内外很多学者从营养、激素、基因表达、蛋白质和表观遗传等方面对蜜蜂级型分化机理进行了研究.蜂王浆中富含的57 kDa、蜂王幼虫期充足的食物量以及蜂王幼虫期高滴度的保幼激素(JH)和蜕皮激素(MA)等都可促进蜂王卵巢的发育以及诱导蜂王表型产生;而工蜂浆中富含的双香豆酸可诱使工蜂表型的产生.近年研究表明,表皮生长因子受体(Egfr)、胰岛素受体底物基因(Irs)、雷帕霉素基因(Tor)和甲基转移酶3(Dnmt3)等基因均可影响蜂王和工蜂的分化;蛋白质表达谱分析表明,不同时间点的蜂王幼虫和工蜂幼虫表达的差异蛋白质很多;表观遗传分析表明,DNA甲基化、microRNAs以及组蛋白乙酰化均是导致蜂王和工蜂级型分化的因素.此外,发育空间和蜂王浆均可通过调控基因的DNA甲基化水平影响蜜蜂幼虫的级型分化.

昆虫菌业(fu ngicultu re)是一种类似于人类种植业的昆虫种植体系,包括种植、耕作、收获和营养依赖4个过程,可分为高级的社会性昆虫如切叶蚂蚁、白蚁等和低级的非社会性昆虫如食菌小蠹虫、卷叶象甲、蜥蜴甲虫、树蜂等,它们均能种植并取食真菌.近年来随着组学及微生物组技术的发展,植菌昆虫与其共生真菌协同进化的分子机制研究方面取得了重要进展.系统发育分析阐明了植菌昆虫的起源与进化历程,并显示出与共生真菌系统发育的一致性;共生真菌细胞核数量也从双核增加到最多17个核,而染色体倍型也从单倍体增加为二倍体甚至多倍体;组学分析则揭示了植菌昆虫与其共生真菌在精氨酸、碳水化合物、木质素及几丁质合成或降解等方面显示出了高度的协同进化.本文系统综述了植菌昆虫及其共生真菌的系统进化、核进化及基因组进化进展,并探讨这种协同进化机制的生物学意义.

[目的]逃离危险对集群生活的动物来说是一项重要挑战.白蚁是真社会性昆虫,群体密度较大.因此,白蚁可能进化出了特殊的策略集体逃离危险情境.[方法]本研究比较了实验室条件下台湾乳白蚁Coptotermes formosanus工蚁在不同形状容器(没有出口的圆形和方形容器)的逃遁行为,并调查了在有出口的情况下,台湾乳白蚁工蚁从圆形容器边缘、方形容器直角处和方形容器直角边中间的撤离效率.[结果]在没有出口的情况下,受惊的台湾乳白蚁立即移动到圆形或方形容器的边缘区域并沿着容器的壁移动.然而,在方形容器的直角处,逃遁的台湾乳白蚁工蚁形成明显的堵塞(直角附近的白蚁密度显著高于其他区域,而移动速度显著低于其他区域的白蚁).当容器上有出口时,大部分台湾乳白蚁工蚁分散在容器边缘,因此在出口位置周围未发现明显的堵塞.有趣的是,台湾乳白蚁工蚁逃出有出口的圆形容器的时间与从出口在直角附近的方形容器的无显著差异,但其从出口在直角边中间的方形容器的逃出时间更长.[结论]研究结果表明容器形状与出口位置均对台湾乳白蚁工蚁的逃遁行为与撤离效率造成影响.此外,白蚁使用了特殊的策略来避免多见于其他群居动物(如人类、小鼠等)的"快即慢"效应.由于白蚁工蚁没有视觉,研究白蚁的逃遁策略可为人群如何高效撤离可视度较低的危险环境提供启示.

[目的]本研究旨在探究尖唇散白蚁 Reticuliternes aculabialis胚胎在不同发育阶段的变化特征.[方法]每日收集尖唇散白蚁的卵,并固定其胚胎发育状态,采用DAPI染剂对白蚁胚胎进行染色,通过激光共聚焦扫描显微镜观察记录尖唇散白蚁胚胎在不同发育阶段的形态特征.[结果]在25℃下尖唇散白蚁胚胎发育过程历经25～30 d,按照发育特征将其划分为12个阶段.胚胎发育早期,卵黄细胞均匀分布在卵内部,卵内细胞核向卵的中间浓缩,在细胞到达卵的后表面时形成浓缩的囊胚细胞作为胚盘;胚胎发育中期,胚胎开始进行"反转型"的囊胚运动,头部和前后轴从后极到前极反转,胚带出现明显的"双弯"结构.胚胎发育中后期,胚胎变宽,内部器官逐渐开始发育,出现明显的伸长与分节;胚胎发育后期,附肢发育明显,内部器官发育成熟.[结论]尖唇散白蚁胚胎发育过程历经12个阶段,属于短胚带型,胚带出现"双弯"结构,发育中期经历两次囊胚反转.本研究为真社会性昆虫白蚁的胚胎发育过程提供了形态学和生物学依据.