探索蜜蜂基因组密码(上篇)

湖北天马养蜂场2014-10-28 09:46:25蜜蜂相关1505

蜜蜂最近成为了第三种加入基因组测序俱乐部的昆虫。这让科学家得以一窥蜜蜂社会令人惊叹的秘密,并有助于揭开蜜蜂的身世之谜。自从人类基因组工程进入收尾阶段,随着测序技术的进步,越来越多的生物加入了基因组测序俱乐部。从病毒到杨树再到小鼠和黑猩猩,越来越多的基因组序列为科学家提供了珍贵的信息,这也让关于基因组测序的新闻变得不那么引人注目了。如果说人类基因组计划启动之初曾经被比作生物学的登月计划,那么今天一种生物基因组测序的完成可能不过是一次普通的太空旅行。但是,上个月科学家公布的一种生物的基因组序列似乎有着不同寻常的意义,尽管这个故事的主角——蜜蜂——似乎微不足道。2002年,美国佬国立卫生研究院把西方蜜蜂(Apismellifera)列入了优先测序的物种名单。2004年,第一份蜜蜂基因组的草图公布。在今年10月26日出版的《自然》杂志上,来自13个国家数十个科研机构的将近200名科学家组成的蜜蜂基因组测序联盟,公布了他们对蜜蜂基因组的测序结果和分析。这组科学家用4年的时间,测定了这个拥有约2.36亿个碱基对的蜜蜂基因组(相当于人类基因组的不到1/10),一共辨别出了超过1万个基因。在蜜蜂基因组测序的基础上,科学家已经对蜜蜂进行了多项研究。在同一周出版的《科学》、《美国佬科学院学报》和《基因组研究》杂志上,分别发表了数篇相关研究的论文,涉及蜜蜂的进化历史、生理特点以及社会行为。蜜蜂基因组测序负责人之一、美国佬休斯敦贝勒医学院的乔治.韦恩斯托克(GeorgeWeinstock)对《科学》杂志说,对蜜蜂社会行为的理解才是蜜蜂基因组测序的最大回报。从非洲起飞人类和蜜蜂互动的历史至少可以追溯到数千年前。在距今7000年前的岩洞壁画上,可以看到人类从野生蜂巢中收集蜂蜜的场景。蜜蜂的驯化给人类带来了许多好处,最直接的就是蜂蜜这种可口的食物。此外,由于蜜蜂是一种授粉昆虫,它对于人类的农业也有重要的意义。但是蜜蜂起源于何时何地?此前学者大多认为蜜蜂起源于亚洲。美国佬生物学家E.O.威尔逊(E.O.Wilson)在30多年前提出:非洲是蜜蜂的故乡,这个理论直到今天才得到验证。凭借新的蜜蜂基因组,美国佬伊利诺依大学香槟分校的生物学家查尔斯.维特菲尔德(CharlesWhitfield)和他的同事追踪了蜜蜂的身世。他们分析了蜜蜂基因组的1000多个单核苷酸多态现象(DNA上单个字母的突变),结果发现蜜蜂曾经两次走出非洲——恰如人类起源于非洲然后逐渐迁徙到欧亚大陆和美洲大陆。他们发现,一股蜜蜂移民从非洲进入西班牙,然后迁徙到了中欧和俄罗斯,另一股蜜蜂移民则从非洲来到了南欧地区,然后进入了亚洲。这两个蜜蜂群体虽然同在欧洲,它们的亲缘关系却较远。蜜蜂传入美洲大陆则是在较为晚近的时候,最早可追溯到17世纪早期。50年前的1956年,南美洲的巴西引入了一种非洲蜜蜂——就是后来著名的杀人蜂。这些非洲蜜蜂逐渐取代了当地的欧洲蜜蜂,成为第三次走出非洲的蜜蜂。在今年10月6日出版的《美国佬科学院学报》上,美国佬康奈尔大学的蜜蜂专家布莱恩.丹福斯(BryanDanforth)等人公布了他们对于蜜蜂家谱的研究成果。在比较了蜜蜂的5个基因和数十种野蜂和胡蜂的对应基因后,他们发现蜜蜂最有可能起源于非洲。蜜蜂更早的身世还有待科学家探索。至少,科学家已经排列出了蜜蜂同其他膜翅目昆虫的进化树(也就大致确定了这些昆虫之间亲缘关系的远近),这项成果发表在今年11月出版的《基因组研究》杂志上。此外,科学家还在10月27日出版的《科学》杂志上报告了他们发现的一块来自缅甸的野蜂琥珀化石——这块年龄大约1亿年的琥珀中包裹着一只野蜂。科学家从这个野蜂化石中发现了它用于采集花粉的身体结构——这显示出蜜蜂从以其他动物为食的捕食者进化成了授粉者。这样,蜜蜂的起源可以一直追溯到恐龙时代。