圓唇散白蟻雌性工蟻向補充生殖蟻轉化途徑的研究.pdf

1、白蟻品級發(fā)育的多樣性和可塑性是其社會性的顯著性特征。在散白蟻屬Reticulitermes中，工蟻品級有著非常靈活的可塑能力，工蟻的分化有三種途徑:經歷蛻皮后維持工蟻形狀不變，經歷兩次蛻皮成為完全不育的兵蟻或經歷一次蛻皮成為無翅型補充生殖蟻(apterous neotenic reproductives，NRs)。當巢群分割重組或生殖蟻缺失時，無翅型補充生殖蟻的分化可以延續(xù)巢群的發(fā)展。至今工蟻向補充生殖蟻的轉化只需經歷一次蛻皮的觀點尚未

2、受到質疑。實際上，目前工蟻向補充生殖蟻轉化的機制并不清楚，這種轉化過程是否只經歷一次蛻皮尚未有深入的探討和充足的證據(jù)。本文以圓唇散白蟻Reticulitermes labralis(Hisa)為材料，對工蟻向補充生殖蟻轉化過程中的形態(tài)學變化、卵巢發(fā)育、卵子發(fā)生中的生殖細胞凋亡以及卵母細胞成熟過程中的基因表達進行了研究。研究結果及結論如下:
　　1.首次發(fā)現(xiàn)了圓唇散白蟻雌性工蟻向NRs轉化過程中需要經歷兩次蛻皮，即需要經過前補充生殖

3、蟻(pre-apterous neotenic reproductive，pre-NR)階段，雄性工蟻直接與雌性補充生殖蟻交配，不經歷蛻皮。Pre-NRs是雌性工蟻向NRs分化過程中的一個獨立的齡期，并且有其獨特的形態(tài)特征。老齡雌性工蟻經歷一次蛻皮后形成的pre-NRs，pre-NRs再經歷一次蛻皮后形成NRs。Pre-NRs與工蟻和NRs的形態(tài)特征有顯著性差異，在腹部長度方面，工蟻為1.99±0.02mm，pre-NRs為2.61±0

4、.05mm，NRs為2.85±0.20mm，Pre-NRs較工蟻顯著性增長(P＜0.05)，而pre-NRs與NRs無顯著性差異;第七腹板的長度工蟻為0.24±0.02mm，pre-NR為0.38±0.025mm，NRs為0.5±0.01mm，工蟻、pre-NRs和NRs第七腹板長度隨轉化呈階段性增長，三者之間均存在顯著性差異(P＜0.05)。該結果更深層次的明確了工蟻向補充生殖蟻的轉化過程，為揭示工蟻向補充生殖蟻轉化的機制提供了基礎依

5、據(jù)。
　　2.卵巢從工蟻轉化為pre-NRs后開始生長，但是卵母細胞恢復發(fā)育是從NRs開始的。工蟻轉化為pre-NRs后卵巢雖然顯著性增長，但是卵母細胞的發(fā)育依然被退化的濾泡細胞抑制，表明雌性pre-NRs并不具備生殖能力，只是雌性工蟻向NRs轉化中的過渡階段。Pre-NRs和工蟻的濾泡細胞形態(tài)細長，成退化狀態(tài)，而分化成為NRs后濾泡細胞恢復為柱形形態(tài)，濾泡細胞恢復發(fā)育。工蟻轉變?yōu)閜re-NRs后卵巢顯著增大(P＜0.05)，pr

6、e-NRs轉變?yōu)镹Rs后兩者卵巢大小無顯著性增長，卵巢長度工蟻為0.7±0.04mm、pre-NRs的為1.63±0.02mm，NRs的為1.73±0.09mm。三者的卵母細胞直徑分別為22.83±4.2μm,25.06±5.8μm,和69.55±4.8μm，工蟻與pre-NRs無顯著性差異，與NRs有顯著性差異(P＜0.05)。該結果揭示了工蟻向生殖蟻轉化過程中卵巢形態(tài)學變化以及生殖力抑制和啟動的機理。
　　3.通過細胞凋亡檢測

7、，發(fā)現(xiàn)工蟻維持生殖能力的主要原因是工蟻以退化的濾泡細胞抑制卵母細胞發(fā)育的方式代替了卵母細胞自身的凋亡。盡管工蟻和pre-NRs的濾泡細胞發(fā)生了退化，但是卵母細胞和濾泡細胞并未發(fā)現(xiàn)凋亡。在卵原細胞區(qū)細胞凋亡檢測中，NRs的卵原細胞凋亡程度最少，表明在工蟻蛻皮轉變?yōu)镻re-NRs階段，卵巢中卵原細胞數(shù)量一直處于增長狀態(tài)。只有在NRs中發(fā)現(xiàn)了少數(shù)濾泡細胞和卵母細胞存在凋亡現(xiàn)象，證明了卵子發(fā)生的恢復是在工蟻經歷兩次蛻皮轉變后的NRs階段，而并非

8、pre-NRs階段。本結果表明卵母細胞和濾泡細胞出現(xiàn)凋亡是卵母細胞恢復發(fā)育的標志，pre-NRs卵母細胞受到抑制，因此沒有生殖力，只有成為NRs時才能恢復活性，并發(fā)育成為成熟的卵母細胞。
　　4.通過實時定量PCR，對卵母細胞減數(shù)分裂成熟有關的7個基因在工蟻、pre-NRs和NRs中的相對表達量進行了研究。證明了工蟻向補充生殖蟻轉化的過程中，完全恢復卵母細胞減數(shù)分裂成熟能力的是NRs階段，pre-NRs是卵母細胞恢復減數(shù)分裂能力的

9、過渡階段。其中在2個基因的表達水平上，NRs的表達顯著高于工蟻和pre-NRs(P＜0.05)，工蟻與pre-NRs無顯著性差異，證明工蟻轉化為NRs后卵母細胞恢復減數(shù)分裂成熟能力。在調控促成熟因子(Mature Promoting Factor，MPF)的cyclin dependent kinase1中NRs的表達水平顯著高于工蟻和Pre-NRs，分別約是pre-NRs的34倍，是工蟻的68.3倍;在調控后期促進復合物(anapha

10、se-promoting complex，APC)的cell division cycle protein20homolog基因，在NRs的表達水平分別是工蟻的64.2倍，是pre-NRs的62.7倍。在5個基因表達水平上，工蟻、pre-NRs和NRs三者間都存在顯著性差異，其中NRs表達量最高，工蟻表達量最低，證明了pre-NRs是卵母細胞減數(shù)分裂成熟的過渡狀態(tài):在G2/mitotic-specific cyclin-B3-1ike，

11、NRs的相對表達量約是工蟻的252倍，約是pre-NR的91倍;在2/mitotic-specific cyclin-A-like基因NRs的相對表達量約是工蟻的98.4倍，約是pre-NRs的36.2倍;anaphase-promoting complex subunit CDC26isoform X1的基因中，NRs的相對表達量約是工蟻的4.6倍，約是pre-NR的2.5倍;在aurora kinase A-like和Serine/