Uncovering the novel characteristics of Asian honey bee, Apis cerana, by whole genome sequencing

Genomic features of A. cerana

Sequencing and assembly

Wykonaliśmy sekwencjonowanie całego genomu azjatyckiej pszczoły miodnej przy użyciu siedmiu trutni pochodzących z jednej rodziny. Ponieważ pszczoła miodna ma haplodiploidalny system kojarzenia, samce (trutnie) są haploidalne, a samice (robotnice i królowe) są diploidalne. Aby zminimalizować możliwe zanieczyszczenie obcymi genomami, takimi jak bakterie i wirusy, przed sekwencjonowaniem wyeliminowaliśmy tkanki jelita środkowego z poszczególnych pszczół trutni. Biblioteki sekwencji genomowych zostały skonstruowane z połączenia krótkich odczytów (500 bp) i dwóch dłuższych bibliotek insertów (3 i 10 Kb), przy użyciu technologii sekwencjonowania Illumina (152-krotne pokrycie) (Tabela 2). Asemblacja składała się z 2,430 rusztowań o całkowitej długości 228 Mb, które pokrywały 96% szacowanego rozmiaru genomu (238 Mb). Ogólne informacje dotyczące złożenia genomu przedstawiono w Tabeli 3. Rozmiar N50 rusztowania wynosił 1,421 kb (Tabela 3), znacznie dłuższy niż rozmiar N50 rusztowania znaleziony w początkowym i ostatnio poprawionym asemblacji A. mellifera (359 kb i 997 kb, odpowiednio Amel_4.0 i Amel_4.5; Dodatkowy plik 1: Tabela S1) . Aby ocenić dokładność rusztowań, porównaliśmy genomy A. mellifera i A. cerana w celu zidentyfikowania syntenii genomowej (plik dodatkowy 1: Rysunek S1). Wyniki ujawniły kilka rusztowań A. cerana i chromosomu 3 A. mellifera, które wykazywały synteniczne relacje bez rearanżacji na dużą skalę. Dodatkowo stwierdziliśmy, że genom mitochondrialny A. mellifera (NCBI GQ162109, ) i jeden kontig A. cerana wykazują wysokie podobieństwo sekwencji, ~99% (plik dodatkowy 1: Rysunek S2). Kontig ten, obejmujący cały genom mitochondrialny A. cerana, ma 15 915 bp i zawiera 13 genów kodujących białka (plik dodatkowy 1: Figura S3). Wszystkie informacje o sekwencji zostały złożone w NCBI .

Zawartość guaniny plus cytozyny (GC)

Zespół A. cerana zawiera 30% GC (Tabela 3), podobnie jak średnia zawartość GC u A. mellifera (33%). Ponadto, sześć gatunków mrówek (Linepithema humile, Camponotus floridanus, Pogonomyrmex barbatus, Solenopsis invicta, Atta cephalotes i Acromyrmex echinatior) ma podobną zawartość GC, wahającą się od 33% do 38% . Z kolei Drosophila melanogaster (42%), Nasonia vitripennis (42%) i Harpegnathos saltator (45%) mają wyższą zawartość GC w porównaniu z A. cerana. Według badań porównawczych dwóch gatunków mrówek, C. floridanus i H. saltator, organizmy o bardziej złożonych cechach społecznych mogą mieć genomy AT-biased .

Relative AT bias correlates with DNA methylation, as DNA methyltransferases (Dmnts) are almost entirely targeted to cytosine residues followed by guanines in the 5′ to 3′ orientation (CpG dinucleotides). Metylocytozyna ma tendencję do mutowania w tyminę (T), a zatem stopniowe gromadzenie się mutacji, które przekształcają dinukleotydy CpG w dinukleotydy TpG, prowadzi do powstania genomów bogatych w AT. W szczególności, znormalizowane wartości CpG obserwowane/oczekiwane (CpG o/e) mają negatywny związek z poziomami metylacji DNA. Metylacja DNA jest jednym z głównych elementów regulacji epigenetycznej i pełni funkcjonalną rolę w regulacji ekspresji genów u kręgowców i owadów. W przeciwieństwie do genomów kręgowców, które są pozbawione dinukleotydów CpG, większość owadów błonkoskrzydłych, w tym A. cerana (1,61), A. mellifera (1,65), C. floridanus (1,58), H. saltator (1,49) i N. vitripennis (1,35), wykazuje wysoki poziom CpG o/e w swoich genomach. Innym intrygującym odkryciem jest to, że znormalizowane wartości CpG o/e w sekwencjach kodujących białka u A. cerana wykazały dwumodalny rozkład, podobnie jak u A. mellifera (Rysunek 1, plik dodatkowy 1: Rysunek S4) i mszycy grochowej Acyrthosiphon pisum. Co ciekawe, udokumentowano, że dwie odrębne klasy genów pełnią różne funkcje, z których geny o niskiej zawartości CpG są głównie zaangażowane w funkcje porządkowe, a geny o wysokiej zawartości CpG są zaangażowane w rozwój. Stwierdziliśmy, że geny reprezentowane w klasach low-CpG są związane z procesami metabolicznymi, regulacją transkrypcji i translacji. W przeciwieństwie do tego, geny o wysokim CpG reprezentowały kategorie GO, które są specyficzne dla funkcji biologicznych.

Genom A. cerana, A. mellifera i A. pisum kodują pełny zestaw białek metylacji DNA (Dmnts), ale, zgodnie z ostatnim odkryciem, kilka owadów posiada pełny zestaw Dnmts bez żadnego uderzającego wzoru zubożenia kodujących egzonów. Tak więc ta cecha genomowa może nie być gatunkowo specyficzna, ale mechanizmy regulacji epigenetycznej mogą być konserwowane u obu gatunków pszczół miodnych.

Elementy reperetywne

Zespół A. cerana zawierał 6,48% (14,79 Mb) elementów repetytywnych, składających się z 3,58% (8,16 Mb) prostych powtórzeń i 1,95% (4,44 Mb) powtórzeń z przeplotem (Dodatkowy plik 1: Tabela S2). Siedemdziesiąt pięć elementów powtórzonych specyficznych dla A. cerana znaleziono przy użyciu programu do wyszukiwania powtórzeń de novo, RepeatModeler (wersja 1.0.7). Ponieważ asemblacja genomu A. cerana zawierała 9,79% N, założyliśmy, że sekwencje powtarzalne w obecnej asemblacji mogą być niedoszacowane. W porównaniu z A. mellifera, w A. cerana nadreprezentowane były jedynie długie terminalne elementy powtarzalne, które stanowiły 0,1% (218 kb) genomu, w porównaniu z 0,02% (49,6 kb) u A. mellifera. Z kolei w genomie A. cerana nie wykryto długich elementów interspersyjnych i krótkich elementów interspersyjnych. W genomie A. mellifera występowały one z częstotliwościami odpowiednio 0,04% (83,1 kb) i 0,03% (70 kb). Transpozony DNA stanowią 0,11% (247 kb) genomu A. cerana i 0,57% (1,34 Mb) genomu A. mellifera. Elementy transpozycyjne Mariner, odkryte po raz pierwszy u muszki owocowej, występują u wszystkich gatunków pszczół miodnych. Genom zachodniej pszczoły miodnej, A. mellifera, zawierał wiele kopii transpozonów marinera, od AmMar1 do AmMar6. Z kolei genom A. cerana zawierał ortologi AmMar1 i AmMar3-6, ale nie znaleziono ortologa AmMar2. Jest to zgodne ze spekulacją, że AmMar1 i AmMar2 zostały przeniesione do genomu A. mellifera stosunkowo niedawno .

Ale analizy powtórzeń w całym genomie wymagają dalszych badań, wyniki tego badania wykazały uderzającą redukcję elementów transpozycyjnych (TE) i retrotranspozonów w genomie A. cerana w porównaniu z A. mellifera. Brak TE jest jedną z głównych cech genomu pszczoły miodnej, w porównaniu z innymi sekwencjonowanymi błonkówkami. Niektóre dowody sugerują, że zachowania pielęgnacyjne i higieniczne u organizmów eusocjalnych ograniczają wstawianie TE z obcych genomów. Jednakże, zarówno społeczne jak i niespołeczne genomy owadów błonkoskrzydłych, w tym siedmiu mrówek i parazytoida Nasonia, zostały zsekwencjonowane i zawierają one znacząco różne ilości powtarzających się elementów, stanowiących od 11% do 28% genomu. Dlatego zachowania higieniczne nie są jedynym czynnikiem wpływającym na akumulację elementów powtarzalnych w genomach.

Analiza zestawu genów A. ceranagene

Ze względu na ograniczone dane dotyczące znaczników sekwencji wyrażonych (ESTs) i komplementarnych DNA (cDNAs) dostępnych dla A. cerana, ustanowiliśmy potok anotacji genów przy użyciu wielu danych dowodowych (Tabela 4). Po pierwsze, wygenerowaliśmy 213,327 transkryptów obejmujących 515,809,639 bp przy użyciu montażu de novo z 68 Gb odczytów RNA-seq A. cerana. Po drugie, dane RNA-seq zostały wyrównane do sekwencji rusztowań, co dało 31 027 modeli genów reprezentujących 96 495 948 bp. Po trzecie, przeprowadziliśmy obliczeniową predykcję genów na podstawie informacji o sekwencji rusztowania, co pozwoliło na wygenerowanie 24 579 genów obejmujących 18 397 306 bp. Wykorzystaliśmy również sekwencje genów A. mellifera zebrane z National Center for Biotechnology Information Reference Sequence Database (NCBI RefSeq, ) jako model do uzyskania opartej na homologii anotacji genów. Następnie połączyliśmy wszystkie przewidywane modele genów za pomocą programu MAKER, aby wygenerować pierwotny zestaw genów. Wszystkie geny zostały wyszukane w nieredundantnej bazie danych NCBI przy użyciu BLASTX. Na koniec, ręcznie sprawdziliśmy, czy nie ma brakujących genów, genów częściowych lub genów rozdzielonych. Geny chemoreceptorów, w tym receptorów smakowych (Grs), receptorów zapachowych (Ors) i receptorów jonotropowych (Irs), zostały dokładniej zbadane przy użyciu analizy funkcjonalnych domen sekwencji. Ostatecznie 10 651 genów zostało zanotowanych jako oficjalny zestaw genów (OGS) A. cerana, OGS wersja 1.0 (Tabela 4), z czego około 84% genów zostało zanotowanych w nieredundantnej bazie danych NCBI, a 70% w bazie danych Uniprot . Ogólnie, całkowita liczba genów w A. cerana OGS v1.0 była porównywalna z liczbą w A. mellifera OGS v1.0 (10,157 genów). Liczba ta jest jednak mniejsza niż w aktualnym wydaniu genomu A. mellifera, OGS v3.2 (15 314 genów; Tabela 5) .

Klasyfikowaliśmy geny według funkcji używając baz danych ontologii genów (GO) i Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ; 6,338 genów (60%) miało więcej niż jeden termin GO, a 1,696 enzymów zostało skategoryzowanych do 125 ścieżek (dodatkowe pliki 2 i 3). Ujawniono tu kilka interesujących szlaków molekularnych, które mogą reprezentować mechanizmy molekularne specyficzne dla pszczoły miodnej. Na przykład, biosynteza kwasów tłuszczowych, metabolizm glutationu i szlaki cytochromu P450 mogą być zaangażowane w rozpoznawanie partnera w gnieździe i detoksykację pestycydów (plik dodatkowy 1: Rysunek S5). Powierzchnia pszczoły miodnej składa się z kwasów tłuszczowych i węglowodorów, które odzwierciedlają tożsamość, a pszczoły strażniczki rozpoznają te związki, aby odróżnić członków kolonii od intruzów. Analizy KEGG wykazały, że klasy enzymów zaangażowanych w biosyntezę kwasów tłuszczowych są wspólne dla A. cerana i A. mellifera, a A. cerana ma mniej enzymów detoksykacyjnych w porównaniu do muchy i komara, ale podobną liczbę do A. mellifera. Udział pestycydów w globalnej utracie kolonii A. mellifera jest nadal kwestią kontrowersyjną, ale dane wskazują, że A. mellifera jest niezwykle wrażliwa na różne insektycydy. Co ciekawe, kolonie A. cerana nie wykazały podobnych poziomów upadku jak A. mellifera, ale może to być wyjaśnione przez inne różnice, które mogą zmniejszyć ekspozycję na pestycydy, takie jak częste zachowania związane z ucieczką, mała architektura gniazda i żerowanie w regionach o dużej wysokości .

Geny unikalne dla A. cerana i ortologiczne dla pszczoły miodnej

Aby zbadać, czy nieortologiczne geny są związane z cechami biologii A. cerana, porównaliśmy trzy owady błonkoskrzydłe, Apis mellifera (społeczne), Apis cerana (społeczne), Nasonia vitripennis (niespołeczne), i jednego owada z rodziny błonkówek, Drosophila melanogaster (niespołeczne) poprzez grupowanie oparte na ortologii. Spośród 2182 unikalnych genów w A. cerana (rysunek 2), większość istotnie wzbogaconych terminów GO była zaangażowana w połączenie nerwowo-mięśniowe, proces nerwowo-mięśniowy, regulację rozwoju organów mięśniowych, różnicowanie komórek mięśniowych i rozwój tkanki mięśniowej (p < 0,05, plik dodatkowy 4). A. cerana ma wyższą częstotliwość uderzeń skrzydeł (306 uderzeń / s) w porównaniu do A. mellifera (235 uderzeń / s) i szybkie, gwałtowne i nieprzewidywalne wzorce lotu, dlatego niektóre z wzbogaconych białek zaangażowanych w ruch mięśni mogą odpowiadać za specyficzne wzorce lotu A. cerana . Przyszłe badania powinny być przeprowadzone w celu wyjaśnienia tej zależności.

Naturalnie, związane z sygnalizacją neuronową GO-termy, w tym rozpoznawanie neuronów, aktywność receptora sygnalizacyjnego, transmembranowy szlak sygnalizacyjny receptora, szlak sygnalizacyjny jonotropowego receptora glutaminianu i aktywna transmembranowa aktywność transportera, które są ściśle związane z odbiorem chemosensorycznym i sygnalizacją chemiczną, były również wzbogacone (p < 0.05) w unikalnym zestawie genów A. cerana (plik dodatkowy 4). Geny zaangażowane w sygnalizację chemiczną ewoluowały bardzo szybko, szczególnie u organizmów eusocial . Procesy sygnalizacji neuronalnej odgrywają główną rolę w komunikacji społecznej w społeczeństwie pszczół miodnych. A. cerana wykazuje szereg zachowań na poziomie grupy, odmiennych od A. mellifera, w tym unikalne zachowania obronne przeciwko szerszeniom. Pszczoły stróżujące A. cerana podnoszą odwłok i drżą lub trzepoczą, wytwarzając feromony alarmowe, gdy szerszenie zbliżają się do ula. Dodatkowe badania są wymagane w celu ustalenia, czy molekularne mechanizmy regulacyjne znalezione unikalnie w A. cerana mogą być odpowiedzialne za te unikalne społeczne zachowania obronne.

Ponieważ A. mellifera i A. cerana zróżnicowały się niedawno, postawiliśmy hipotezę, że będą ortologi białek zachowane w obu gatunkach pszczół miodnych, które wyjaśniają wspólne cechy pszczół miodnych. W sumie zidentyfikowano 1061 białek A. cerana, których ortologi występują u A. mellifera, ale nie u żadnego innego gatunku niespołecznego. Te ortologi zostały sklasyfikowane z GO-terminami „sensoryczna percepcja zapachu” (p < 1.75E-04) i „sensoryczna percepcja bodźca chemicznego” (p < 7.55E-04), które są kluczowymi cechami dla komunikacji społecznej i interakcji fizycznej. Ponadto, GO-term „aktywność transportera węglowodanów” (p < 1.87E-02), który opisuje wykrywanie węglowodorów kutikularnych , oraz „regulacja krótkoterminowej neuronalnej plastyczności synaptycznej” (p < 2.21E-02) i „aktywność transmembranowego receptora sygnalizacyjnego” (p < 3.04E-02), które są zaangażowane w sygnalizację neuronalną podczas interakcji społecznych, były również wzbogacone w ortologi wspólne dla dwóch gatunków pszczół miodnych (Dodatkowy plik 1: Tabela S3).

Rodzina genów hemoreceptorów

Chemoreceptory odgrywają ważną rolę w komunikacji i zachowaniach społecznych, częściowo poprzez pośredniczenie w wykrywaniu sygnałów chemicznych od kolegów z gniazda. Główne grupy genów chemoreceptorów obejmują receptory smakowe (Grs), receptory zapachowe (Ors) i receptory jonotropowe (Irs). U owadów społecznych, takich jak mrówki i pszczoły miodne, komunikacja chemiczna jest kluczowa dla utrzymania kolonii i współpracy. Tutaj scharakteryzowaliśmy 10 nowych Grs, 119 nowych Ors i 10 nowych Irs w genomie A. cerana. Wzorce ekspresji genów, zbadane przy użyciu danych RNA-seq, ujawniły, że anotowane geny chemoreceptorów były dobrze zorganizowane i porównywalne z genami A. mellifera i N. vitripennis, chociaż były nieco niedoreprezentowane w porównaniu z genomem A. mellifera .

Rodzina receptorów smakowych

Rodzina receptorów smakowych odgrywa ważną rolę w smaku i jest używana do zbierania nektaru i pyłku dla energii i opieki nad czerwiami . W społeczeństwie pszczół miodnych, członkowie kolonii mają podział pracy i wykonują różne zadania. Pszczoły karmicielki opiekują się czerwiami i królową, a także sprzątają wnętrze gniazda. Pszczoły zbieraczki zbierają pożywienie lub żywicę z zewnątrz i przynoszą je do ula. Obwodowa i wewnętrzna regulacja ekspresji genów Gr jest zaangażowana w to przejście behawioralne .

Według Robertsona i Wannera , zachodnia pszczoła miodna, A. mellifera ma 13 Grs (H. M. Robertson, komunikacja osobista), niewielką liczbę w porównaniu z muszką owocową D. melanogaster (68 Grs, ), komarem Aedes aegypti (79 Grs, ), pasożytniczą osą N. vitripennis (58 Grs, ) i mrówką Linepithema humile (116 Grs, ). Podobnie jak u A. mellifera, w genomie A. cerana zidentyfikowano 10 genów Gr. Zostały one nazwane na podstawie ich ortologii do genów Grs A. mellifera (AmGrs). Wszystkie zidentyfikowane Gr u A. cerana wykazywały proste ortologiczne relacje z Grs u A. mellifera, a AcGr1, 2, 3, 6, 7, 9 i 10 miały również ortologów u N. vitripennis (plik dodatkowy 1: Rysunek S6). Dane te wskazują, że geny Gr są wysoce konserwowane wśród gatunków błonkoskrzydłych. Podobnie jak w przypadku repertuaru Gr u A. mellifera, geny AcGr1 i AcGr2 były umiejscowione w rozszerzonych liniach do receptorów cukrowych u D. melanogaster, w tym DmGr5a, DmGr61a i DmGr64a/f (Figura 3A). Ponadto AcGr3 dzielił klad z DmGr43a, który funkcjonuje jako receptor fruktozy na peryferiach i czujnik składników odżywczych w mózgu Drosophila (Figura 3A) . W przeciwieństwie do nich, linie AcGr6, 7, 9, 10 i X nie wykazywały widocznych związków z DmGr, co sugeruje, że mogą one być unikalne dla pszczoły miodnej. Receptory smaku gorzkiego również wydają się być utracone w genomie A. cerana, co może być związane z ewolucją preferencji kwiatowych u pszczoły miodnej w porównaniu z innymi owadami społecznymi, takimi jak mrówka, u których receptory gorzkie są zachowane. Dodatkowo, ortologi receptorów dwutlenku węgla (CO2) z Drosophila, Gr21a i Gr63a, nie były obecne w genomie A. cerana, podobnie jak u A. mellifera. Jednakże, pszczoły miodne są znane z wykrywania CO2, co wskazuje, że mogły one wyewoluować nowe mechanizmy molekularne podobne do mechanizmu wykrywania kwasów u Drosophila dla wykrywania wysokich stężeń CO2. Częściowe sekwencje ortologów A. cerana Gr4 i Gr5 zostały zlokalizowane przy użyciu przeszukiwania TBLASTN. Ortolog Gr8 nie mógł być znaleziony w genomie A. cerana.

Wzorce ekspresji ortologów Gr u A. cerana i A. mellifera zostały określone przez analizę względnej ekspresji genów (Figura 3B). Zaskakująco, wzorce ekspresji ortologów Gr pomiędzy tymi dwoma gatunkami pszczół miodnych były różne. Kandydackie receptory cukrowe, Gr1 i Gr2, ulegały wyższej ekspresji u A. cerana w porównaniu do A. mellifera (Rysunek 3B), co sugeruje, że A. cerana może mieć większą zdolność do wyczuwania cukrów. Podobnie, Gr5 i Gr7 ulegały wysokiej ekspresji u A. cerana w porównaniu do A. mellifera. Z kolei Gr3, 6, 9 i 10 ulegały wyższej ekspresji u A. mellifera w porównaniu do A. cerana. Gr4 i GrX nie zostały wykryte w transkryptomie antenki A. cerana (dane nie pokazane), co sugeruje, że Gr4 i GrX mogą ulegać ekspresji na niewykrywalnym poziomie lub w innych tkankach, takich jak język czy nogi. Przyszłe badania funkcjonalne nad Grs mogą ujawnić różnice w odczuwaniu smaku i regulacji wewnętrznej między gatunkami.

Rodzina receptorów zapachowych

Receptory zapachowe owadów odgrywają ważną rolę w rozpoznawaniu sygnałów środowiskowych oraz komunikacji między- i wewnątrzgatunkowej. Pszczoły miodne wykorzystują receptory zapachowe w różnych kontekstach, w tym w rozpoznawaniu krewnych, nawigacji żywieniowej i wykrywaniu feromonów. Jednakże, pomimo znaczenia receptorów zapachowych, brakuje funkcjonalnej identyfikacji Ors u pszczół miodnych w porównaniu z innymi owadami modelowymi, w tym gatunkami much i komarów.

W genomie A. cerana zidentyfikowano 119 AcOrs, w tym kilka 5′- lub 3′- częściowych sekwencji zawierających domenę receptora zapachowego. Nazwaliśmy A. cerana Ors według pozycji sekwencji w rusztowaniach. Większość AcOrs nie była równomiernie rozłożona na rusztowaniach, ale skupiała się w kilku miejscach w genomie. Na przykład, skupiska 37 Ors, 15 Ors i 17 Ors znajdowały się odpowiednio na rusztowaniach 3, 103 i 139 (plik dodatkowy 1: Rysunek S7). U A. mellifera największy tandemowy układ 60 Ors znaleziono na chromosomie 2. Ta ekspansja Ors sugeruje, że doszło do nierównomiernego crossing-over przez sąsiadujące geny. Duża liczba paralogów Or wskazuje na zróżnicowaną rolę rozpoznawania odorantów w społeczeństwie pszczoły miodnej, takich jak mieszaniny feromonów, węglowodory kutykularne i kwiatowe koktajle zapachowe. Ponieważ A. mellifera i A. cerana zdywersyfikowały się niedawno, wysunięto hipotezę, że może istnieć synteza pomiędzy klastrami Or. Regiony chromosomu 2 A. mellifera z zachowaniem mikrosyntenii zostały zidentyfikowane poprzez porównanie rozmieszczenia genów Or w genomie A. cerana z genomem A. mellifera. Zgodnie z hipotezą, znaleziono konserwowaną mikrosyntezę i wyraźne ortologi A. cerana Ors do A. mellifera Ors (Figura 4C, plik dodatkowy 5), co sugeruje, że paralogi Or pszczoły miodnej są skupione w konserwowanych regionach genomu.

Owady posiadają szereg zmiennych Ors, które tworzą chaperon z receptorem węchowym (Orco) in vivo. W obecnym badaniu, A. cerana Or5 dzielił ortologię z owadzimi Orco, w tym D. melanogaster Or83b, N. vitripennis Or1 i A. mellifera Or2 (Rysunek 4A). Ogólnie rzecz biorąc, zidentyfikowane AcOrs wykazywały proste związki ortologiczne z AmOrs, takie jak 1:1, 1:2 i 1:3 (AcOrs : AmOrs).

Pośród 177 A. mellifera Ors, AmOr11 został funkcjonalnie scharakteryzowany jako receptor feromonów królowej reagujący na kwas 9-oxo-2-decenowy (9-ODA). W naszym badaniu AcOr30 wykazał ortologię 1:1 do AmOr11 z 98,7% identycznością (plik dodatkowy 1: Rysunek S7), sugerując, że komponenty feromonów królowej mogą być konserwowane pomiędzy A. mellifera i A. cerana.

Dane transkryptomu ujawniły, że homologi Or są różnie wyrażane pomiędzy A. cerana i A. mellifera (Rysunek 4B). Czterdzieści cztery homologi Or były silniej wyrażone u A. mellifera, a 56 homologów Or było silniej wyrażonych u A. cerana. Różne wzorce ekspresji potwierdzają tezę, że sekwencje kodujące są dobrze zachowane wśród homologów Or, ale ich sekwencje promotorowe mają różne motywy regulacyjne. Dane te sugeruj±, że te dwa gatunki pszczół miodnych wyrażaj± różne spektra zapachowe. W szczególności, siedem AcOrs (AcOr21, 38, 40, 45, 56, 58 i 116) ulegało ekspresji tylko u A. cerana, co wskazuje na funkcje specyficzne dla A. cerana. Badania funkcjonalne z wykorzystaniem heterologicznych systemów ekspresji są potrzebne do lepszego zrozumienia różnych funkcji Ors u pszczół miodnych.

Rodzina receptorów jonotropowych

Ostatnio nowa rodzina receptorów chemosensorycznych, rodzina receptorów jonotropowych (Ir), została zidentyfikowana u D. melanogaster. Irs w D. melanogaster stanowią odrębne i rozbieżne podrodziny jonotropowych receptorów glutaminianowych (iGluRs). Sześćdziesiąt sześć homologów Ir zostało zidentyfikowanych w D. melanogaster, a 16 ulegało ekspresji specyficznie w antenach. Sugeruje to, że Irs należą do dwóch podgrup: konserwowanych Irs antenalnych i gatunkowo zróżnicowanych Irs. Podgrupy te reprezentuj± odpowiednio klasy Ors i Grs. W przeciwieństwie do Ors, które reagują szeroko na alkohole, ketony i estry, Irs reagują głównie na kwasy, aminy i dwutlenek węgla, które mogą być fizjologicznie ważne u wielu gatunków owadów. Chociaż funkcje tych receptorów nie są jeszcze znane, Irs mogą mieć bardziej ogólne funkcje w wykrywaniu substancji chemicznych środowiska, w tym odorantów i smaków .

Liczba zidentyfikowanych Irs u owadów wzrasta , a duża komplementacja Irs została opisana w kompletnych genomach czterech gatunków błonkoskrzydłych: A. mellifera (10 Irs), N. vitripennis (10 Irs), L. humile (32 Irs) i P. barbatus (24 Irs) . W tym badaniu, w genomie A. cerana znaleziono 10 homologów Ir (Rysunek 5A). Porównanie sekwencji i analizy filogenetyczne Irs z D. melanogaster i A. mellifera zidentyfikowały putatywne ortologi konserwatywnych Irs w genomie A. cerana: Ir8a, Ir25a, Ir68a, Ir75a, Ir76a i Ir93a. Zgodnie z oczekiwaniami, w genomie A. cerana zidentyfikowano wysoce konserwatywnych ortologów antenalnych Irs. Wyniki te potwierdzają hipotezę, że ekspresja antenalnych ortologów Ir była zachowana przez ponad 350 mln lat od momentu rozdzielenia się owadów błonkoskrzydłych i pszczołowatych. Inne Ir u A. cerana, o niskim podobieństwie do ortologów receptorów innych owadów, wydają się być specyficzne dla pszczoły miodnej. Te Irs mog± być wykorzystywane do rozpoznawania gatunków, w tym kandydatów na receptory węglowodorów kutykularnych i receptory feromonów czerwiu. Jednakże wzorce ekspresji dla ogromnej większości Irs nie są znane i nie zidentyfikowano ligandów dla Irs pszczoły miodnej. W tym badaniu profile ekspresji AcIr były różne u A. mellifera i A. cerana (Rysunek 5B). Ich funkcje i ewolucyjne podstawy różnorodności pozostają do zbadania.