Underökning av nya egenskaper hos det asiatiska honungsbiet Apis cerana genom sekvensering av hela arvsmassan

Genomiska egenskaper hos A. cerana

Sekvensering och sammansättning

Vi har utfört sekvensering av hela arvsmassan hos det asiatiska honungsbiet med hjälp av sju drönare som härstammar från en enda koloni. Eftersom honungsbiet har ett haplodiploid parningssystem är hanar (drönare) haploida och honor (arbetare och drottningar) diploida. För att minimera eventuell kontaminering från främmande genomer, t.ex. bakterier och virus, avlägsnade vi vävnader i mellangärdet från de enskilda drönarbina före sekvenseringen. Genomiska sekvensbibliotek konstruerades med en kombination av korta läsningar (500 bp) och två längre insättningsbibliotek (3 och 10 Kb) med hjälp av Illumina-sekvenseringsteknik (152-faldig täckning) (tabell 2). Samlingen bestod av 2 430 scaffolds med en total längd på 228 Mb, vilket täckte 96 % av den uppskattade genomstorleken (238 Mb). Allmän information om genomsamlingen presenteras i tabell 3. N50-storleken på ställningarna var 1 421 kb (tabell 3), vilket är mycket längre än N50-storleken på ställningarna i de ursprungliga och nyligen förbättrade sammansättningarna av A. mellifera (359 kb och 997 kb, Amel_4.0 respektive Amel_4.5; Additional file 1: Table S1) . För att utvärdera noggrannheten hos scaffolds jämförde vi genomet hos A. mellifera och A. cerana för att identifiera genomisk syntes (Additional file 1: Figur S1). Resultaten visade flera scaffolds av A. cerana och kromosom 3 av A. mellifera som uppvisade synteniska relationer utan storskaliga omarrangemang. Dessutom fann vi att det mitokondriella genomet hos A. mellifera (NCBI GQ162109, ) och en kontig hos A. cerana hade hög sekvenslikhet, ~99 % (Additional file 1: Figur S2). Denna contig, som täcker hela A. ceranas mitokondriella arvsmassa, är 15 915 bp och innehåller 13 proteinkodande gener (Additional file 1: Figur S3). All sekvensinformation lämnades in i NCBI .

Innehållet av guanin plus cytosin (GC)

Den A. cerana innehåller 30 % GC (tabell 3), vilket liknar det genomsnittliga GC-innehållet hos A. mellifera (33 %). Dessutom har sex myrarter (Linepithema humile, Camponotus floridanus, Pogonomyrmex barbatus, Solenopsis invicta, Atta cephalotes och Acromyrmex echinatior) liknande GC-innehåll som sträcker sig från 33 % till 38 % . Drosophila melanogaster (42 %), Nasonia vitripennis (42 %) och Harpegnathos saltator (45 %) har däremot högre GC-innehåll jämfört med A. cerana. Enligt jämförande studier av två myrarter, C. floridanus och H. saltator, kan organismer med mer komplexa sociala egenskaper ha AT-biaserade genomer .

Relativ AT-bias korrelerar med DNA-metylering, eftersom DNA-metyltransferaser (Dmnts) nästan helt och hållet är riktade mot cytosinrester som följs av guaniner i 5′ till 3′-orienteringen (CpG-dinukleotider). Metylcytosin tenderar att mutera till tymin (T), och den gradvisa ackumulationen av mutationer som omvandlar CpG-dinukleotider till TpG-dinukleotider leder därför till AT-rika genomer . I synnerhet har normaliserade observerade/förväntade CpG-värden (CpG o/e) ett negativt förhållande till nivåerna av DNA-metylering . DNA-metylering är en av de viktigaste delarna av den epigenetiska regleringen och har en funktionell roll i regleringen av genuttryck hos ryggradsdjur och insekter . I motsats till genomet hos ryggradsdjur, som saknar CpG-dinukleotider, uppvisar de flesta hymenopteriska insekter, däribland A. cerana (1,61), A. mellifera (1,65), C. floridanus (1,58), H. saltator (1,49) och N. vitripennis (1,35), höga nivåer av CpG o/e i sina genom. En annan intressant upptäckt är att det normaliserade CpG o/e-värdet i proteinkodande sekvenser hos A. cerana uppvisade en bimodal fördelning, i likhet med A. mellifera (figur 1, Additional file 1: figur S4) och ärtbladlusen Acyrthosiphon pisum. Det är intressant att två olika klasser av gener dokumenteras för att utföra olika funktioner , där gener med låga CpG-värden huvudsakligen är involverade i hushållsfunktioner och gener med höga CpG-värden är involverade i utvecklingen. Vi fann att gener som representerar låga CpG-klasser kategoriseras med metaboliska processer samt transkriptions- och translationsreglering. Däremot representerade gener med hög CpG-klass GO-kategorier som är specifika för biologiska funktioner.

Den genomiska arvsmassan hos A. cerana, A. mellifera och A. pisum kodar för fullständiga komplement av DNA-metyleringsproteiner (Dmnts) , men enligt en ny upptäckt har flera insekter en fullständig uppsättning Dnmts utan något påfallande utarmningsmönster av kodande exoner . Denna genomiska egenskap är alltså kanske inte artspecifik, men mekanismerna för epigenetisk reglering kan vara bevarade hos båda honungsbiarterna.

Repetitiva element

A. cerana bestod av 6,48 % (14,79 Mb) repetitiva element, som bestod av 3,58 % (8,16 Mb) enkla repetitioner och 1,95 % (4,44 Mb) interspenderade repetitioner (Additional file 1: Table S2). Sjuttiofem A. cerana-specifika upprepningselement hittades med hjälp av RepeatModeler (version 1.0.7), ett program för att hitta upprepningar de novo. Eftersom A. cerana-genomsamlingen innehöll 9,79 % N:s antog vi att repetitiva sekvenser i den nuvarande samlingen kan vara underskattade. I jämförelse med A. mellifera var endast långa terminala repetitiva element överrepresenterade i A. cerana, vilka utgjorde 0,1 % (218 kb) av genomet, jämfört med 0,02 % (49,6 kb) i A. mellifera. Däremot upptäcktes inte långa interspridda element och korta interspridda element i A. ceranas genom. Båda hittades i A. melliferas genom med en frekvens på 0,04 % (83,1 kb) respektive 0,03 % (70 kb). DNA-transposoner utgör 0,11 % (247 kb) av A. cerana-genomet och 0,57 % (1,34 Mb) av A. mellifera-genomet. Mariner transposable elements, som först upptäcktes i fruktflugan, har påträffats hos alla honungsbiarter. Genomet hos det västerländska honungsbiet, A. mellifera, innehöll flera kopior av marinertransposoner, från AmMar1 till AmMar6. Däremot innehöll A. cerana-genomet ortologer av AmMar1 och AmMar3-6, men AmMar2-ortologen hittades inte. Detta stämmer överens med spekulationen att AmMar1 och AmMar2 överfördes till A. mellifera-genomet relativt nyligen .

Och även om analyser av upprepningar över hela genomet måste undersökas ytterligare, visade resultaten av denna studie en slående minskning av transposabla element (TE) och retrotransposoner i A. cerana-genomet jämfört med A. mellifera. Bristen på TE:s är ett av de viktigaste kännetecknen för honungsbinas genom jämfört med andra sekvenserade Hymenoptera . Vissa bevis tyder på att putsning och hygieniska beteenden hos eusociala organismer minskar införandet av TEs från främmande genomer . Både sociala och icke-sociala hymenoptera-insektsgenom, inklusive sju myror och parasitoiden Nasonia, har dock sekvenserats, och de innehåller betydligt olika mängder repetitiva element som utgör 11-28 % av genomet . Därför är hygieniskt beteende inte den enda faktor som påverkar ackumuleringen av repetitiva element i genomer.

Analys av A. ceranagensetet

På grund av begränsade data om uttryckta sekvenstaggar (EST) och komplementära DNA (cDNA) som finns tillgängliga för A. cerana, upprättade vi en pipeline för genannotering med hjälp av data från flera bevis (tabell 4). Först genererade vi 213 327 transkript som täcker 515 809 639 bp med hjälp av en de novo-assemblering från 68 Gb RNA-seq-avläsningar från A. cerana. För det andra anpassades RNA-seq-data till scaffold-sekvenser, vilket resulterade i 31 027 genmodeller som representerade 96 495 948 bp. För det tredje utförde vi beräkningsmässig genprediktion baserad på informationen om scaffoldsekvenserna, vilket genererade 24 579 gener som täckte 18 397 306 bp. Vi använde också A. mellifera-gensekvenser som samlats in från National Center for Biotechnology Information Reference Sequence Database (NCBI RefSeq, ) som modell för att få homologibaserad genannotering. Därefter slog vi samman alla förutspådda genmodeller med hjälp av programmet MAKER för att generera en primär genuppsättning. Alla gener söktes med NCBI:s icke-redundanta databas med hjälp av BLASTX. Slutligen kontrollerade vi manuellt om det saknades gener, delgener eller separerade gener. Kemoreceptorgener, inklusive gustatoriska receptorer (Grs), luktreceptorer (Ors) och jonotropa receptorer (Irs), undersöktes noggrannare med hjälp av analyser av funktionella sekvensdomäner. Slutligen annoterades 10 651 gener som den officiella genuppsättningen (OGS) för A. cerana, OGS version 1.0 (tabell 4), varav cirka 84 % av generna annoterades med NCBI non-redundant database och 70 % annoterades i Uniprot-databasen . Totalt sett var det totala antalet gener i A. cerana OGS v1.0 jämförbart med antalet gener i A. mellifera OGS v1.0 (10 157 gener). Antalet är dock mindre än den nuvarande versionen av A. mellifera-genomet, OGS v3.2 (15 314 gener; tabell 5) .

Vi klassificerade gener efter funktion med hjälp av databaserna för genontologi (GO) och Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ; 6 338 gener (60 %) hade mer än en GO-term och 1 696 enzymer kategoriserades i 125 vägar (tilläggsfiler 2 och 3). Här avslöjades flera intressanta molekylära vägar som kan representera honungsbi-specifika molekylära mekanismer. Till exempel kan biosyntesen av fettsyror, glutationmetabolismen och cytokrom P450-vägarna vara involverade i erkännandet av bohästkompisar och avgiftning av bekämpningsmedel (tilläggsfil 1: figur S5) . Honungsbinas yta består av fettsyror och kolväten som återspeglar identiteten, och vaktbin känner igen dessa föreningar för att skilja kolonimedlemmar från inkräktare . KEGG-analyser visade att klasser av enzymer som är involverade i biosyntesen av fettsyror delas mellan A. cerana och A. mellifera, och A. cerana har färre avgiftningsenzymer jämfört med fluga och mygga men liknande antal som A. mellifera. Hur bekämpningsmedel bidrar till de globala koloniförlusterna av A. mellifera är fortfarande en kontroversiell fråga, men uppgifter tyder på att A. mellifera är ovanligt känslig för olika insekticider . Intressant nog har kolonier av A. cerana inte uppvisat liknande nivåer av kollaps som A. mellifera, men detta kan förklaras av andra skillnader som kan minska exponeringen för bekämpningsmedel, t.ex. frekventa flyktbeteenden, små boarkitekturer och födosökande i höghöjdsregioner .

Gener som är unika för A. mellifera. ceranaoch ortologer till honungsbin

För att undersöka om icke-ortologiska gener är förknippade med egenskaper hos A. ceranas biologi jämförde vi tre hymenopteriska insekter, Apis mellifera (social), Apis cerana (social), Nasonia vitripennis (icke-social), och en dipterisk insekt, Drosophila melanogaster (icke-social) genom ortologibaserad klusterbildning. Bland 2 182 unika gener i A. cerana (figur 2) var de flesta av de signifikant berikade GO-termerna involverade i neuromuskulär korsning, neuromuskulär process, reglering av muskelorganets utveckling, muskelcellsdifferentiering och muskelvävnadsutveckling (p < 0,05, Additional file 4). A. cerana har en högre frekvens av vingslag (306 slag/s) jämfört med A. mellifera (235 slag/s) och snabba, impulsiva och oförutsägbara flygmönster, varför några av de anrikade proteiner som är involverade i muskelrörelse kan förklara A. ceranas specifika flygmönster . Framtida studier bör utföras för att dissekera detta förhållande.

Noterbart är att neurala signalrelaterade GO-termer, inklusive neuronerkännande, signalreceptoraktivitet, signalväg för transmembranreceptorer, signalväg för jonotropa glutamatreceptorer och aktiv transmembrantransportörsaktivitet, som är nära besläktade med kemosensorisk mottagning och kemisk signalering, också var anrikade (p < 0.05) i den unika genuppsättningen för A. cerana (Additional file 4). Gener som är involverade i kemisk signalering har utvecklats snabbt, särskilt hos eusociala organismer . Neurala signalprocesser spelar en viktig roll för att förmedla social kommunikation i honungsbi-samhället. A. cerana uppvisar ett antal beteenden på gruppnivå som skiljer sig från A. mellifera, inklusive ett unikt försvarsbeteende mot getingar. A. cerana vaktbin höjer sin buk och skakar eller fladdrar och producerar larmferomoner när getingar närmar sig kupan . Ytterligare forskning krävs för att fastställa om molekylära regleringsmekanismer som finns unikt hos A. cerana kan vara ansvariga för dessa unika sociala försvarsbeteenden.

Med tanke på att A. mellifera och A. cerana nyligen har divergerat antog vi att det skulle finnas proteinortologer som är bevarade i båda honungsbiarterna och som förklarar de gemensamma egenskaperna hos honungsbin. Totalt 1 061 A. cerana-proteiner identifierades med ortologer i A. mellifera men inga andra icke-sociala arter. Dessa ortologer kategoriserades med GO-termerna ”sensory perception of smell” (p < 1,75E-04) och ”sensory perception of chemical stimulus” (p < 7,55E-04), som är avgörande egenskaper för social kommunikation och fysisk interaktion . Dessutom har GO-termen ”carbohydrate transporter activity” (p < 1.87E-02), som beskriver detektion av kutikulära kolväten , och ”regulation of short-term neuronal synaptic plasticity” (p < 2.21E-02) och ”transmembrane signaling receptor activity” (p < 3.04E-02), som är involverade i neuronal signalering under social interaktion, var också berikade i ortologer som delas av de två honungsbiarterna (Additional file 1: Table S3).

Chemoreceptor genfamiljen

Chemoreceptorer spelar viktiga roller i kommunikation och sociala beteenden, delvis genom att förmedla detektering av kemiska signaler från boföreningar . Större grupper av kemoreceptorgener omfattar gustatoriska receptorer (Grs), luktreceptorer (Ors) och jonotropa receptorer (Irs) . Hos sociala insekter, t.ex. myror och honungsbin, är den kemiska kommunikationen avgörande för kolonihållning och samarbete . Här har vi karakteriserat 10 nya Grs, 119 nya Ors och 10 nya Irs i A. cerana-genomet. Genuttrycksmönster, som undersöktes med hjälp av RNA-seq-data, visade att de annoterade kemoreceptorgenerna var välorganiserade och jämförbara med dem hos A. mellifera och N. vitripennis, även om de var något underrepresenterade jämfört med A. mellifera-genomet .

Den gustatoriska receptorfamiljen

Den gustatoriska receptorfamiljen spelar en viktig roll för smaken och används för att samla in nektar och pollen för att få energi och för att sköta yngel . I honungsbi-samhället har kolonimedlemmarna arbetsfördelning och utför olika uppgifter. Amningsbin tar hand om ynglen och drottningen, och de städar inne i boet. Föragerbina samlar in mat eller kåda utifrån och tar med sig den till kupan. Perifer och intern reglering av Gr-genuttrycket är involverad i denna beteendeövergång .

Enligt Robertson och Wanner har det västerländska honungsbiet, A. mellifera, 13 Grs (H. M. Robertson, personlig kommunikation), ett litet antal jämfört med fruktflugan D. melanogaster (68 Grs, ), myggan Aedes aegypti (79 Grs, ), den parasitoida getingen N. vitripennis (58 Grs, ) och myran Linepithema humile (116 Grs, ). I likhet med A. mellifera identifierades 10 Gr-gener i A. ceranas genom. De namngavs utifrån deras ortologi till A. mellifera Grs (AmGrs). Alla identifierade Grs i A. cerana uppvisade enkla ortologiska relationer med Grs i A. mellifera, och AcGr1, 2, 3, 6, 7, 9 och 10 hade också ortologer i N. vitripennis (Additional file 1: Figur S6). Dessa data tyder på att Gr-gener är mycket bevarade bland hymenoptera-arter. I likhet med A. mellifera Gr-repertoaren placerades AcGr1 och AcGr2 i expanderade linjer till sockerreceptorer hos D. melanogaster, inklusive DmGr5a, DmGr61a och DmGr64a/f (figur 3A) . Dessutom delade AcGr3 en klad med DmGr43a, som fungerar som en fruktosreceptor i periferin och en näringssensor i hjärnan hos Drosophila (figur 3A) . Däremot visade AcGr6, 7, 9, 10 och X-linjerna inga uppenbara släktskap med DmGrs, vilket innebär att de kan vara unika för honungsbiet. Bittera smakreceptorer tycks också ha gått förlorade i A. ceranas genom, vilket kan vara relaterat till evolutionen av blompreferens hos honungsbiet jämfört med andra sociala insekter, t.ex. myran, där bittra receptorer är bevarade . Dessutom fanns inte ortologer till Drosophilas koldioxidreceptorer (CO2), Gr21a och Gr63a, i A. cerana-genomet, vilket liknar A. mellifera. Honungsbin är dock kända för att upptäcka koldioxid, vilket tyder på att de kan ha utvecklat nya molekylära mekanismer som liknar den syraavkänningsmekanism som finns i Drosophila för att upptäcka höga koldioxidkoncentrationer . Partiella sekvenser av A. cerana Gr4- och Gr5-ortologer hittades med hjälp av TBLASTN-sökningar. En ortolog till Gr8 kunde inte hittas i A. ceranas genom.

Expressionsmönster för Gr-ortologer i A. cerana och A. mellifera fastställdes med hjälp av relativa genuttrycksanalyser (figur 3B). Överraskande nog var uttrycksmönstren för Gr-ortologer mellan de två honungsbiarterna olika. Kandidat-sockerreceptorer, Gr1 och Gr2, uttrycktes i högre grad i A. cerana jämfört med A. mellifera (figur 3B), vilket tyder på att A. cerana kan ha en större förmåga att känna av sockerarter. På samma sätt uttrycktes Gr5 och Gr7 i hög grad i A. cerana jämfört med A. mellifera. Gr3, 6, 9 och 10 däremot uttrycktes i högre grad hos A. mellifera jämfört med A. cerana. Gr4 och GrX upptäcktes inte i antennens transkriptom hos A. cerana (data visas inte), vilket innebär att Gr4 och GrX kan uttryckas i odetekterbara nivåer eller i andra vävnader, t.ex. tunga eller ben. Framtida funktionella studier av Grs kan avslöja skillnader i smaksensorer och intern reglering mellan arterna.

Luktämnesreceptorfamiljen

Luktämnesreceptorer hos insekter spelar viktiga roller i miljösignaligenkänning och kommunikation mellan och inom arterna . Honungsbin använder luktreceptorer i olika sammanhang, bland annat för att känna igen släktingar, navigera med föda och upptäcka feromoner . Trots luktreceptorernas betydelse saknas dock funktionell identifiering av Ors hos honungsbin jämfört med andra modellinsekter, inklusive flug- och myggarter .

I A. cerana-genomet identifierades 119 AcOrs, inklusive ett fåtal 5′- eller 3′-partiella sekvenser som innehåller luktreceptordomänen. Vi namngav A. cerana Ors efter sekvenspositioner i scaffolds. De flesta AcOrs var inte jämnt fördelade över scaffolds, utan var grupperade på några få platser i genomet. Till exempel fanns kluster av 37 Ors, 15 Ors och 17 Ors på scaffold 3, 103 respektive 139 (Additional file 1: Figur S7). I A. mellifera hittades den största tandemgruppen med 60 Ors på kromosom 2 . Denna expansion av Ors innebär att ojämlik crossing-over av angränsande gener förekom. Det stora antalet Or-paraloger tyder på olika roller för luktämnesigenkänning i honungsbi-samhället, t.ex. feromonblandningar, kutikulära kolväten och blomluktcocktails . Eftersom A. mellifera och A. cerana nyligen har skiljt sig åt har man antagit att det kan finnas syntes mellan Or-klustren. Regioner av A. mellifera kromosom 2 med mikrosyntesbevarande identifierades genom att man jämförde Or-genarrangemanget i A. cerana-genomet med A. mellifera-genomet. I enlighet med hypotesen hittades bevarad mikrosyntes och tydliga ortologer av A. cerana Ors till A. mellifera Ors (figur 4C, Additional file 5), vilket tyder på att honungsbinas Or-paraloger är grupperade i bevarade genomiska regioner .

Insekter har ett antal variabla Ors, som bildar en chaperon med luktreceptorns co-receptor (Orco) in vivo. I den aktuella studien delade A. cerana Or5 ortologi med insekts Orcos inklusive D. melanogaster Or83b, N. vitripennis Or1 och A. mellifera Or2 (figur 4A). Sammantaget visade identifierade AcOrs enkla ortologiska relationer med AmOrs, såsom 1:1, 1:2 och 1:3 (AcOrs : AmOrs).

Av 177 A. mellifera Ors karakteriserades AmOr11 funktionellt som en feromonreceptor för drottning som reagerar på 9-oxo-2-decenonsyra (9-ODA) . I vår studie visade AcOr30 en 1:1-ortologi till AmOr11 med 98,7 % identitet (Additional file 1: Figur S7), vilket innebär att komponenter för drottningferomon kan vara bevarade mellan A. mellifera och A. cerana.

Transkriptomdata avslöjade att Or-homologer uttrycks differentiellt mellan A. cerana och A. mellifera (Figur 4B). Fyrtiofyra Or-homologer uttrycktes i högre grad hos A. mellifera och 56 Or-homologer uttrycktes i högre grad hos A. cerana. Olika uttrycksmönster stöder idén att kodningssekvenser är välkonserverade bland Or-homologer, men att deras promotorsekvenser har olika regleringsmotiv. Dessa uppgifter innebär att de två honungsbiarterna uttrycker olika doftspektrum. Specifikt sju AcOrs (AcOr21, 38, 40, 45, 56, 58 och 116) uttrycktes endast i A. cerana, vilket tyder på funktioner som är specifika för A. cerana. Funktionella studier med hjälp av heterologa uttryckssystem behövs för att bättre förstå Ors olika funktioner hos honungsbin.

Den jonotropa receptorfamiljen

Nyligen identifierades en ny familj av kemosensoriska receptorer, den jonotropa receptorfamiljen (Ir), i D. melanogaster. Irs i D. melanogaster utgör distinkta och divergerande underfamiljer av jonotropa glutamatreceptorer (iGluRs) . Sextiosex homologer av Ir har identifierats i D. melanogaster, och 16 uttrycktes specifikt i antenner . Detta tyder på att Irs tillhör två undergrupper: bevarade Irs för antenner och artspecifika divergerande Irs. Dessa undergrupper utgör klasser av Ors respektive Grs . Till skillnad från Ors, som reagerar brett på alkoholer, ketoner och estrar, reagerar Irs främst på syror, aminer och koldioxid, som kan vara fysiologiskt viktiga hos många insektsarter . Även om funktionerna hos dessa receptorer ännu inte är kända, kan Irs ha en mer allmän funktion vid detektering av miljökemikalier, inklusive luktämnen och smaker .

Antalet identifierade Irs hos insekter ökar , och ett stort komplement av Irs har beskrivits i de kompletta genomerna hos fyra hymenoptera-arter: A. mellifera (10 Irs), N. vitripennis (10 Irs), L. humile (32 Irs) och P. barbatus (24 Irs) . I den här studien hittades 10 homologer av Irs i A. cerana-genomet (figur 5A). Genom sekvensjämförelser och fylogenetiska analyser av Irs med D. melanogaster och A. mellifera identifierades förmodade ortologer av bevarade Irs i A. cerana-genomet: Ir8a, Ir25a, Ir68a, Ir75a, Ir76a och Ir93a. Som förväntat identifierades mycket bevarade ortologer av Irs i antennerna i A. cerana-genomet. Dessa resultat stöder hypotesen att antennernas uttryck av ortologer av Ir har bevarats under mer än 350 mya sedan dipteranerna och hymenoptererna skiljdes åt. Andra Irs i A. cerana med låg likhet med ortologer av andra insektsreceptorer verkar vara specifika för honungsbin. Dessa Irs kan användas för artspecifikt igenkännande, inklusive kandidater för cuticulära kolväte-receptorer och receptorer för yngelferomon. Uttrycksmönster för den stora majoriteten av Irs är dock okända och inga ligander för honungsbinas Irs har identifierats. I den här studien var AcIr-uttrycksprofilerna olika hos A. mellifera och A. cerana (figur 5B). Deras funktioner och evolutionära grund för mångfalden återstår att undersöka.

Immunrelaterade gener

Honungsbin är ovärderliga modeller för att studera social försvarsdynamik och individuella molekylära och beteendemässiga försvarsmekanismer . Till skillnad från A. mellifera är A. cerana inte mottaglig för det ektoparasitiska kvalstret Varroa destructor, en av de viktigaste vektorerna för bi-patogener. Däremot har A. cerana lidit mycket av virus- och bakteriesjukdomar under de senaste åren . Enligt en färsk rapport har mer än 90 % av de asiatiska honungsbikolonierna kollapsat på grund av infektion med Sacbroodvirus (SBV) i Korea . Många asiatiska länder har också drabbats av en nedgång i A. cerana-kolonier av flera skäl. De molekylära försvarsmekanismerna hos A. cerana är dock fortfarande okända. Därför undersökte vi immungener som finns i A. ceranas genom genom att jämföra genominformation med andra sekvenserade insektsgenom .

Med hjälp av flera TBLASTN-sökningar identifierades 160 ortologer av immungener i A. cerana och ytterligare 11 gener upptäcktes genom manuell annotering. Alla viktiga vägar identifierades i A. cerana, inklusive komponenter i Toll-, Imd-, Jak/Stat- och JNK-vägarna. FADD, Dredd och Kenny, komponenterna i Imd-systemet och Pelle i Toll-systemet upptäcktes inte i A. cerana-genomet (figur 6). Det totala antalet gener för det medfödda immunförsvaret i A. cerana liknar andra sociala Hymenoptera (Additional file 1: Table S4), och de flesta immungener i A. cerana hade högre sekvenslikhet med A. mellifera jämfört med andra sekvenserade insektsarter. Detta kan förklaras av bevarandet av det medfödda immunsystemet mellan A. cerana och A. mellifera. Eusociala insekter har ytterligare sociala immunsystem, t.ex. rengöringsbeteenden (hygieniskt beteende, putsning och företagande), värmeskydd (A. mellifera saknar detta beteende) och antibiotisk boarkitektur (hartsamling), vilket kan bidra till att minska exponeringen för patogener .

Förra studier tyder på att fler antimikrobiella proteiner kodas i A. ceranas genom jämfört med A. mellifera. Faktum är att defensiva peptider, inklusive giftiga peptider, i A. cerana uttrycks starkare än hos A. mellifera. Dessutom visar vissa rapporter att A. cerana har ett unikt starkt beteendeförsvar, t.ex. hygieniskt beteende och groomingbeteende. Sammantaget tyder dessa uppgifter på att A. cerana, genom en kombination av utarbetade molekylära och beteendemässiga mekanismer, kan ha ett effektivare socialt försvarssystem jämfört med A. mellifera. Funktionella studier av immungener kommer att ge information om kunskapen om A. cerana-specifika sjukdomsbekämpningsmetoder och utgöra en värdefull modell för jämförande studier av sociala insekters immunsystem.