中国农业大学植保学院周欣、罗诗琦团队揭示蜜蜂幼虫信息素调控蜂群哺育行为的机制

科研动态1周前更新 4bef476e3e32f848

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文章导读

你是否以为蜜蜂哺育幼虫全靠本能，却不知那竟是一场精密的“化学操控”？当饥饿幼虫释放E-β-罗勒烯时，它并非简单乞食，而是直接劫持了哺育蜂大脑中古老的神经开关，强行唤醒其对蛋白质的疯狂渴求。这解释了为何工蜂会不惜代价采集花粉，但更惊人的是，同一套机制竟能同时抑制糖分摄入以维持平衡。这种对古老通路的“演化再利用”，如何彻底颠覆我们对社会性昆虫利他行为的认知？背后的双重调控逻辑，或许藏着解开动物社会起源的关键钥匙。

— 内容由好学术AI分析文章内容生成，仅供参考。

近日，中国农业大学植物保护学院周欣、罗诗琦团队在Science Advances发表研究论文Protein craving links larval signals to food provisioning in honey bees，首次揭示饥饿幼虫释放的挥发性信息素E-β-罗勒烯（EBO）如何通过激活哺育蜂体内保守的神经内分泌通路，精准调控其蛋白质摄入与王浆合成行为。

在高度社会化的蜜蜂群体中，劳动分工与幼虫哺育是维持蜂群生存的基础。幼虫的生长发育离不开充足的蛋白质，但它们自身无法直接取食和消化花粉。在蜂群系统中，哺育蜂必需先自己取食花粉并转化为蜂王浆和工蜂浆，然后喂食给发育中的幼虫。哺育蜂与幼虫的营养互动是蜜蜂社会结构中的关键一环，这一经典的利他行为背后隐藏着一个关键的生物学问题：幼虫如何把自己的营养需求“告诉”哺育蜂，并驱动它们产生采食行为？

幼虫的“饥饿信号”：E-β-罗勒烯

已有研究发现，当蜜蜂幼虫处于饥饿状态、需要营养时，会释放一种叫作E-β-罗勒烯（EBO）的挥发性信息素。有趣的是，这种分子在自然界中通常被植物用来吸引传粉昆虫，而在蜂巢内部则充当了代表“饥饿”的化学信号。本研究发现，仅添加外源EBO即可诱导哺育蜂显著增加花粉取食量。

从神经到行为：激发对蛋白质的“渴望”

本研究进一步证明，EBO并不直接作用于哺育蜂的王浆腺（HPGs），而是远程调控其大脑中的营养感知通路。它首先激活保守的白细胞激肽LK及其受体LKR系统，进而通过PKA-CREB-IRS信号级联上调胰岛素受体底物基因（Irs）的表达。在这一机制驱动下，哺育蜂产生强烈的蛋白质渴求，主动大量取食花粉。

从进食到泌乳：王浆腺的生理响应

大量摄入的花粉为哺育蜂提供了充足的氨基酸底物，促进其王浆腺腺泡膨大发育，腺体内总蛋白及王浆主蛋白含量显著上升。至此，幼虫的化学信号成功转化为哺育蜂合成幼虫食物的生理输出，形成完整的“需求—供给”闭环。

对保守营养响应的创新性再利用：促成蜜蜂社会性的形成

本研究首次在蜜蜂中构建了从“幼虫信息素—工蜂神经信号转导—代谢通路—采食行为—王浆合成”的完整调控链条，回答了饥饿幼虫如何远程驱动哺育蜂执行哺育行为的核心问题。研究发现，幼虫的营养需求并非简单地“命令”哺育蜂喂食，而是通过激活哺育蜂体内保守的“蛋白质渴望”神经通路，将群体层面的社会需求精准转化为个体层面的生理响应与行为输出。

值得注意的是，这一LK/LKR通路在果蝇等非社会性昆虫中控制蛋白质摄取。这一古老的营养响应通路在动物中高度保守，远早于蜜蜂社会性的出现。这表明，蜜蜂复杂的社会哺育行为并非从零演化出一套全新机制，而是对祖先已有的古老营养感知系统进行了“演化再利用”。这一发现为社会行为的演化起源提供了新的理论视角。

有趣的是，该团队在近期的另一项相关研究发现（Li et al. 2026. Insect Biochemistry and Molecular Biology），同样的LK/LKR通路在调控不同营养素时呈现出截然相反的效应：在哺育蜂中，该通路的激活促进了蛋白质的大量摄入，以满足幼虫需求；而在调控蜜蜂自身能量摄取时，该通路却抑制了蔗糖的过度摄入，且EBO信号对糖摄入行为并无影响。进一步的机制研究表明，机械力受体基因Piezo是LK/LKR通路调控糖摄入的关键下游靶基因，介导了摄食终止信号。

这种对蛋白质“促进”、对糖类“抑制”的双向调控能力，揭示了LK/LKR系统在蜜蜂营养稳态中的复杂角色：它既能响应幼虫信号驱动蛋白质渴求，又能防止个体因过量摄糖而打破能量平衡，为理解同一神经通路如何实现对不同营养素的差异化调控提供了新视角。值得关注的是，在该团队前期对我国及周边地区343个东方蜜蜂群体的全基因组分析中（Ji et al. 2020. Science Advances），Lkr基因在几乎所有独立分化的周边种群中都反复受到了正选择。结合近期对LKR的双重营养调控功能的新发现，自然蜜蜂种群中的演化规律和选择信号提示：LKR介导的营养调控策略在蜜蜂适应多样化生境的过程中很可能发挥了关键作用。

中国农业大学植物保护学院周欣教授和罗诗琦副教授为论文通讯作者，博士研究生李振芳为第一作者。已毕业的硕士研究生吴亚帅，博士研究生刘佳铭，已出站的博士后杨成凤，博士研究生王帅，已毕业的硕士研究生黄敏为论文做出了重要贡献。

本研究得到了国家科技部重点研发计划（2023YFD2201804），国家自然科学基金（32000343），中国农业大学2115人才培育发展支持计划以及深圳市质兰公益基金（2024070031B）的资助。感谢华南师范大学的李胜教授、中国农业大学的杜娟教授、张俊争副教授、刘晨曦副教授提出的建设性建议。感谢中国科学院西双版纳热带植物园的谭垦研究员和汪正威研究员在蜜蜂采样和实验设置方面提供的帮助。感谢中国农业大学的楼慧强教授、傅静雁教授、张立伟教授、曹勤红副教授，以及首都师范大学的杨美玲教授在实验工作中提供的支持。