女王蜂的抉擇

蜜蜂如何決定子代的性別?

撰文/鄭靜琪

蜜蜂是組織嚴謹的社會性昆蟲,一個蜂群王國是由一隻女王蜂領導300~400隻雄蜂和數萬隻工蜂組織而成,各司其職。體型最大的女王蜂負責產卵,牠會選擇與體力最強的雄蜂交配。女王蜂只要與一隻雄蜂交配,吸取雄蜂的儲精囊,便可終生產卵,一生約可產下100萬顆卵,其中沒有受精的卵會孵化成雄蜂,而受精卵則孵化成日後擔任工蜂角色的雌峰。

人類的性別是由X、Y性染色體來決定,有兩條X染色體的是女性,男性則各有一條X、Y染色體。而像蜜蜂這種群居性的膜翅目動物,其性別決定基因就沒這麼簡單了。由於蜜蜂生產大量蜂蜜,一旦蜜蜂遭受環境污染物的影響,便可能大幅影響人類的農業經濟,因此蜜蜂基因組的定序計畫被視為重要的研究。


為何蜜蜂是依其卵的受精與否來決定性別?這個人類困惑了長達150年的謎題,經由基因組揭密,終於有了初步的解答。8月下旬,由美國國家人類基因組研究院主持的蜜蜂基因組計畫,終於完成了定序的工作,而德國及美國的研究者也已經找出決定蜜蜂性別的遺傳訊息。


德國馬丁路德大學的貝伊(Martin Beye)、哈席爾曼(Martin Hasselmann)和美國加州大學戴維斯分校的昆蟲學家佩奇(Robert Page)、芬卓克(Kim Fondrk)等人,在8月22日出版的《細胞》期刊中指出,他們找到了稱做「性別決定互補因子」(complementary sex determiner, csd)的蜜蜂基因,這個基因包含有19個對偶基因。為什麼稱為性別決定互補因子呢?因為雌峰身上帶有csd基因的兩個複本,而雄蜂只有一個。


研究者發現,雌峰的這兩個csd基因複本,分別來自父親與母親,兩個複本會合力製造出一種具有活性的蛋白質,能夠誘使受精卵發育成雌性;而未受精的蜂卵只含有來自母親的csd,缺乏有活性的蛋白質,因此長成雄蜂。


研究人員針對csd的四種對偶基因序列進行研究,發現它們之間有很大的差別。此外科學家也發現,同一個對偶基因可以在雄蜂和雌峰體內都出現,表示並沒有特定的對偶基因是雄性獨有或雌性獨有,而是csd複本數目才能決定性別。

科學家發現,蜂卵產下後的12個小時,csd基因會開始活化,並在發育過程中持續表現。如果研究人員用RNA干擾方法抑制csd基因的活性,雌性卵就會長成雄蜂,而相同的方法用於雄卵則不會產生任何效果。


人們從小蹲在地上觀察螞蟻、蜜蜂和黃蜂這些群居性的昆蟲,莫不想深入了解牠們極為複雜的社群組織,因此csd基因絕對是一項非常重要的發現。在正常狀況下,一隻女王蜂可以跟好幾隻雄蜂交配,以使得後代有多樣的csd基因組合。不過,有時候雌性難以找到性伴侶,她會先產下一隻雄蜂,然後再和牠交配,可是近親交配的結果,使得雌蜂與跟她有相同csd基因複本的雄蜂交配,而產下沒有生育力的雄蜂,結果工蜂就會把這些沒有生育力的雄蜂殺死。養蜂業時常會以近親繁殖的方法提高蜜蜂產量,可是這樣會造成許多不孕的後代,代價實在太高了,因此科學家這次找出決定蜜蜂性別的基因,不但是科學上的一大突破,對養蜂業者而言也是一大福音。



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