短头熊蜂体色多态性形成的分子机制

As important pollinators of many wild plants and crops, bumblebees play an important role in the maintenance of natural and agricultural ecosystems. Our preliminary survey found that there were 35 bumblebee species in Yunnan province. The most widespread Bombus breviceps was the dominant species with 10 different color patterns. We have reared B. breviceps and found that different hybrids between virgin queens and males can produce offsprings in different color patterns . On this basis, we will carry out the following researches: (1) improving the quality of de novo assembly of the genomes. (2) Reduced-representation genome sequencing to identify the genetic linkage loci and regulatory genes of different color patterns of B. breviceps. (3) Using CRISPR genome-editing technology to knock out the related genes and verify their function in regulating the color pattern. This project will figure out the molecular mechanism of pigmentations’ polymorphism in Bombus breviceps, providing helpful information for illuminating the evolutionary mechanism of fast adaptation to the environment and for Chinese bumblebee resources conservation and agricultural pollination service.

熊蜂是众多野生植物和农作物的主要传粉者，在维护自然和农业生态系统中发挥着重要的作用。前期熊蜂资源调查发现云南省分布有35种，其中短头熊蜂（Bombus breviceps）是优势蜂种，分布最广，且体色变异最大，有多达10种体色模式。目前，不同体色的短头熊蜂已在申请人实验室繁育成功，发现不同体色亲本交尾后可获得与亲本体色不同的子代。在此基础上本项目拟开展以下研究：（1）在前期测序工作的基础上，提高基因组的拼接质量，完善短头熊蜂de novo基因组；（2）采用二代测序技术对不同体色模式短头熊蜂进行简化基因组测序，分析体色模式遗传连锁位点及相关基因；（3）利用CRISPR基因组编辑技术敲除体色相关基因，验证体色调控基因的功能。本研究将探明短头熊蜂体色多态性连锁位点及相关控制基因，为熊蜂体色多变适应生境的进化机制提供理论依据，为我国熊蜂资源保护和农业授粉提供科学数据，具有重要的理论意义和实践价值。

短头熊蜂Bombus breviceps是我国南方重要的传粉熊蜂资源，现已实现周年繁育，具有较好的农业授粉应用潜能，其体色模式多态性丰富，为熊蜂体色遗传研究非常好的对象。为了探明熊蜂体色模式多态性形成的分子机制，本项目主要完成了以下研究工作：（1）调查采集云南和贵州的短头熊蜂样本，开展了云南短头熊蜂体色多态性地理分布格局研究；（2）收集3个体色类群的不同体色模式短头熊蜂F0代，并饲养成群，观察F0-F1、F1-F2代的体色遗传变化；（3）云南短头熊蜂繁育特性及饲养关键技术优化；（4）基于线粒体与细胞核基因对云南省短头熊蜂种群遗传多样性分析；（5）短头熊蜂CRISPR/Cas9 基因编辑体系构建。结果显示，云南短头熊蜂体色模式多态性丰富，可划分为3个主要的体色类群，其地理分布与气候区划、地型地貌和土地利用类型相关，地理区划特征明显，同区域内体色模式多态性向优势模式趋同；通过不同体色模式短头熊蜂世代间体色模式遗传变化，初步探明控制短头熊蜂体色变化的基因位于同一条染色体上，胸部橙色和黑色、腹部背板的黄色和黑色、棕色和黑色互为等位基因；基因组提取和混池测序，确定了调控腹部黑色和棕色与两个Hox基因相关。项目研究结果可以为今后熊蜂转基因系统的建立获得表观指标，也可以为研究熊蜂的进化、行为、适应性等提供理论基础知识，同时为不同地理区域熊蜂保护和授粉应用开发提供科学依据。