Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Kháng thể và miễn dịch ở các tầng lớp nữ giới trong một loài côn trùng xã hội
Tóm tắt
Sống trong một nhóm xã hội làm tăng rủi ro bị nhiễm ký sinh trùng, đặc biệt trong các nhóm có mối quan hệ gần gũi. Trong các nhóm đồng nhất, không có sự phân chia lao động sinh sản, tác động của ký sinh trùng khó có thể khác nhau tùy thuộc vào danh tính của vật chủ. Tuy nhiên, nhiều hệ thống xã hội thể hiện sự phân chia lao động sinh sản, nổi bật nhất là ở côn trùng xã hội với các nữ hoàng sinh sản và công nhân thường không sinh sản. Trong những hệ thống như vậy, tác động của ký sinh trùng sẽ khác nhau giữa các nhóm. Do đó, chúng tôi dự đoán rằng khả năng dễ bị nhiễm ký sinh trùng sẽ thay đổi để phản ánh tác động khác nhau này. Chúng tôi đã kiểm tra dự đoán này bằng cách sử dụng hệ thống ký sinh trùng - ong bumble bee, trong đó Crithidia bombi nhiễm vào cả các gyne và công nhân của Bombus terrestris. Chúng tôi đã nghiên cứu cả khả năng dễ bị nhiễm ký sinh trùng và các chỉ số liên quan đến chức năng miễn dịch. Như dự đoán, gyne có sức đề kháng ký sinh trùng thấp hơn đáng kể so với công nhân, nhưng trong khi gyne và công nhân thể hiện các hồ sơ miễn dịch khác nhau, mối liên hệ của chúng với sự dễ bị nhiễm khác nhau vẫn còn chưa rõ ràng. Tóm lại, kết quả nghiên cứu của chúng tôi gợi ý rằng các áp lực chọn lọc khác nhau do ký sinh trùng tác động có thể tạo ra nhiều kiểu hình từ một kiểu gen duy nhất nhằm tối đa hóa sự phù hợp trong ngữ cảnh nhóm xã hội. Các колиы xã hội của côn trùng chiếm ưu thế trong sinh thái học trên đất liền, và vì thế trở thành các mục tiêu cho ký sinh trùng. Cách mà chúng bảo vệ bản thân chống lại những mối đe dọa như vậy là một câu hỏi then chốt. Tại đây, chúng tôi cho thấy rằng các gyne ong bumble bee — những cá thể sinh sản ngủ đông và thành lập các колиы trong hệ thống xã hội hàng năm này — có khả năng kháng lại một ký sinh trùng ảnh hưởng không tương xứng đến khả năng sinh sản hơn so với các công nhân của chúng.
Từ khóa
#kháng thể #miễn dịch #côn trùng xã hội #ký sinh trùng #Bombus terrestrisTài liệu tham khảo
Alford DV (1975) Bumblebees. Davis-Poynter Ltd, London
Anderson RM, May RM (1981) The population dynamics of microparasites and their invertebrate hosts. Phil Trans R Soc Lond B 291:451–524. https://doi.org/10.1098/rstb.1981.0005
Barnes AI, Siva-Jothy MT (2000) Density-dependent prophylaxis in the mealworm beetle Tenebrio molitor L. (Coleoptera: Tenebrionidae): cuticular melanization is an indicator of investment in immunity. Proc Biol Sci 267:177–182. https://doi.org/10.1098/rspb.2000.0984
Barribeau SM, Schmid-Hempel P (2017) Sexual healing: mating induces a protective immune response in bumblebees. J Evol Biol 30:202–209
Barribeau SM, Sadd BM, du Plessis L, Schmid-Hempel P (2014) Gene expression differences underlying genotype-by-genotype specificity in a host-parasite system. Proc Natl Acad Sci USA 111:3496–3501. https://doi.org/10.1073/pnas.1318628111
Barribeau SM, Sadd BM, du Plessis L, Brown MJF, Buechel SD et al (2015) A depauperate immune repertoire precedes evolution of sociality in bees. Genome Biol 16:83. https://doi.org/10.1186/s13059-015-0628-y
Brown MJF, Loosli R, Schmid-Hempel P (2000) Condition-dependent expression of virulence in a trypanosome infecting bumblebees. Oikos 91:421–427. https://doi.org/10.1034/j.1600-0706.2000.910302.x
Brown MJF, Schmid-Hempel R, Schmid-Hempel P (2003a) Strong context-dependent virulence in a host-parasite system: reconciling genetic evidence with theory. J Anim Ecol 72:994–1002. https://doi.org/10.1046/j.1365-2656.2003.00770.x
Brown MJF, Moret Y, Schmid-Hempel P (2003b) Activation of host constitutive immune defence by an intestinal trypanosome parasite of bumble bees. Parasitology 126:253–260. https://doi.org/10.1017/S0031182002002755
Colgan TJ, Finlay S, Brown MJF, Carolan JC (2019) Mating precedes selective immune priming which is maintained throughout bumblebee queen diapause. BMC Genomics 20:959
Cordes N, Huang W-F, Strange JP, Cameron SA, Griswold TL, Lozier JD, Solter LF (2012) Interspecific geographic distribution and variation of the pathogens Nosema bombi and Crithidia species in United States bumble bee populations. J Inv Pathol 109:209–216. https://doi.org/10.1016/j.jip.2011.11.005
Côté IM, Poulin R (1995) Parasitism and group size in social mammals: a meta-analysis. Behav Ecol 6:159–195. https://doi.org/10.1093/beheco/6.2.159
Cremer S (2019) Social immunity in insects. Curr Biol 29:R425–R473. https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.03.035
Cremer S, Armitage SAO, Schmid-Hempel P (2007) Social immunity. Curr Biol 17:R693–R702. https://doi.org/10.1016/j.cub.2007.06.008
Czekonska K (2000) The influence of Nosema apis on young honeybee queens and transmission of the disease from queens to workers. Apidologie 31:701–706
Deshwal S, Mallon EB (2014) Antimicrobial peptides play a functional role in bumblebee anti-trypanosome defense. Dev Comp Immunol 42:240–243. https://doi.org/10.1016/j.dci.2013.09.004
Duffy JE (1996) Eusociality in a coral-reef shrimp. Nature 381:512–514. https://doi.org/10.1038/381512a0
Fauser A, Sandrock C, Neumann P, Sadd BM (2017) Neonicotinoids override a parasite exposure impact on hibernation success of a key bumblebee pollinator. Ecol Entomol 42:306–314. https://doi.org/10.1111/een.12385
Fowler AE, Stone EC, Irwin RE, Adler LS (2020) Sunflower pollen reduces a gut pathogen in worker and queen but not male bumble bees. Ecol Entomol 45:1318–1326. https://doi.org/10.1111/een.12915
Giacomini JJ, Leslie J, Tarpy DR, Palmer-Young EC, Irwin RE, Adler LS (2018) Medicinal value of sunflower pollen against bee pathogens. Sci Rep 8:14394. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32681-y
Hamilton WD (1987) Kinship, recognition, disease, and intelligence: constraints of social evolution. In: Itô Y, Brown JL, Kikkawa J (eds) Animal Societies: Theories and Facts. Japan Scientific Societies Press, Tokyo, pp 81–102
Hochberg Y (1988) A sharper Bonferroni procedure for multiple tests of significance. Biometrika 75:800–802
Hughes WOH, Bot ANM, Boomsma JJ (2009) Caste-specific expression of genetic variation in the size of antibiotic-producing glands of leaf-cutting ants. Proc R Soc B 277:609–615. https://doi.org/10.1098/rspb.2009.1415
Imhoof B, Schmid-Hempel P (1999) Colony success of the bumble bee, Bombus terrestris, in relation to infections by two protozoan parasites, Crithidia bombi and Nosema bombi. Insect soc 46:233–238. https://doi.org/10.1007/s000400050139
Jarvis JUM (1981) Eusociality in a mammal – cooperative breeding in naked mole-rat colonies. Science 212:571. https://doi.org/10.1126/science.7209555
Keller L, Genoud M (1997) Extraordinary lifespans in ants: a test of evolutionary theories of ageing. Nature 389:958–960. https://doi.org/10.1038/40130
Koch SI, Groh K, Vogel H, Hannson BS, Kleineidam CJ et al (2013) Caste-apecific expression patterns of immune response and chemosensory related genes in the leaf-cutting ant, Atta vollenweideri. PLoS ONE 8(11):e81518. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0081518
Krause J, Ruxton GD (2002) Living in groups. Oxford Series in Ecology and Evolution, Oxford University Press, Oxford
L’Arrivée JCM (1965) Tolerance of honey bees to nosema disease. J Invert Pathol 7:408–413. https://doi.org/10.1016/0022-2011(65)90114-X
Li B, Hou L, Zhu D, Xu X, An S, Wang X (2018) Identification and caste-dependent expression patterns of DNA methylation associated genes in Bombus terrestris. Sci Rep 8:2332. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20831-1
LoCascio GM, Aguirre L, Irwin RE, Adler LS (2019) Pollen from multiple sunflower cultivars and species reduces a common bumblebee gut pathogen. R Soc Open Sci 6:190279. https://doi.org/10.1098/rsos.190279
Logan A, Ruiz-González MX, Brown MJF (2005) The impact of host starvation on parasite development and population dynamics in an intestinal trypanosome parasite of bumble bees. Parasitology 130:637–642. https://doi.org/10.1017/S0031182005007304
Marxer M, Vollenweider V, Schmid-Hempel P (2016) Insect antimicrobial peptides act synergistically to inhibit a trypanosome parasite. Phil Trans R Soc B 371:20150302. https://doi.org/10.1098/rstb.2015.0302
Maynard Smith J, Szathmáry E (1995) The major transitions in evolution. W. H, Freeman, New York
Moret Y, Schmid-Hempel P (2000) Survival for immunity: the price of immune system activation for bumblebee workers. Science 290:1166–1168. https://doi.org/10.1126/science.290.5494.1166
Nigam Y, Maudlin I, Welburn S, Ratcliffe NA (1997) Detection of phenoloxidase activity in the hemolymph of tsetse flies, refractory and susceptible to infection with Trypanosoma brucei rhodesiense. J Invertebr Pathol 69:279–281. https://doi.org/10.1006/jipa.1996.4652)
Otterstatter MC, Thomson JD (2006) Within-host dynamics of an intestinal pathogen of bumble bees. Parasitology 133:749–761. https://doi.org/10.1017/S003118200600120X
Otterstatter MC, Gegear RJ, Colla SR, Thomson JD (2005) Effects of parasitic mites and protozoa on the flower constancy and foraging rate of bumble bees. Behav Ecol Sociobiol 58:383–389. https://doi.org/10.1007/s00265-005-0945-3
Rosengaus RB, Traniello JFA (1993) Disease risk as a cost of outbreeding in the termite Zootermopsis angusticollis. Proc Natl Acad Sci USA 90:6641–6645. https://doi.org/10.1073/pnas.90.14.6641
Ruiz-González MX, Brown MJF (2006) Males vs workers: testing the assumptions of the haploid susceptibility hypothesis in bumble bees. Behav Ecol Sociobiol 60:501–509. https://doi.org/10.1007/s00265-006-0192-2
Sadd BM, Barribeau SM, Bloch G et al (2015) The genomes of two key bumblebee species with primitive eusocial organization. Genome Biol 16:76. https://doi.org/10.1186/s13059-015-0623-3
Schmid MR, Brockmann A, Pirk CWW, Stanley DW, Tautz J (2008) Adult honeybees (Apis mellifera L.) abandon hemocytic, but not phenoloxidase-based immunity. J Insect Physiol 54:439–444. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2007.11.002
Schmid-Hempel P (2001) On the evolutionary ecology of host-parasite interactions: addressing the question with regard to bumblebees and their parasites. Naturwissenschaften 81:147–168. https://doi.org/10.1007/s001140100222
Schmid-Hempel P, Heeb D (1991) Worker mortality and colony development in bumblebees, Bombus lucorum (L.) (Hymenoptera, Apidae). Mitteil Schw Entomol Gesell 64:93–108. https://doi.org/10.5169/seals-402434
Schmid-Hempel P, Reber Funk C (2004) The distribution of genotypes of the trypanosome parasite, Crithidia bombi, in populations of its host, Bombus terrestris. Parasitology 129:147–158. https://doi.org/10.1017/S0031182004005542
Schmid-Hempel R, Schmid-Hempel P (1993) Transmission of a pathogen in Bombus terrestris, with a note on division of labour in social insects. Behav Ecol Sociobiol 33:319–327. https://doi.org/10.1007/BF00172930
Schmid-Hempel R, Schmid-Hempel P (2000) Female mating frequencies in Bombus spp. from Central Europe. Insectes soc 47:36–41. https://doi.org/10.1007/s000400050006
Shykoff JA, Schmid-Hempel P (1991a) Incidence and effects of four parasites in natural populations of bumble bees in Switzerland. Apidologie 22:117–125. https://doi.org/10.1051/apido:19910204
Shykoff JA, Schmid-Hempel P (1991b) Parasites delay worker reproduction in bumblebees – consequences for eusociality. Behav Ecol 2:242–248. https://doi.org/10.1093/beheco/2.3.242
Strange JP, Calderone NW (2009) Evaluation of apicultural characteristics of first-year colonies initiated from packaged honey bees (Hymenoptera: Apidae). J Econ Entomol 102:485–492. https://doi.org/10.1603/029.102.0204
The Honeybee Genome Sequencing Consortium (2006) Insights into social insects from the genome of the honeybee, Apis mellifera. Nature 443:931–949. https://doi.org/10.1038/nature05260
Ulrich Y, Sadd BM, Schmid-Hempel P (2011) Strain filtering and transmission of a mixed infection in a social insect. J Evol Biol 24:354–362
Wang L, Wu J, Li K, Sadd BM, Guo Y et al (2019) Dynamic changes of gut microbial communities of bumble bee queens through important life stages. Msystems 4:e00631–e00619
Webster TC, Pomper KW, Hunt G, Thacker EM, Jones SC (2004) Nosema apis infection in worker and queen Apis mellifera. Apidologie 35:49–54. https://doi.org/10.1051/apido:2003063
Wilson EO (1971) The Insect Societies. Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts
Yourth CP, Schmid-Hempel P (2006) Serial passage of the parasite Crithidia bombi within a colony of its host, Bombus terrestris, reduces success in unrelated hosts. Proc R Soc B 273:655–659. https://doi.org/10.1098/rspb.2005.3371
Yourth CP, Brown MJF, Schmid-Hempel P (2008) Effects of natal and novel Crithidia bombi (Trypanosomatidae) infections on Bombus terrestris hosts. Insectes soc 55:86–90. https://doi.org/10.1007/s00040-007-0974-1