全 文 ：·特约综述· 2015, 31(4):92-98
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
自 2006 年西方蜜蜂（Apis mellifera）基因组测
序成功至今，蜜蜂蛋白质研究经历了快速的发展，
尤其是随着蛋白质分离纯化的超高压液相色谱技术
和高分辨率、高灵敏度、高精确度生物质谱的快速
发展，蜜蜂蛋白质组相关研究也由传统的以双向电
泳为主导的研究技术，逐渐发展过渡到以 shotgun 为
主的高通量蛋白质组及翻译后修饰蛋白质组研究。
本文在已有综述［1］的基础上，对国内外近 4 年的蜜
蜂蛋白质组相关研究进行总结。
1 蛋白质组对蜜蜂发育、生理和行为机理的
阐释
1.1 蜜蜂嗅觉机理
蜜蜂嗅觉行为是其社会活动的重要组成部分，
通过存在于嗅觉感受器内部的气味结合蛋白（OBPs）
来结合和输送气味物质，引发神经反应。蜜蜂的基
因组中包含 21 个编码 OBPs 的基因。Iovinella 等［2］
的研究表明，OBP13 在青年工蜂和处女王下颚腺中
的表达水平较高，OBP21 在老龄工蜂和交尾后的蜂
收稿日期 ：2015-03-03
基金项目 ：“十二五”国家科技支撑计划（2011BAD33B04），国家现代农业产业技术体系（蜜蜂）（CARS-45-KXJ13），中国农业科学院科技
创新工程（CAAS-ASTIP-2015-IAR）
作者简介 ：冯毛，男，博士，研究方向 ：蜜蜂蛋白质组学 ；E-mail ：fengm622@163.com
通讯作者 ：李建科，男，教授，研究方向 ：蜜蜂蛋白质组学 ；E-mail ：apislijk@126.com
蜜蜂蛋白质组学研究新进展
冯毛  李建科
（中国农业科学院蜜蜂研究所，北京 100093）
摘 要 ： 蛋白质组学是后基因组时代的重要技术之一，随着超高压液相色谱、高分辨率和高灵敏度生物大分子质谱技术的
快速发展，近年来在蜜蜂生物学和蜂产品研究领域的研究应用越来越广，蜜蜂的许多重要生物学形成机理被解析，蜂产品中的重
要功能成分不断被鉴定，这对促进我国蜂学领域的原始创新具有重要意义。对近年来国际蜜蜂蛋白质组学的研究进行系统综述，
旨在促进我国蜜蜂生物学和养蜂业的发展。
关键词 ： 蜜蜂生物学 ；蜂产品 ；蛋白质组学
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.03.012
Advances on Honeybee Proteome Study
Feng Mao Li Jianke
（Institute of Apicultural Research，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100093）
Abstract: Proteomics is one of the most important biotechnologies in post-genomic era. The advances of proteomics are driven by the fast
development of technologies related to chromatography with ultrahigh pressure and mass spectrometry with high resolution and high sensitivity.
It now becomes a public research platform to delineate mechanism of the important biological characteristics of the honeybees, and to identify
previously unknown protein components in bee-products. This new technology has made great contribution to scientific innovation for beekeeping
industry of China. We review the latest advances in honeybee proteomics research around the global in order to promote development of honeybee
biology and beekeeping industry of China.
Key words: honeybee biology ；bee-products ；proteomics
2015,31(4) 93冯毛等：蜜蜂蛋白质组学研究新进展
王中高表达。雄蜂的下颚腺也表达 OBPs，主要是
OBP18 和 OBP21。OBPs 表达的差异意味着不同级型
和不同日龄的蜜蜂在感知和捕捉气味物质方面存在
差异。触角是蜜蜂行使嗅觉功能的主要器官。对意
大利蜜蜂（意蜂，Apis mellifera ligustica）三型蜂触
角蛋白质组学的研究发现，蜂王触角高表达碳水化
合物和能量代谢以及分子转运相关蛋白，以保证蜂
王通过信息素与工蜂和雄蜂进行密切的信息交流［3］。
与工蜂相比，近 70% 的差异蛋白在性成熟雄蜂触角
中高表达，保证雄蜂能够形成较大的触角和较多的
板型感受器，以利于雄蜂对婚飞状态下的处女蜂王
所释放的信息素的识别以及对蜂王的定位，保证在
空中交尾行为的顺利完成。工蜂触角中能量和气味
结合类蛋白高表达，保证工蜂能够对蜜粉源进行精
确搜寻、顺利返巢、识别同伴以及传递蜂群内部信
息等［4］。中华蜜蜂（中蜂，Apis cerana cerana）作为
与意蜂不同的种群，性成熟雄蜂及采集蜂的触角蛋
白质表达模式同意蜂均存在明显的差异。意蜂雄蜂
和采集蜂触角表达蛋白的数量、蛋白的表达量均高
于中蜂，说明两蜂种在长期的进化过程形成了不同
的、适用于各自生理特点的嗅觉功能机制［5］。这些
研究从分子水平解读了蜜蜂嗅觉的机理，为今后诱
导训练蜜蜂为植物授粉奠定一定的理论基础。
1.2 蜜蜂胚胎、蛹及级型分化机理
蜜蜂是典型的完全变态昆虫，生长发育经历卵、
幼虫、蛹及成虫 4 个阶段。蜜蜂胚胎期经历 3 d，是
蜜蜂器官形成的重要时期，所有器官的雏形都在此
阶段形成。对蜜蜂工蜂胚胎发育的蛋白质组学研究
表明，在胚胎 3 d 的发育过程中，需要一个与蛋白
合成、能量代谢、发育和转运相关的核心蛋白质组
的参与，保证胚胎的正常发育。在胚胎发育的不同
阶段也表达不同的蛋白质来完成胚胎发育。1 日龄
胚胎与营养储存和核酸代谢相关的蛋白高表达，从
而保证胚胎细胞的增殖。2 日龄高表达的细胞周期、
转运、抗氧化和细胞骨架相关蛋白与器官的初步形
成相关。3 日龄高表达脂肪酸代谢和形态发生相关
蛋白来保证器官的形成和发育［6］。雄蜂作为蜂群中
的单倍体雄性个体，为雌性后代提供一半的遗传物
质，对雄蜂胚胎的研究在遗传育种方面有重要意义。
对雄蜂胚胎的蛋白质组研究表明，雄蜂胚胎期的器
官形成主要发生在 48-72 h，并且与能量代谢、个体
发育和氨基酸代谢相关的蛋白在此过程中发挥重要
作用［7］。
胚胎末期到幼虫初期的转变是其生活史中极其
关键的阶段之一。 Alemayehu 等［8］采用双向凝胶电
泳和荧光染色技术对 3 日龄胚胎和 1 日龄幼虫的全
蛋白质组和磷酸化蛋白质组进行了系统研究，从蛋
白质水平上揭示了蜜蜂从胚胎到幼虫形态转化过程
中的分子机制。结果发现 65 个全蛋白和 34 个磷酸
化蛋白质的表达水平发生显著变化，胚胎期高表达
的蛋白质主要参与能量代谢、发育和氨基酸代谢，
保证器官的形成和发育 ；幼虫期磷酸化的骨架蛋白
和生物合成相关蛋白的高表达保证幼虫快速生长。
蛹期是蜜蜂进行内部器官改造和分化，形成成
虫器官的时期，蛹期发育受到影响，最终会影响成
年蜂的正常发育。在蛹发育前中期（13-17 日龄）
高表达的蛋白主要参与头部器官形成，而在发育后
期（19-20 日龄）上调表达的蛋白主要参与头部神
经和咽下腺等腺体发育［9］。这对进一步从分子水平
上改造蜜蜂头部重要腺体的发育，提高腺体的功能，
进而提高蜜蜂的生产力，如泌浆力等提供重要的理
论依据。
蜜蜂级型分化研究一直是蜜蜂生物学研究的焦
点之一。Begna 等［10，11］利用差速离心技术，从亚细
胞水平上分别对蜜蜂线粒体蛋白质组和核蛋白质组
进行了研究，通过差异蛋白质组学分析发现，蜂王
幼虫和工蜂幼虫在 48 h 就出现了发育轨迹上的不同。
线粒体蛋白质组研究表明蜂王幼虫高表达的蛋白与
碳水化合物和能量代谢、氨基酸和脂肪酸代谢、蛋
白质合成和折叠相关 ；核蛋白质组分析表明蜂王幼
虫高表达的蛋白与细胞核行使遗传功能有关。首次
从线粒体和细胞核蛋白质组学水平上深入研究蜜蜂
的级型分化现象。
1.3 工蜂职能转换及卵巢活性被抑制机理
工蜂是蜂群的主要成员，工蜂在由内勤蜂向外
勤蜂的转变过程中生理状态会出现显著变化。Chan
等［12］对刚开始采集工作的工蜂腹部进行蛋白质组
分析并结合 RNAi 技术，发现由胰岛素受体底物联
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.494
合的碳水化合物和脂类代谢在工蜂的职能转变过程
中发挥重要作用。利用多维蛋白质分离鉴定技术，
Hernández 等［13］从采集蜂和哺育蜂的脑部组织中鉴
定得到 2 742 个蛋白质，其中约 17% 的蛋白的表达
水平发生显著变化。与蛋白质合成、大脑结构发育
相关的蛋白质在哺育蜂的脑部表达水平较高，参与
哺育蜂神经结构构建 ；采集蜂高表达的蛋白主要与
神经突触活性、能量产生和转化相关，从而满足采
集蜂在高强度脑力活动过程中的能量需求。
蜜蜂作为一种社会型昆虫，在正常情况下，蜂
王是蜂群中唯一具有生殖能力的雌性，而同为雌性
的工蜂，卵巢活性被抑制，失去产卵能力。但当蜂
群失王时，工蜂的卵巢功能被激活并能产下未受精
卵，并最终发育成为单倍体的雄蜂。有关工蜂卵
巢活性如何被抑制 - 激活的内在原因尚不甚明了。
Cardoen 等［7］通过比较发现，卵巢活性受抑制的工
蜂的血淋巴中类微小核糖核酸病毒蛋白表达水平较
高，而产卵工蜂则上调表达了与免疫相关的蛋白。
进一步对卵巢和脑组织进行蛋白质组分析，发现卵
巢的抑制 - 激活效应主要是在类固醇和神经肽激素
信号通路的介导下，通过卵子发生和后续的降解机
制之间的相互作用来实现的［14］。这对进一步了解工
蜂卵巢活性调控的生理机制具有重要意义。
1.4 体液的作用机制
蜜蜂的淋巴不仅是代谢过程中各种物质储存
和交换的重要场所，而且在蜜蜂的防御、免疫和损
伤应答方面起重要作用。淋巴蛋白质可以作为反映
蜜蜂生理状态的重要标志。幼虫淋巴中的蛋白质在
幼虫不同的生理阶段发挥不同的生物学功能，小幼
虫主要利用淋巴作为免疫屏障和营养来源，随着幼
虫日龄增加，淋巴仅作为能量源来保证蛹期正常发
育［15］。中蜂和意蜂在长期的进化过程中形成适应各
自特点的淋巴蛋白表达模式，以满足自身的免疫和
营养需求。与中蜂相比，能量生成、细胞骨架和发
育等相关蛋白在意蜂淋巴中高表达，以保证意蜂幼
虫和蛹维持更高的体重［16］。
雄蜂的精子在产生后储存于雄蜂的精液中，与
蜂王交尾后精子则储存在蜂王的储精囊中，供蜂王
一辈子产受精卵所用。Poland 等［17］收集了雄蜂的
新鲜精液和蜂王储精囊中的精液并分离得到精子，
并进行了双向电泳分析。研究表明虽然在两种条件
下精子的蛋白质组成基本相同，但是一些与能量代
谢相关的蛋白酶的表达水平和酶活力均在新鲜精液
中较高，说明他们对维持蜜蜂精液活性的重要性。
储精囊中的精子之所以能够长时间保持活力，
主要是因为精液中一些与调节酶活性功能、核酸结
合和加工相关蛋白的存在，使蜜蜂精液能在储精囊
中维持长久的活力［18］。精液质量的好坏对蜂群的繁
殖力和生产性能有较大影响。Baer 等［19］对 3 个意
蜂品系的雄蜂精液进行蛋白质组分析，发现它们的
蛋白质组成基本相同，但约有 16% 的蛋白质的表达
量和翻译后修饰模式发生了显著的变化。这些差异
蛋白主要与雄蜂的繁殖力和免疫能力相关，表达水
平及修饰方式的改变可能致使后代产生不同的表型。
这为选育具有优良性状的蜜蜂品系提供理论依据。
1.5 蜜蜂卫生行为的分子机制
蜜蜂的卫生行为也称清洁行为，这种行为对蜜
蜂抵御病虫害特别是螨害，提高蜜蜂抗病力有重要
作用。尽管认为许多基因参与对卫生行为的调控，
但具体的调控机制尚不清楚。Parker 等［20］系统研究
了蜂群螨的寄生率、蜜蜂的清巢行为、工蜂移除蜂
螨的能力等因素，并以 5 龄期幼虫表皮和成虫触角
的蛋白组为研究对象，发现了几种与幼虫中伤反应、
几丁质合成和免疫反应相关的蛋白 ；触角中高表达
的与化学感应和神经反应相关的蛋白有助于提高工
蜂的卫生行为，更快地识别寄生于蜂群中的蜂螨，
这有助于我们去认识蜜蜂卫生行为和抗螨背后的分
子机制，并提高蜂群自身的抗病力。
1.6 蜜蜂咽下腺、唾液腺及脑神经肽
咽下腺是蜜蜂工蜂合成和分泌蜂王浆的主要
腺体。 通 过 对 卡 尼 鄂 拉 蜂（ 卡 蜂， Apis mellifera
carnica）不同日龄工蜂咽下腺的蛋白质组分析发现，
咽下腺蛋白的表达模式随着工蜂的个体发育及职能
的转变而发生变化，进一步证明了工蜂咽下腺蛋白
基于日龄表达差异性的特点。大部分差异表达的蛋
白，包括代谢和次级代谢产物合成相关的蛋白在老
龄工蜂咽下腺中高表达，同时还发现 43 个新的咽下
腺蛋白［21］。
2015,31(4) 95冯毛等：蜜蜂蛋白质组学研究新进展
唾液腺是蜜蜂体内除咽下腺外另一对重要的腺
体，由位于头部的头唾腺和位于胸部的胸唾腺组成。
对蜜蜂唾液腺的蛋白质组和磷酸化蛋白质组研究发
现，头唾腺通过调控保幼激素和油酸乙酯的表达量
来调控蜜蜂内外勤蜂的职能转换，胸唾腺通过加强
碳水化合物、蛋白质代谢、蛋白质分子伴侣和细胞
平衡来实现花蜜到蜂蜜的转化［22］。
脑神经肽参与调控蜜蜂的行为。通过研究两种
脑神经肽 AmTRP-5 和 AST-1 对非洲蜜蜂行为的调控
作用，发现它们的表达模式和在脑组织的分布受工
蜂日龄和劳动分工影响。位于大脑脚底上游区域的
AmTRP-5 在 0-15 日龄的工蜂头部高表达，参与调
节工蜂的清巢和封盖行为。位于触角神经叶、神经
节、脑髓质、脑小叶、α 和 β 脑叶中的 AmTRP-5 和
AST-1 在 20-25 日龄的工蜂脑中出现，参与调节工
蜂的定位、采集和守卫行为［23］。
通过对蜜蜂 29 种器官的组织蛋白质组分析发
现，工蜂在进化过程中形成了更强的抵御环境毒素
的能力来保护蜂王，蜂王形成了强大的识别蜂群信
息素的能力来维护蜂群的正常秩序［24］。
1.7 蜜蜂主要病虫害发生机理
对蜜蜂蜂病机理的研究有助于深化对蜂病病理
机制的认识，进而进行有效防控。中华蜜蜂囊状幼
虫病（中囊病）是中蜂主要的病害之一，蛋白质组
研究表明，中蜂幼虫感染中囊病后，患病幼虫体内
碳水化合物和能量代谢、蛋白质合成、细胞骨架和
发育调控等代谢通路受到破坏，导致幼虫的死亡［25］。
用意蜂浆饲喂中蜂幼虫能够激活中蜂幼虫与能量代
谢、抗氧化及泛素 - 蛋白酶体系统，从而提高中蜂
对中囊病的抵抗力，减弱中囊病对中蜂幼虫的感染
力和幼虫的死亡率［26］。这些研究为预防和治疗中囊
病提供借鉴和依据，对中囊病的防控具有重要意义。
蜜蜂孢子虫病是由蜜蜂微孢子虫引起的一种成
年蜂消化道传染病，病变常发生于中肠。Vidau 等［27］
用微孢子虫感染意蜂工蜂并用被感染工蜂的中肠组
织进行蛋白质组分析，发现微孢子虫感染能显著提
高工蜂的采食量，但感染后工蜂的中肠组织与能量
生成、免疫调节和蛋白质代谢相关的蛋白表达水平
显著降低。被感染后工蜂的抵抗力下降，同时微孢
子虫可从工蜂的食物中获取充足的营养物质，从而
使得蜜蜂的中肠成为适宜于微孢子虫寄生的栖息地。
为了评估杀虫剂氟虫腈对蜜蜂的危害程度，
Roat 等［28］先对工蜂进行氟虫腈处理，并对工蜂脑
组织作了蛋白质组分析，发现氟虫腈能影响脑部蛋
白的表达，即便是非常低的剂量和非常短的处理时
间，都会造成工蜂神经蛋白折叠错误、视觉缺陷、
神经元受损、脑退化、学习和记忆能力受到损害，
进而影响工蜂行使正常的职能。
2 蛋白质组学研究对蜂产品的重要功能成分
的发现
蜂王浆是蜂群中一种重要的营养物质，在蜜蜂
级型分化中发挥重要作用［29］。Fujita 等［30］通过分
析蜂王浆、咽下腺、胸唾腺和后脑腺的蛋白质组，
发现蜂王浆是一种“cocktail”，是由这 3 种腺体的分
泌物混合而成，其中咽下腺分泌物以蛋白为主，后
脑腺主要分泌易挥发性物质和引发信息素。从中鉴
定得到 38 个王浆蛋白，其中 22 个属于分泌蛋白，
并发现了 9 种新的王浆蛋白。这些蛋白质可以作为
研究蜂王浆蛋白对蜂群个体生理状态影响机制的候
选蛋白。
蜂王浆不仅能为处在快速发育期的蜜蜂幼虫提
供营养物质，同时也具有抗菌、消炎、降血糖、调
节血压和抗癌等多种功效，其营养保健价值越来越
被重视。发掘蜂王浆中新的功能成分一直是人们长
期追求的目标。采用基于凝胶电泳和 shotgun 的蛋白
质组研究策略对蜂王浆蛋白质组进行了研究，发现
这两种方法能有效互补，提高了蜂王浆蛋白的鉴定
效率，发现了 19 种新的蜂王浆蛋白，其中大部分蛋
白参与蛋白质合成，碳水化合物代谢和氧化 - 还原
过程［31］。
蛋白质翻译后修饰是调节和控制蛋白质活力和
功能的最基本也是最重要的机制。通过对意蜂蜂王
浆蛋白翻译后修饰蛋白质组研究，发现磷酸化修饰
不是蜂王浆蛋白翻译后修饰的主要形式，但磷酸化
修饰可能同蜂王浆的营养、抗菌性和免疫效应相关。
甲基化修饰是蜂王浆中普遍存在的修饰方式，是造
成蜂王浆蛋白等电点发生漂移、产生多种异形体的
主要原因，并首次在蜂毒蛋白 2 前体中发现一个新
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的磷酸化位点（S43）［32］。中蜂蜂王浆和意蜂蜂王浆
具有不同的磷酸化特征，中蜂浆中发现 9 种磷酸化
蛋白和 71 个磷酸化位点，意蜂浆中发现 16 种磷酸
化蛋白和 67 个磷酸化位点，同时还发现来自中蜂
浆的抗菌肽，Jelleine-II 的抗菌效力高于意蜂浆［33］。
意蜂浆糖基化修饰研究发现 13 种与代谢和对人类健
康有促进作用的新蛋白，同时发现 42 个新的 N-糖
基化位点［34］。这些研究有助于人们深化对蜂王浆理
化特征的认识和对蜂王浆功能成分的进一步开发利
用提供理论依据。
通过对非洲化蜜蜂、意蜂和卡蜂的蜂毒进行了
蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析发现，3 种蜜蜂蜂
毒的主要毒素成分相同，由于非洲化杀人蜂与欧洲
蜜蜂杂交后使得欧洲蜜蜂的毒性更强，这对人类形
成更大的危害，由于 3 种蜂的主要毒素基本相同，
因此，研究预防蜂蜇的抗毒血清在西方蜜蜂具有通
用性。同时研究还发现，蜂毒肽（mellittin）经磷酸
化修饰后（S18）的毒性较未修饰的弱［35］。通过比
较中蜂和意蜂蜂毒以及电取和从毒腺直接取的蜂毒
发现，意蜂蜂毒里几乎所有毒素成分的含量都较中
蜂高，且电取蜂毒较毒腺蜂毒的毒素含量高，因此，
利用意蜂的电取蜂毒进行药物开发将更有效［36］。
Matysiak 等［37］利用鸟枪法并结合组合肽配体库
富集技术和固相萃取等手段对蜂毒蛋白质组进行了
研究，发现了已知的 12 种蜂毒过敏源蛋白中的 11 种，
同时鉴定出 4 种新的蜂毒蛋白。此外，Matysiak 等［38］
还对取自不同地区、不同年份、不同季节以及不同
蜜蜂品种的 41 个蜂毒样品进行了分析，发现蜂毒蛋
白的组分受采集年份的影响较大，得到包括蜂毒肽、
apamine、肥大细胞脱颗粒肽以及 secapin 在内的 16
种肽段，而且该研究还在蜂毒中鉴定到一种新的肽
段（HTGAVLAGV）。Van Vaerenbergh 等［39］ 同样利
用组合肽配体库富集技术对蜂毒进行预处理，发现
83 种新的蜂毒蛋白和多肽，其中有 33 种蛋白可能
与蜂毒的毒性相关。这些研究对蜂毒蛋白的进一步
认识和蜂毒功能成分的开发提供理论基础。
蜂蜜中蛋白质含量通常只有 0.3% 左右，究竟
这些蛋白是外源性的植物蛋白还是由蜜蜂合成后分
泌？ Girolamo 等［40］分析了栗子蜜、刺槐蜜、向日葵
蜜、桉树蜜和柑橘蜜的蛋白质组，并用 LTQ-XL 对
蛋白质进行鉴定，发现蜂蜜蛋白质组与蜂王浆类似，
但蛋白质种类比蜂王浆少，蛋白丰度也低得多。鉴
定得到 8 种蛋白质，其中 7 种高丰度蛋白是这几种
蜂蜜蛋白的主要组分，且均由蜜蜂生成，包括 α-葡
萄糖苷酶、defensin-1 和 5 种王浆主蛋白。只有 3-磷
酸甘油醛脱氢酶是来自外源性的植物蛋白。该研究
为检测和识别假蜂蜜提供一种新思路。
3 展望
蛋白质组学是后基因组时代的重要技术之一，
自从 1994 年诞生了蛋白质组学以来，显示出强大的
生命力和发展速度，对功能基因组学的发展起到巨
大推动作用。随着蛋白质组学技术的不断发展，蜜
蜂行为学、蜜蜂发育生物学、蜜蜂病理学等生物学
特征的分子机制将被不断揭开，蜂产品中的重要功
能成分也将不断被发现，这为我国优良蜂种的优良
生物学性状相关基因的发掘和利用，蜜蜂的分子遗
传改造奠定理论基础，为蜂产品重要功能成分的开
发利用提供理论依据，对推动我国蜂业的可持续发
展具有重要意义。
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