Los logros académicos de Huang Zhiyong
1. Establecer un modelo de "inhibición social" e identificar la cuarta feromona en los animales.
La base principal del comportamiento social de las abejas es la "división de edades", es decir, las abejas obreras de diferentes edades realizan diferentes trabajos en la colonia de abejas. Años de experiencia laboral le han enseñado a Huang Zhiyong que existen grandes diferencias en el estado fisiológico de las abejas domésticas, representadas por las abejas lecheras, y las abejas silvestres, representadas por las recolectoras, y que la mayoría de estas diferencias se ven afectadas por la hormona juvenil (JH) o el control. Sin embargo, durante mucho tiempo ha sido un misterio si la hormona juvenil de las abejas obreras está regulada por qué información dentro del nido. Utilizando métodos comúnmente utilizados en biología del desarrollo, se aíslan y crían abejas obreras. Se descubrió que la hormona juvenil y el desarrollo conductual de las abejas obreras se desarrollan antes de lo previsto y se convierten en "recolectoras de néctar" (con una alta concentración de JH y un comportamiento recolector de néctar en la colonia de abejas) en siete días. Utilizando el método de recolección de abejas por "trasplante", se descubrió que "enjambres de la misma edad" (una colonia compuesta por abejas obreras recién emergidas y abejas reinas no cosechadas) pueden inhibir la recolección de abejas "prematura" en 5 a 7 días. abejas. Con base en estos resultados experimentales, Huang y Robinson (1992) publicaron un modelo en el que creían que el desarrollo del comportamiento de las abejas obreras desde la alimentación hasta la recolección está regulado principalmente por la proporción de abejas forrajeras y forrajeras en la colonia. Hay una especie de "inhibina" en el cuerpo de las abejas recolectoras que puede inhibir la síntesis de la hormona juvenil en otras abejas obreras. Sin embargo, cuando la inhibina falta o es insuficiente, la concentración de "JA" en las abejas obreras aumentará espontáneamente, lo que hará que las abejas obreras se conviertan en abejas recolectoras. En diferentes condiciones de colonia de abejas, el desarrollo de las abejas obreras dependerá de la cantidad de inhibina. La cantidad de inhibina determinará si se convierten en abejas lactantes normalmente, temprano o tarde. Más tarde, Huang Zhiyong utilizó experimentos para verificar las principales predicciones del modelo, y los resultados experimentales fueron completamente consistentes con el modelo (Huang y Robinson, 1996). Otros experimentos demostraron que la inhibina es una sustancia no volátil y que el contacto directo entre las abejas obreras es más efectivo, y las abejas obreras también pueden transmitir cierta información alimentándose entre sí (Huang et al., 1998). Recientemente, el componente químico de la inhibina finalmente se identificó como oleato de etilo. Los experimentos han demostrado que el contenido de oleato de etilo en los sacos de miel de las abejas recolectoras es muchas veces mayor que el de las abejas criadas, y el cultivo artificial de oleato de etilo en las abejas obreras puede retrasar la edad de recolección de la miel de las abejas obreras (Leoncinie et al, 2004 ). En los insectos se han identificado miles de feromonas con estructuras moleculares, y las feromonas cebadoras son las cuartas entre todos los animales.
Los resultados de la investigación anteriores fueron publicados en PNAS (1992, 89: 11726-11729; 2004, 101: 1751-17564), Behavioral Ecology and Sociobiology (1996, 39: 147-158) y Comparative Physiology Magazine. B (1998, 183: 158) El artículo de PNAS de 1992 causó gran repercusión en la comunidad académica. El artículo de 1992 fue citado en el libro de texto "Etología" de J. Alcock. Al mismo tiempo, causó mucho entusiasmo en la entomología social. nuevas investigaciones (como simulación de modelos informáticos, establecimiento de nuevos modelos, etc.), el número de citas alcanzó 108. El artículo de PNAS publicado como artículo de portada en 2004 se consideró un descubrimiento importante en el campo de la entomología social. p>
2. Se analizó el papel de la hormona juvenil en la división social del trabajo de las abejas.
El desarrollo conductual de las abejas obreras está determinado por la concentración de la hormona juvenil (JH) en la hemolinfa. JH se usa para alimentar a las abejas. La concentración es baja y la concentración utilizada para la recolección de abejas es alta.
Por lo tanto, Huang Zhiyong logró los siguientes resultados al estudiar el papel de JH en la división social del trabajo en las abejas:
2.1 Se encontró que los cambios en la tasa de síntesis de la hormona juvenil son las principales razones del cambio. Concentración de JH.
Anteriormente se sabía que los cambios en la concentración de JH pueden afectar los cambios de comportamiento, pero las concentraciones en la hemolinfa pueden cambiar debido a la síntesis, degradación o excreción. Huang Zhiyong aplicó a las abejas por primera vez métodos radioquímicos comúnmente utilizados en otros insectos, demostrando que la tasa de síntesis de la hormona juvenil en las abejas se correlaciona positivamente con el grado de desarrollo del comportamiento. Los resultados de la investigación se publicaron en J. Sect Physiology (1991, 37: 733-741). Este artículo también sentó las bases para el uso futuro de métodos radioquímicos para determinar la biosíntesis de JH en las abejas.
2.2. Aclarar el mecanismo fisiológico de reproducción de las abejas obreras que no es inhibido por la abeja reina y las larvas.
Las abejas obreras generalmente no desarrollan ovarios porque son inhibidos por la abeja reina y las larvas. Cuando la reina y las larvas están ausentes, las abejas obreras comienzan a desarrollar ovarios que pueden poner huevos para convertirse en zánganos. El mecanismo fisiológico de la reproducción de las abejas obreras aún no está claro. La investigación de Huang Zhiyong demostró que el JH en la hemolinfa de las abejas obreras ponedoras de huevos es menor que el de las abejas obreras recolectoras de miel, y la tasa de síntesis de JH también es menor. El desarrollo ovárico también fue inhibido en las abejas obreras tratadas con hormona juvenil. El artículo fue publicado en "General and Comparative Endocrinology" (1992, 87: 471-480).
2.3.Comprender el mecanismo fisiológico de la división social del trabajo entre abejas obreras de la misma edad.
Además de las divisiones de edad formadas por el desarrollo del comportamiento, también existe una división del trabajo entre trabajadores de la misma edad. Por ejemplo, entre las obreras de mediana edad hay abejas guardianas, abejas limpiadoras de cadáveres, abejas secretoras de cera o abejas almacenadoras. ¿Qué mecanismo se necesita para que estas abejas tengan la misma edad pero diferente división del trabajo? Se descubrió que la concentración de JH o tasa de síntesis de las abejas guardianas y las abejas carroñeras de cadáveres era muy alta (similar a la de las abejas recolectoras), mientras que la concentración de JH o tasa de síntesis de las abejas secretoras de cera y las abejas almacenadoras de cera era muy baja. , a pesar de tener la misma edad. Entre las abejas obreras jóvenes, el JH de las abejas obreras y las abejas reinas es el mismo y ambos son bajos, mientras que el JH de las abejas polinizadoras y las abejas recolectoras de agua es el mismo entre las abejas polinizadoras y ambas son altas. Este conjunto de experimentos ilustra por primera vez que JH desempeña un papel regulador en la división social del trabajo en abejas de la misma edad, especialmente en abejas de mediana edad. Este estudio es también la primera vez que Huang Zhiyong utiliza anticuerpos altamente específicos para medir JH en abejas mediante radioinmunoensayo. Este método se ha convertido ahora en el método estándar para determinar la concentración de JH en las abejas. Los hallazgos fueron publicados en el Journal of Comparative Physiology (1994, 174: 731-739).
2.4. Se encontró que la hormona juvenil de las abejas obreras cambia con las estaciones y las condiciones de la colonia.
Ajustar artificialmente la concentración de la hormona juvenil (JH) puede afectar el desarrollo conductual de las abejas obreras. Sin embargo, ¿la concentración de JH en las abejas obreras varía según otras condiciones, como la estación y las condiciones de la colonia? Los experimentos han demostrado que después de que las abejas dejan de recolectar en otoño, la concentración y la tasa de síntesis de JH en las abejas y las abejas jóvenes disminuirán a medida que disminuye la temperatura. Cuando las abejas fueron trasladadas artificialmente al congelador durante el verano, JH también disminuyó significativamente el día 8. Esto sugiere que las abejas pueden regular el JH en función de la temperatura en lugar del fotoperiodo. En primavera, el JH de las abejas obreras vuelve a aumentar y finalmente se convierten en abejas recolectoras. Se encontró que los cambios en las condiciones de la colonia también modulan la concentración de JH. En colonias de la misma edad (todas las abejas obreras emergen el mismo día), la concentración de JH aumenta significativamente antes de que las obreras se conviertan en recolectoras precoces. Además, cuando la colonia está abarrotada (un requisito previo para la clasificación de enjambres), aumenta la concentración de JH. es Retraso, retrasar el desarrollo de las abejas obreras que se van a clasificar, hacer que las abejas obreras de la colonia clasificada sean fisiológicamente más jóvenes para adaptarse a la situación en la que las abejas obreras de la colonia de abejas recién clasificadas necesitan cuidar a las abejas jóvenes durante un período de tiempo más largo.
Los resultados de la investigación anteriores se publicaron en "Journal of Comparative Physiology B" (1995, 165: 18-28), "Journal of Sectarian Physiology" (2000, 46: 243-249) y "Journal". of Economic Entomology" (2005, 98: ).
2.5. Se aclara la relación entre la concentración de la hormona juvenil y la intensidad y ferocidad de la danza juvenil.
Como se mencionó anteriormente, La hormona juvenil (JH) se ve afectada por muchos factores. Las abejas obreras tienen una danza vibratoria, que desempeña principalmente un papel de invocación, es decir, hace que las abejas obreras vibratorias aumenten su carga de trabajo, principalmente cuando el clima mejora después de una lluvia prolongada. o antes de volar en grupos.
Huang imagina que esta danza podría aumentar rápidamente la concentración de JH, aumentando así la actividad de las abejas obreras. Los hechos han demostrado que la suposición de Huang Zhiyong es correcta. Entre 15 y 30 minutos después de que las abejas obreras vibraron, la concentración de JH fue significativamente mayor que la de las abejas de control (sin vibración dentro de 5 a 30 minutos). Huang Zhiyong también especuló que el aumento de JH puede estar relacionado con la ferocidad de las abejas obreras. Se encontró que la concentración de JH tanto de las abejas de invierno como de verano era menor, y el comportamiento resistente de las abejas extranjeras también era menor. En verano, las abejas que son agresivas con las abejas extranjeras en la misma colonia también tienen concentraciones de JH más altas que las abejas que no son agresivas con las abejas extranjeras. Por tanto, JH se correlaciona positivamente con la ferocidad de las abejas. Los resultados de la investigación fueron publicados en J. Sect Physiology (2001, 47: 1243-1247) y Animal Ethology (2004, 110: 977-).
Los resultados de la investigación anterior aclaran las causas y consecuencias del aumento de la concentración de JH, que desempeñan un papel importante en la comprensión del comportamiento social de las abejas.
3. Se estudiaron los efectos del polen de plantas transgénicas sobre las abejas y sus plagas.
Las plantas genéticamente modificadas se cultivan cada vez más en todo el mundo, pero las evaluaciones de sus efectos sobre las abejas, un importante insecto beneficioso, se limitan principalmente a proteínas obtenidas en laboratorio. Huang Zhiyong cree que dado que el gen insertado puede tener múltiples efectos, diferentes empalmes o interacciones entre el huésped y el gen insertado, puede ser más confiable utilizar directamente el polen para determinar el impacto de las plantas transgénicas en las abejas. Huang Zhiyong determinó los efectos del polen de maíz genéticamente modificado (Cry1A(b), Cry1F) y de la colza (canola) genéticamente modificada (resistente a herbicidas) en las abejas. Los experimentos han demostrado que el polen de maíz modificado genéticamente no tiene efectos secundarios obvios sobre la tasa de supervivencia, el peso de las pupas y la concentración de proteína hemolinfa de las abejas recién emergidas en pruebas de campo. Por el contrario, el polen Cry1F tiene un mejor efecto de control (tasa de mortalidad 100). En dos años de experimentos de campo, Huang Zhiyong no encontró ningún efecto secundario del polen de colza transgénico sobre la tasa de supervivencia de las larvas, la tasa de supervivencia de las pupas, el peso de las pupas y la concentración de proteína de hemolinfa de las abejas recién emergidas. Estos experimentos proponen un nuevo modelo de evaluación que influirá en evaluaciones más completas de plantas transgénicas en el futuro. Los resultados de la investigación fueron publicados en J. API Cultural Research (2003, 42: 77-78) y J. Economic Entomology (2004, 97: 1517-1523).
4. El mecanismo de resistencia de los pulgones gigantes a la piretrina y su clasificación y control molecular en China.
El ácaro Varroa gigante es reconocido mundialmente como la mayor plaga de las abejas. En los últimos años, los ácaros Varroa han desarrollado resistencia a una piretrina (ciflutrina) que se utiliza desde 1991, pero el mecanismo de resistencia no está claro. Debido a que el objetivo de todos los fármacos piretroides son los canales de sodio, Huang Zhiyong planteó la hipótesis de que la resistencia de los ácaros Varroa se debe a cambios genéticos en los canales de sodio, cambiando así la unión de las proteínas de los canales de sodio a los piretroides. Gracias a esfuerzos a largo plazo, los equipos de investigación de Dong Ke y Huang Zhiyong colaboraron por primera vez para clonar y secuenciar el gen completo de los canales arácnidos de sodio. El ADNc del canal de sodio del ácaro de las abejas contiene 6645 bases y 2215 aminoácidos. La secuencia de aminoácidos deducida tiene una similitud de 51 puntos con Drosophila y una similitud de 41 puntos con el gen Nav1.6 de mamífero. Descubrieron que hay 4 mutaciones que pueden estar relacionadas con la resistencia a los medicamentos de los ácaros Varroa, a saber, F758L, L826P, I982V y M1055I (la numeración es la posición del aminoácido, la primera letra es el aminoácido original y la última letra es el aminoácido mutado). Después de años de esfuerzos, el gen del canal de sodio de los ácaros Varroa finalmente se expresó en huevos de rana, sentando las bases para determinar aún más sus propiedades farmacológicas in vitro. Los resultados fueron publicados en J. API Cultural Research (2002, 40: 17-25) e Intersect Biochemistry and Molecular Biology (2003, 33: 733-739).
En colaboración con los científicos chinos (Zhou Ting, Huang Shuangxiu) y australianos Denis Anderson, llevamos a cabo un estudio de clasificación del ácaro gigante Varroa utilizando marcadores moleculares de ADN mitocondrial.
Por primera vez se descubrió que los ácaros Varroa gigantes de las abejas melíferas occidentales y de las abejas orientales chinas son ácaros Varroa. Sin embargo, los ácaros Varroa, que generalmente se consideran dañinos para otras abejas, son por el contrario y no existen en absoluto. También descubrieron un nuevo genotipo, denominado China2. Estos resultados sientan una buena base para el futuro trabajo de prevención y cuarentena de los ácaros Varroa en mi país. Los resultados fueron publicados en Beekeeping (2004, 35: 645-654).
Se sabe desde hace mucho tiempo que el ácaro gigante Varroa prefiere los zánganos, y su preferencia por los zánganos es de aproximadamente 10:1. Muchos apicultores colocan el panal del zángano en la colmena, lo sellan, lo sacan y lo ponen en el congelador para matar al zángano y a los ácaros gigantes que hay en él. En 2002, Huang Zhiyong inventó un dispositivo para matar los ácaros gigantes Varroa, que se obtuvo en los Estados Unidos. Recientemente, la empresa compró los derechos de fabricación de la patente. Los resultados fueron publicados en el American Bee Journal (2001, 141: 730-732).
5. Estudio ecológico evolutivo de los alelos sexuales de las abejas.
El sexo de las abejas se determina mediante el mecanismo de "determinación complementaria del sexo" (CSD). Los heterocigotos diploides se vuelven femeninos y los haploides se vuelven masculinos. Sin embargo, cuando los alelos sexuales son homocigotos, los diploides aún se convierten en machos. En una colonia de abejas normal, las abejas obreras se comen los machos diploides. Así que hay mucha presión de selección sobre las abejas obreras para que sean heterocigotas. Esta teoría siguió siendo una hipótesis durante más de cien años. Hasta hace poco, se secuenció el gen de csd y finalmente se demostró que era un gen determinante del sexo (Beye et al., 2003). Debido a la fuerte presión de selección, csd debería exhibir un alto grado de polimorfismo intraespecífico y sus alelos pueden ser más antiguos que la especie. Huang y sus colaboradores compararon las secuencias del gen csd de tres especies de abejas (Apis orientalis, Apis orientalis y Apis orientalis) con regiones de genes neutros seleccionadas al azar y descubrieron que: (1) el CSD es más polimórfico que los genes neutros aproximadamente ⑵; El análisis de pedigrí muestra que csd es polimórfico dentro de la especie, mientras que el gen neutro no es polimórfico; ⑶. De acuerdo con la predicción de la ventaja de los alelos raros, las mutaciones no sinónimas se vieron afectadas por efectos positivos cuando aparecieron por primera vez. ⑷ Se descubrió que entre tres tipos diferentes de abejas, cada una tiene su propia región de repetición hipervariable, y se especula que cada una tiene su propio mecanismo diferente para determinar la especificidad del alelo. El artículo de investigación fue publicado en el número especial de 2006 de "Bee Genome" (Genome Research 16: 1366-1375).