法兰克福。许多动物群体都各自独立地产生了毒液。膜翅目昆虫中有许多有毒物种，该目昆虫还包括蜜蜂、黄蜂和蚂蚁等有刺昆虫。膜翅目物种非常丰富，仅蜜蜂就有 6000 多种。然而，尽管膜翅目动物具有巨大的生态和经济重要性，但人们对其毒液的进化发展却知之甚少。
目前，法兰克福歌德大学细胞生物学和神经科学研究所应用生物信息学工作组的访问科学家 Björn von Reumont 博士领导的研究人员通过比较基因组学，首次系统地研究了如何蜜蜂和其他膜翅目类群的毒液的最重要成分是在进化过程中形成的。毒素是由小蛋白质(肽)和一些大蛋白质和酶组成的复杂混合物。螫刺昆虫借助特殊的螫刺装置，主动将这种有毒的混合物注射到猎物或攻击者体内。
第一步，研究人员确定了毒液中哪些肽和蛋白质在膜翅目动物中最常见。为此，他们利用了蛋白质数据库中的信息，尽管这些信息很少。此外，他们还分析了两种野生蜜蜂——紫罗兰木蜂(Xylocopa violacea)和大带犁沟蜂(Halictus scabiosae)以及蜜蜂(Apis mellifera)的毒液中的蛋白质。他们在所有分析的膜翅目毒液中发现了相同的 12 个肽和蛋白质“家族”。这些显然是这些毒液鸡尾酒中的“常见成分”。
随后，研究小组与莱布尼茨生物多样性变化分析研究所 (LIB)、慕尼黑工业大学 (TUM) 和罗意威转化生物多样性基因组学中心 (LOEWE TBG) 的同事合作，寻找了这 12 种基因。 32 个膜翅目类群基因组中的肽和蛋白质家族，包括汗蜂和无刺蜂，还有黄蜂和蚂蚁，例如臭名昭著的火蚁 ( Solenopsis invicta )。这些基因的差异，在某些情况下只是遗传密码的单个字母的交换，帮助科学家确定不同物种基因之间的关系，然后在人工智能和机器学习的帮助下，编制一个谱系毒液基因。
令人惊讶的结果是，所分析的许多毒液基因都存在于所有膜翅目动物中。显然，所有膜翅目类群的共同祖先 已经拥有这些基因。“这使得膜翅目动物作为一个整体是有毒的，”冯·鲁蒙总结道。“对于其他类群，例如毒蛇类，包括蛇、蜥蜴和蜥蜴，科学仍在争论这些毒液是否可以追溯到共同的祖先，或者它们是否是单独进化的。”
在膜翅目中，只有蜜蜂、黄蜂和蚂蚁等带刺昆虫才有真正的毒刺来释放毒液。相比之下，进化中的古老寄生锯蝇利用产卵器和卵来注入改变寄主植物生理机能的物质：例如，木黄蜂(Sirex noctilio )不仅将真菌引入植物，从而促进了植物的生长。其幼虫在木材上定殖，而且其自身含有研究中检测的毒液蛋白的有毒混合物。这些蛋白质的目的是在植物中为幼虫创造合适的条件。“这意味着西雷克斯木黄蜂也可以被归类为有毒的，”冯·鲁蒙特说。
蜜蜂中新的毒液成分是肽蜂毒素的基因和新描述的蛋白质家族 anthophilin-1 的代表基因。蜂毒肽仅由一个基因编码这一事实令研究人员感到惊讶，正如 von Reumont 解释的那样：“蜂毒肽不仅有许多不同的变体，而且这种肽还占蜂毒肽干重的 60%。蜂毒。这就是为什么科学之前假设一定存在许多基因拷贝。我们能够非常清楚地反驳这一点。” 由于他们只在蜜蜂中发现了蜂毒肽基因，研究人员还否定了这一假设，即它属于一组被称为刺针毒素的螫刺昆虫的毒液基因。冯·鲁蒙坚信：“这再次向我们表明，基因组数据是得出有关毒液基因进化的有意义结论的唯一方法。”
法兰克福的研究是第一个展示大约一百万个物种的整个昆虫类群的毒液基因起源及其发展方式的研究。它为追踪膜翅目祖先毒液基因的进化以及该类群内的特化提供了一个起点。然而，为了能够大规模地进行比较基因组学，部分非常大的蛋白质家族的分析方法必须首先实现自动化。
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