摘要：一项新研究显示，一种研究称为景观转录组学的基因表达模式的新方法可能有助于查明是什么引起大黄蜂的压力，并最终可以深入了解为什么蜜蜂种群总体上下降了。...
根据宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的一项研究，一种称为景观转录组学的基因表达模式的新方法可能有助于查明是什么引起大黄蜂的压力，并最终可以深入了解为什么蜜蜂种群总体下降。该团队在期刊上发表了他们的发现分子生态学。
这项研究是对景观转录组学领域的首次测试，该领域最近由宾夕法尼亚州立大学农业科学学院的科学家领导的跨学科团队设想。该团队假设可以从野外收集动物和植物，并根据其基因表达曲线中的特定模式或特征来确定他们所经历的压力源。
在这项研究中，科学家使用一种称为机器学习的人工智能方法来评估单个大黄蜂的基因表达谱。研究人员发现，该方法可以准确地鉴定出实验室和野外蜜蜂中的压力源（例如过量和冷的压力）的遗传特征。
加布里埃拉·昆兰（Gabriela Quinlan）在担任农业科学学院的博士后学者时领导了这项研究，她说的结果表明，景观转录组学可用于加速高危物种的保护工作。
她说：“这是展示这一新策略来识别高风险人群的一步，并展示了如何在实验室和现场使用这些机器学习模型。” “我们还发现了直接适用的见解，例如与大黄蜂中不同压力源相关的基因集，我们以前从未有过。”
研究人员说，与许多其他动植物一样，蜜蜂目前正在世界各地衰落，这表明某些事情正在引起足够的压力以触发人群的下降。但是，确切地了解这些压力源可能具有挑战性。
根据克里斯蒂娜·格罗因格（Christina Grozinger）的说法，这就是景观转录组学的来源，公开了昆虫学教授和哈克生命科学研究所主任。
Grozinger说：“这就像法医生物学一样，您可以在其中查看生物体的基因表达模式，并确定与它所经历的压力有关的签名或指纹。” “景观转录组学应该使我们能够比传统方法更快地确定目标物种的压力种群，这些方法需要在长时间内收集和分析许多样本。”
尽管先前的研究发现，在非常受控的条件下，在实验室中饲养和治疗的生物体中特定胁迫的转录特征可以检测到转录特征，但研究团队希望查看该方法在野外生活的生物体中是否仍然是可行的。
Grozinger说：“在典型的实验室研究中，我们使用来自相同遗传背景的生物，以相同的方式饲养，并且在紧密控制水平和时间段内暴露于压力源。” “但是从野外收集生物，我们对它们或他们所经历的压力一无所知，因此我们很好奇我们是否仍然可以看到这些与压力相关的特定的转录指纹。”
在这项研究中，研究人员首先在实验室进行了一个实验，在该实验中，他们将大黄蜂暴露于不同类型的压力源，包括热，冷和免疫挑战。然后，他们提取了蜜蜂的RNA - 用于构建蛋白质并帮助调节生物学功能的遗传物质 - 并将样品发送到宾夕法尼亚州基因组核心设备进行高吞吐量测序。
这为研究人员提供了与每个基因相对应的RNA链数的信息，该基因代表基因表达模式。然后使用来自暴露于不同压力源的个体的RNA曲线来训练机器学习模型，这是一种人工智能，以识别每种基因表达的模式与每种类型的压力源相关。
昆兰说，这项研究的优势是他们训练机器学习模型以识别每个压力源的不同遗传特征的方法。
“我们知道，在自然界中，生物会同时受到多种压力源，那么我们如何将一种压力源与另一个压力源相对于另一个压力呢？”她说。 “我们使用了一种从所有基因中获取所有输入的算法，并在蜜蜂经历每个压力源时发现了出现的模式。我们能够以92％的精度获得模型，然后我们可以用来评估野生蜜蜂。”
在第二次实验中，该团队从两个地点收集了野生蜜蜂：一个在宾夕法尼亚州立大学的植物园，另一个在森林，更山区的地区。
选择这些地点是为了增加蜜蜂暴露于不同压力的可能性 - 植物园里的蜜蜂可以获得丰富的花卉资源和大量的阳光，而第二个地点的蜜蜂则经历了更多的阴影，并且可能没有那么多花朵来觅食。
在分析了这些蜜蜂的转录组后，研究人员发现该模型再次非常准确地预测蜜蜂所经历的压力。但是，研究人员发现，这些特征在蜜蜂的RNA中并没有持续很长时间。在热浪后的早晨收集的蜜蜂中，当环境温度恢复正常时，它们的遗传症状不再可见。
但这也意味着研究人员可以收集有关蜜蜂如何度过一天的精确细节。例如，他们发现许多蜜蜂在早晨被收集时表现出饥饿压力的签名，与傍晚相比，这可能会深入了解蜜蜂的觅食方式和他们的觅食动机。
昆兰说，将来，额外的工作可能会训练这些模型，以吸收蜜蜂经历了更长时间的压力源。
她说：“这项研究的最初动机是查看寿命更长的签名，以便我们可以从长期来学习强调这些蜜蜂的压力，并可能导致人口下降。” “转录组学非常敏锐，因为它可以掌握目前正在发生的事情，因此可能是训练这些模型以在这些长期，更微妙的差异中接收的问题。”
生物学和昆虫学副教授希瑟·海因斯（Heather Hines）也合着了这项研究。
宾夕法尼亚州立农业科学学院战略网络与计划计划和美国国家科学基金会生物学研究奖学金奖学金支持这项研究。
