白蟻品級分化研究進展

嵇保中，張 磊，劉曙雯，姜宏健，金明霞

(1.南京林業(yè)大學林學院, 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇 南京 210037；2. 南京中山陵園管理局, 江蘇 南京 210014)

社會性昆蟲品級分化是一種多型現(xiàn)象(polyphenism)，即具有相同遺傳背景的個體在胚后發(fā)育中因為基因表達差異從而形成了具有不同特征的個體。由于基因表達的不連續(xù)變化，導致個體間形成明確的形態(tài)和功能分化類群，這種因表型可塑性形成的非連續(xù)性形態(tài)分化，也稱為品級多型(caste polyphenism)[1]。白蟻品級的記載可遠溯至1781年Smeathman的工作[2]，但對白蟻品級分化的研究則以Grassi等的工作開始為標志[3]。作為社會性昆蟲，白蟻兼具“昆蟲”和“社會性”雙重屬性。與其他不完全變態(tài)昆蟲類似，白蟻一生經(jīng)歷卵、若蟲、成蟲3個階段，形成卵、無翅芽若蟲、若蟲、有翅成蟲等非品級個體。但在特定蟲態(tài)之下會進一步分化，形成工蟻、兵蟻、生殖蟻等品級個體[2]。從胚后發(fā)育的角度，社會性昆蟲的品級分化是對胚后發(fā)育正常方向的偏離[4]。白蟻的偏離主要發(fā)生在若蟲期，如工蟻、兵蟻、假工蟻、幼體生殖蟻等均屬于若蟲偏離型個體。而來源于有翅成蟲的原始生殖蟻、成蟲型生殖蟻則屬于成蟲偏離型個體[2, 5]。白蟻品級分化包括群體成員對環(huán)境的感知、相關信息的傳遞、個體對外部信息的生理響應、激素及其調(diào)控途徑等環(huán)節(jié)[6]。近年來，表觀遺傳學與白蟻品級分化的關系逐漸受到關注[7]。筆者從品級分化的類型及其影響因子、個體識別、信息傳遞、激素調(diào)控機理等方面，對白蟻品級分化的研究現(xiàn)狀進行綜述，以期為白蟻群體結(jié)構(gòu)的深入理解及有效防治提供參考。

1 白蟻品級分化的類型及影響因子

1.1 生殖個體分化

白蟻的生殖分化包括初生生殖蟻、次生生殖蟻和成蟲型生殖蟻的分化，其有翅成蟲分化的起點與胚后發(fā)育途徑有關，胚后發(fā)育途徑為直線式的種類分化且發(fā)生較晚，無翅芽若蟻孵化后經(jīng)過數(shù)次蛻皮形成的高齡無翅芽若蟻和末齡無翅芽若蟻(假工蟻)，均可發(fā)育形成有翅成蟲。二岐式途徑的種類分化一般較早，在前期依賴性無翅芽若蟻或后期無翅芽若蟻蛻皮時進入若蟻路徑，進而發(fā)育形成有翅成蟲[2]。次生生殖蟻可由兩性生殖形成的雌雄個體產(chǎn)生，包括由無翅芽若蟻形成的嚴格意義上的幼體生殖蟻，工蟻形成的工蟻型幼體生殖蟻(擬工蟻)，兵蟻形成的兵蟻型幼體生殖蟻，若蟻形成的若蟲型幼體生殖蟻(擬若蟻)[2]。次生生殖蟻的形成與系統(tǒng)進化地位有關。對6科61屬199種白蟻的統(tǒng)計分析表明，低等白蟻可產(chǎn)生次生生殖蟻的屬占比達61.7%，高等白蟻的占比為13.4%[8]。雌性次生生殖蟻也可由初生生殖蟻通過產(chǎn)雌孤雌生殖產(chǎn)生，這種由原始蟻后通過孤雌生殖形成次生蟻后，使原始蟻后遺傳信息得到保真和擴增的途徑，稱為無性蟻后繼承(asexual queen succession，AQS)系統(tǒng)。AQS系統(tǒng)已在南方散白蟻(Reticulitermesvirginicus)、棲北散白蟻(R.speratus)、Embiratermesneotenicus等白蟻中發(fā)現(xiàn)[9]。

1.2 非生殖個體分化

白蟻的非生殖分化包括工蟻、假工蟻、兵蟻的分化。工蟻為蟻巢與采食場所完全分開或部分重疊的種類所具有，為適應離巢覓食需要，工蟻的足、體壁高度骨化而強健，分化形成其他品級個體的潛力明顯下降[2]。假工蟻是若蟻通過返還式蛻皮或高齡幼蟻通過漸進式蛻皮形成的與幼蟻存在形態(tài)區(qū)別的個體。兵蟻由無翅芽若蟻或工蟻發(fā)育形成，形成兵蟻的無翅芽若蟻或工蟻的蟲齡不同，形成的兵蟻大小各異，而不同大小的個體在職能上也存在分化，分別稱為大兵和小兵[2]。

1.3 品級分化的影響因子

白蟻品級分化的影響因子包括遺傳和環(huán)境因素兩個方面，前者如品級個體的性別連鎖，后者包括溫度、營養(yǎng)、群體結(jié)構(gòu)和成熟程度等。群體中原有品級個體對同類品級的分化有抑制作用，但對其他品級個體的分化有促進效果。洞白蟻(Porotermesadamsoni)功能性補充生殖蟻可以阻止新補充生殖蟻形成。在缺乏功能型生殖蟻時，許多幼蟻和若蟻均可發(fā)育成為補充生殖蟻。功能性雌蟻對其他雌蟻性成熟的抑制效果比對其他雄蟻的抑制效果更強，但這種抑制效果是短暫的。將生殖蟻移出群體2～4 d后，抑制作用則完全消失[10]。山林原白蟻(Hodotermopsissjostedti)雌雄次生生殖蟻能以性特異性方式調(diào)節(jié)次生生殖蟻的分化。雌性次生生殖蟻的存在可以抑制4～7齡幼蟻(假工蟻)向雌性次生生殖蟻的分化，而雄性次生生殖蟻則可促進雌性次生生殖蟻的分化[11]。營養(yǎng)改善可促進兵蟻分化。內(nèi)華達動白蟻(Zootermopsisnevadensis)新建群體兵蟻由最早出現(xiàn)的3齡幼蟻約在8日齡時分化形成前兵蟻進而形成兵蟻，生殖蟻對該3齡幼蟻哺喂養(yǎng)的頻次明顯多于其他幼蟻[12]。第2堆砂白蟻(Cryptotermessecundus)屬于單片巢型白蟻，木料是其食物也是其居所，食物的可利用性是決定個體是否發(fā)育為分飛蟻的重要因子，食物數(shù)量下降伴隨著蟻巢壽命的縮短，巢內(nèi)個體的發(fā)育方向就會從助手蟻(工蟻)改變?yōu)榉诛w蟻[13]。臺灣乳白蟻(Coptotermesformosanus)工蟻向兵蟻的分化受溫度調(diào)節(jié)，提高溫度促使兵蟻形成的數(shù)量更多、分化速率更快[14]。品級分化還受群體成熟程度的影響。來自成熟群體的黑胸散白蟻(Reticulitermeschinensis)工蟻形成成熟替代生殖蟻的歷期顯著縮短，在工蟻群體中添加兵蟻會延長替代生殖蟻產(chǎn)生歷期。來自幼年群體的工蟻，在替代生殖蟻分化前期，取食量呈增加趨勢[15]。群體數(shù)量也影響品級分化。臺灣乳白蟻以5頭工蟻建群，不能分化出兵蟻；10頭以上工蟻組成的群體可產(chǎn)生兵蟻[16]。遺傳基因?qū)ζ芳壏只挠绊懮婕靶赃B鎖。棲北散白蟻品級的遺傳決定符合單個X-連鎖位點、兩個等位基因(A、B)的遺傳模型，工蟻型、若蟻型替代生殖蟻交配產(chǎn)生的后代中具有wkAB和wkAY基因型的個體發(fā)育為工蟻，具有wkAA和wkBY基因型的發(fā)育為若蟻[17]。一些白蟻的工蟻和兵蟻有性別傾向。長鼻白蟻屬(Schedorhinotermes)和棒鼻白蟻屬(Parrhinotermes)的工蟻、兵蟻為雌性，而無刺白蟻屬(Anacanthotermes)和角象白蟻屬(Cornitermes)的工蟻、兵蟻為雄性[18]。

2 白蟻品級分化的群體內(nèi)信息傳遞

個體對群體狀況的感知是品級分化的前提，主要包括對群體內(nèi)其他個體的類別、生理情況等信息的感受與傳遞，群體內(nèi)的個體兼有釋放者和感受者雙重職能。同時，較為密閉的巢內(nèi)環(huán)境使白蟻在背景氣味、信息化合物以及感受機制等方面有別于其他開放空間活動的昆蟲。

2.1 表皮碳氫化合物

表皮碳氫化合物(cuticular hydrocarbon, CHC)是昆蟲上表皮中碳鏈長度在C20—C50、直鏈或支鏈、飽和或不飽和烴類混合物，是昆蟲表皮蠟層的主要成分。CHC的基本功能是在蟲體表面形成疏水層，減少體內(nèi)水分散失并防止有害物質(zhì)(如農(nóng)藥)和病原微生物入侵。CHC是白蟻種間、種內(nèi)以及群體內(nèi)個體類型和生理狀態(tài)識別的重要依據(jù)[19]。臺灣乳白蟻各品級個體間CHC組分相似，但各組分含量不同，工蟻和兵蟻之間差異最顯著。不同季節(jié)工蟻和兵蟻均有周期性變化的組分出現(xiàn)，這種周期性變化與長翅生殖蟻的產(chǎn)生有關[20]。內(nèi)華達動白蟻不同生殖狀態(tài)的生殖蟻、工蟻和兵蟻間CHC組分有明顯差異，其中6,9-二十九二烯烴、6, 9-三十一烷、6,9,17-三十二烷和6,9,17-三十三烷僅蟻王和蟻后體內(nèi)存在[19]。黑翅土白蟻(Odontotermesformosanus)工蟻、兵蟻、幼蟻、長翅生殖蟻的CHC組分種類相同，但組分含量存在差異。不同齡幼蟻和不同發(fā)育階段工蟻，CHC存在特征性組分含量，CHC分泌隨個體發(fā)育而改變[21]。北美散白蟻(Reticulitermesflavipes)工蟻、兵蟻、若蟻、替代生殖蟻CHC組成成分不同，用保幼激素類似物(juvenile hormone analogue, JHA)誘導工蟻分化為兵蟻時，在工蟻—前兵蟻和前兵蟻—兵蟻蛻皮前后，CHC組成成分均會發(fā)生變化[22]。北美散白蟻蟻后的特異性CHC為正二十一烷，屬于蟻后識別信息素，應用玻璃假體生測可激發(fā)工蟻的行為反應[23]。

2.2 揮發(fā)性化合物

高山象白蟻(Nasutitermestakasagoensis)蟻后、工蟻、兵蟻、有翅成蟲和卵揮發(fā)物中特異性化合物的種類：兵蟻有7種，有翅成蟲、卵、蟻后各1種。蟻后特異性揮發(fā)物為苯乙醇[24]，工蟻揮發(fā)物中無特異性化合物。棲北散白蟻雌性替代生殖蟻能產(chǎn)生揮發(fā)性抑制信息素，抑制雌性替代生殖蟻的分化。信息素的活性成分為n-丁基-n-丁酯和2-甲基-1-丁醇。用這兩種成分配制的人工信息素具有與替代生殖蟻活體類似的效果。卵也能產(chǎn)生上述兩種信息素成分，用于吸引工蟻和抑制生殖蟻分化[25]。n-丁基-n-丁酯和2-甲基-1-丁醇還具有抗菌活性，能顯著降低棲北散白蟻卵表寄生真菌的孢子萌發(fā)率和菌絲生長。推測白蟻最初可能利用這些成分保護卵和蟻后，此后逐漸演變?yōu)橄伜蟮纳沉π盘栁镔|(zhì)[26]。北美散白蟻兵蟻頭部提取物中含有γ-杜松烯和γ-cadinenal，分別是兵蟻分化的促進或抑制成分[27]。棲北散白蟻卵表的抗菌蛋白溶菌酶屬于白蟻卵識別信息素，對革蘭氏陽性細菌有抗菌活性，對工蟻卵搬運和梳理行為有強烈激發(fā)效果[28]。簡單原鼻白蟻(Prorhinotermessimplex)、桑特散白蟻(Reticulitermessantonensis)、黃頸木白蟻(Kalotermesflavicollis)等功能性生殖蟻體表水洗物中含有與年齡、生殖狀態(tài)有關的性特異性蛋白，可能參與品級識別和調(diào)節(jié)[29]。

2.3 信息化合物的傳遞途徑

一般認為大分子揮發(fā)性差的CHC通過直接接觸傳遞，小分子揮發(fā)性強的信息化合物則可通過分子揮發(fā)間接傳遞。但有時兩者缺乏明確的界限。象白蟻(Nasutitermeslujae)兵蟻可以抑制或延滯新兵蟻的產(chǎn)生，這種抑制效果來源于兵蟻顎腺分泌的引物信息素，必須通過直接接觸才起作用[30]。臺灣乳白蟻工蟻必須與兵蟻或前兵蟻發(fā)生直接蟲體接觸才能產(chǎn)生抑制效果[31]。山林原白蟻生殖蟻抑制工蟻向次生生殖蟻分化也是通過蟲體直接接觸介導的[11]。用人工合成的蟻后信息素在供試工蟻群體與信息素揮發(fā)源分開的情況下，對棲北散白蟻工蟻群體的生殖蟻分化有顯著的抑制效果[25]。Korb[32]認為群體規(guī)模較小的單片巢型白蟻，群體內(nèi)信息交流以接觸為主；而群體規(guī)模較大的離散巢型白蟻，蟲體接觸無法保證，則需要揮發(fā)性信息素。北美散白蟻的蟻后信息素正二十一烷，也能激發(fā)工蟻振動和觸角反應[23]。上述說明白蟻群體內(nèi)的信息化合物兼具引物信息素和釋放信息素雙重效應。

3 白蟻品級分化的激素調(diào)節(jié)

白蟻品級分化是包含蛻皮變態(tài)的胚后發(fā)育過程，具有其他昆蟲蛻皮變態(tài)類似的腦激素(brain hormone, BH)、蛻皮激素(moulting hormone, MH)、保幼激素(juvenile hormone, JH)調(diào)控過程。但品級分化是響應多種環(huán)境因子的動態(tài)過程，其激素調(diào)節(jié)更加細致復雜[5]。正常發(fā)育和多態(tài)分化因子作用于JH-MH偶聯(lián)體，而品級形成和器官分化(上顎、卵巢、翅、性特征)則是對血淋巴內(nèi)激素動態(tài)的應答[33]。

3.1 JH的作用

一般認為，蛻皮間期白蟻的JH水平?jīng)Q定蛻皮分化的結(jié)果[34]，這與其他昆蟲MH啟動蛻皮、JH決定蛻皮后個體發(fā)育方向類似。關于血淋巴JH水平與白蟻品級決定的關系，Nijhout等[35]、Cornette等[36]、Korb[37]先后提出不同的理論模型。Nijhout的模型表明黃頸木白蟻胚后發(fā)育至少存在3個JH敏感期：第1個位于齡期開始階段，決定生殖系統(tǒng)發(fā)育；第2個位于齡期早期，決定翅、復眼、表皮等非生殖性成蟲特征；第3個位于齡期后半段，決定兵蟻特征。如果在3個敏感期JH均處于高水平，個體發(fā)育為兵蟻；如果均處于低水平，則發(fā)育為有翅成蟲。如果齡期開始時JH水平低，完成生殖系統(tǒng)發(fā)育，在第2個敏感期JH水平升高，抑制了非生殖成蟲特征，則發(fā)育為次生生殖蟻。如果前兩個敏感期JH水平高，抑制了成蟲特征，第3個敏感期JH水平低，抑制了兵蟻特征，則進行靜態(tài)蛻皮形成假工蟻。假工蟻形成替代生殖蟻的蛻皮間期最短，似乎處于兵蟻分化決定敏感期之前(圖1)[35]。

圖1 黃頸木白蟻品級決定與JH水平的關系[35]Fig.1 The relationship between Kalotermes flavicollis caste determination and JH level

Cornette等[36]的模型表明,山林原白蟻無翅路線(兵蟻、假工蟻等)發(fā)育過程中，在蛻皮前血淋巴JH水平均有一個峰值。如果蛻皮間期JH維持高水平，假工蟻蛻皮形成前兵蟻，蛻皮前血淋巴JH水平升高，蛻皮后短暫下降隨即恢復高水平直至蛻皮形成兵蟻。如果蛻皮間期JH處于低水平，則啟動靜態(tài)蛻皮形成假工蟻，蛻皮前JH峰值顯著以維持形態(tài)不變。Korb的模型[37]表明，第2堆砂白蟻無翅芽若蟻—若蟻蛻皮后血淋巴JH水平顯著下降。若蟲期JH水平總體呈下降趨勢，每齡若蟻蛻皮后有一個短暫升高，隨若蟻齡數(shù)增加，升高的幅度逐漸減弱。有翅成蟲蛻皮前JH水平升高，成蟲形成后顯著升高。次生生殖蟻分化前JH水平顯著下降，蛻皮后升至較高水平。前兵蟻分化前有一個JH峰，分化后下降至低水平進入兵蟻分化[38]。Korb等[39]的模型涉及JH和社會性因子的互作(圖2)，在缺乏兵蟻或生殖蟻情況下，高水平JH導致工蟻分化形成兵蟻，低水平JH則促進分化形成次生生殖蟻(圖2A)；在兵蟻、生殖蟻存在的情況下，高、低水平JH分別導致返還式蛻皮和漸進式蛻皮(圖2B)。

圖2 低等白蟻的JH和社會性因子互作的品級決定模型[39]Fig.2 The caste decision model of the interaction by JH and social factors of lower termites

血淋巴JH水平是合成和分解的動態(tài)過程。棲北散白蟻工蟻、若蟻、替代生殖蟻體內(nèi)存在去甲哈爾滿，對JH環(huán)氧化水解酶活性具有低濃度促進、高濃度抑制的效果，可通過調(diào)節(jié)JH水平進而影響品級分化[40]。北美散白蟻脂肪體細胞內(nèi)儲存蛋白可與JH結(jié)合，通過對JH的封存抑制血淋巴JH水平，影響品級分化[41]。總體上，白蟻體內(nèi)JH的作用與其他昆蟲類似：在幼蟻體內(nèi)，具有維持原有狀態(tài)的作用。在成蟻體內(nèi)，則具有促性腺作用。除上述JH水平與品級決定之間的關系外，還有一些品級分化現(xiàn)象與JH水平有關。①JH可以調(diào)節(jié)CHC成分：用JHA誘導北美散白蟻工蟻分化為兵蟻時，在工蟻—前兵蟻和前兵蟻—兵蟻蛻皮前后，CHC組成成分均會發(fā)生變化[22]。JH對生殖特異性CHC合成與分泌的促進，可能與促進生殖系統(tǒng)發(fā)育有關[42]。②群體數(shù)量和群體中兵蟻對兵蟻分化的調(diào)節(jié)作用，是通過影響工蟻JH水平而實現(xiàn)的。將臺灣乳白蟻工蟻和不同數(shù)量的兵蟻組成實驗群體，一段時間后，低兵蟻組工蟻體內(nèi)JH水平更高。隨著兵蟻比例下降新產(chǎn)生的兵蟻數(shù)量增加，工蟻體內(nèi)的JH水平與群體內(nèi)兵蟻數(shù)量呈顯著正相關[43]。臺灣乳白蟻10頭以上工蟻組成的群體可產(chǎn)生兵蟻。當建群數(shù)量從50增加到1 000頭時，工蟻JH水平提高。而兵蟻的存在則降低了群體數(shù)量對工蟻JH水平的影響[16]。③溫度對品級分化的影響可能也與JH水平有關。對北美散白蟻的研究表明，兵蟻抑制性儲存蛋白的豐度和儲存蛋白對JH的封存能力均呈顯著的溫度依賴性效果[44]。

3.2 MH的作用

白蟻品級分化是感受環(huán)境信息后，BH、MH、JH協(xié)同作用的結(jié)果[6]。Okot-Kotber[45]報道邁克爾森大白蟻(Macrotermesmichaelseni)胚后發(fā)育過程中，從1齡無翅芽若蟻直到1～5齡若蟻，其前胸腺體積持續(xù)增加，成蟲蛻皮后前胸腺消失。但這種體積變化與生殖蟻特征分化的關系卻不清楚。邁克爾森大白蟻體質(zhì)量較輕的3齡雌性無翅芽若蟻蛻皮形成小工蟻，較重的個體形成小前兵蟻，進而形成小兵蟻。蛻皮變態(tài)期間皮層脫離、皮細胞生長、新表皮沉積、蛻皮等表皮變化，與MH水平提高顯著相關，在這些變化中體質(zhì)量較輕的幼蟻個體總是滯后2 d。在前兵蟻向兵蟻轉(zhuǎn)變中，也有兩個明顯的MH峰[46]。將北美散白蟻工蟻隔離后，血淋巴內(nèi)JH、MH水平均升高，認為可能是誘導工蟻分化的啟動效應。檢測發(fā)現(xiàn)MH主要為20-羥基蛻皮酮(20E)，推測20E對白蟻形態(tài)發(fā)生更重要，而蛻皮酮(E)對促進生殖系統(tǒng)發(fā)育更重要[47]。用早熟素Ⅰ處理第2堆砂白蟻工蟻群體，產(chǎn)生的兵蟻比對照群體更少。處理組會產(chǎn)生工蟻-若蟻中間體、末期若蟻和有翅成蟲。說明早熟素Ⅰ處理可抑制兵蟻發(fā)育、促進成蟲性狀發(fā)育[48]。將細腰濕木白蟻(Zootermopsisangusticollis)成蟲脫翅后按雌雄配對、雌雌配對、雌蟻單獨飼養(yǎng)處理，雌雄配對組的雌蟲，第5天 MH滴度提高，并保持在高水平。雌蟻獨處和雌雌配對處理的雌蟻，MH滴度下降并保持低水平至少15 d，到30 d時顯著提高[49]。第2堆砂白蟻胚后發(fā)育伴隨著JH、MH水平的波動，若蟻和初生生殖蟻體內(nèi)MH含量一般很低(小于50 pg/μL)，但在3、4齡若蟲和有翅成蟲的某些個體內(nèi)MH滴度升高[50]。

3.3 JH、MH的下游信號

JH、MH的下游信號主要包括：①基因組信號。內(nèi)華達動白蟻JH受體基因(Met)同源基因(ZnMet)前兵蟻蛻皮后在頭部的表達增加。在前兵蟻蛻皮前用ZnMet雙鏈RNA(dsRNA)注射可以降低這種高表達。處理不會引起前兵蟻形態(tài)變化，但會使兵蟻上顎更短，頭殼更小[51]。內(nèi)華達動白蟻前兵蟻蛻皮后，MH受體基因(EcR)即刻高表達。前兵蟻早期敲除EcR，可抑制前兵蟻蛻皮形成兵蟻。在前兵蟻中期敲除，則影響酪氨酸代謝基因表達，抑制兵蟻特異性表皮鞣化[52]。對Met進行RNA干涉(RNAi)，可抑制內(nèi)華達動白蟻前兵蟻蛻皮。敲除Met可抑制20E合成基因的表達。對JHA處理個體中的這些基因進行RNAi，20E信號和核受體基因(HR39/FTZ-F1b)的敲除導致新蛻皮個體出現(xiàn)正常的工蟻表型[53]。與若蟻和工蟻比較，JH信號基因Met、kr-h1、Br-c在棲北散白蟻次生生殖蟻腹部高表達。對Met進行RNAi導致新蛻皮次生生殖蟻卵黃原蛋白基因表達的抑制[54]。②凋亡決定信號。昆蟲變態(tài)發(fā)育過程中，MH會激活遺傳級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控的凋亡信號通路，誘導一些組織細胞的凋亡[55]。尖唇散白蟻(Reticulitermesaculabialis)生殖蟻、工蟻、兵蟻生殖力的顯著差異受卵子發(fā)生早期的細胞凋亡控制[56]。圓唇散白蟻(R.labralis)雄性工蟻分為有精子工蟻(WS)和無精子工蟻(WN)。WN和兵蟻的精子發(fā)生止于精原細胞期。與高齡WN和兵蟻相比，高齡WS和生殖蟻的精原細胞凋亡率更低，精母細胞和精子細胞則很少凋亡。說明雄性工蟻的生殖分化受精子發(fā)生早期細胞凋亡的控制[57]。③儲存蛋白信號。用JH處理北美散白蟻工蟻，4種編碼血淋巴蛋白的基因表達顯著增強，兩種卵黃原蛋白和兩種儲存蛋白的基因在JH處理后表達顯著提高[58]。用JHA蚊蠅醚處理山林原白蟻假工蟻，處理后3 d脂肪體開始發(fā)育，約在蛻皮進入前兵蟻時期的前4天充滿整個腹腔，并維持這種狀態(tài)直到蛻皮形成兵蟻。脂肪體發(fā)育伴隨著細胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)顆粒的積累，但這些顆粒在蛻皮進入前兵蟻前幾天消失。這些貯存蛋白消耗的時間與表皮生長的時間窗口一致[59]。④表觀遺傳信號。De Loof等[60]提出表觀-內(nèi)分泌學(epi-endocrinology)的概念，認為JH、MH除了經(jīng)典的受體作用模式，在控制關鍵生理過程方面還存在表觀遺傳學途徑。Lo等[61]首先在澳洲乳白蟻(Coptotermeslacteus)甲基化特異性擴增片段長度多態(tài)性檢驗中發(fā)現(xiàn)了DNA甲基化證據(jù)，但不同品級個體DNA甲基化水平?jīng)]有顯著差異。在北美散白蟻和臺灣乳白蟻表達的基因中，也存在高水平DNA甲基化特征。DNA甲基化喜好以廣泛表達的形態(tài)基因作為靶標，其功能聯(lián)系與其他存在功能性DNA甲基化系統(tǒng)的無脊椎動物類似[7]。山林原白蟻DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(dnmt1、dnmt2、dnmt3)和甲基-CpG結(jié)合域(mbd)EST文庫中存在上述4種基因，而在棲北散白蟻和高山象白蟻文庫中缺乏dnmt1。在上述3種白蟻中，大部分編碼序列CpG含量低于1，含量分布呈雙峰型，說明存在DNA甲基化[62]。應用轉(zhuǎn)錄組測序技術，從棲北散白蟻蟻王、蟻后中鑒定出74個表觀修飾基因，其中15個蟻王特異性表達，52個年齡依賴性蟻王、蟻后差異性表達。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3在蟻王精巢和脂肪體特異性表達，一些組蛋白修飾基因在蟻王精巢和蟻后卵巢內(nèi)顯著表達。說明表觀遺傳修飾在白蟻蟻王、蟻后的精子和卵子發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用[63]。在內(nèi)華達動白蟻新建巢群體中，最成熟的3齡幼蟻(1號幼蟻)分化形成前兵蟻。轉(zhuǎn)錄組測序檢測到1號幼蟻體內(nèi)7個表觀遺傳相關基因表達水平顯著增加。對這7個基因進行RNAi降低了JH合成、結(jié)合、信號基因的表達水平，其中對3個組蛋白修飾基因的RNAi延長了前兵蟻蛻皮期。這說明表觀遺傳有關基因不會直接影響白蟻兵蟻分化，但有些組蛋白修飾基因?qū)ν懫らg期有影響，可能是對兵蟻分化期間JH作用的調(diào)節(jié)所導致[64]。從棲北散白蟻工蟻、若蟻以及臺灣乳白蟻工蟻體內(nèi)分別鑒定出97、101、114種小RNA(miRNAs)，棲北散白蟻工蟻上調(diào)的miRNAs中，miR-13b-3p表達水平最高；若蟻下調(diào)的miRNAs中，miR-305-5p表達量最高。臺灣乳白蟻工蟻上調(diào)的miRNAs中，miR-11-3p表達水平最高。兩種白蟻的工蟻似乎使用不同的小RNA調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子基因[65]。

3.4 JH、MH的上游信號

JH、MH的上游信號主要包括：①腦激素。北美散白蟻抑咽側(cè)體神經(jīng)肽(allatostatins, ASTs)在工蟻、若蟻、兵蟻、次生生殖蟻的心側(cè)體、咽側(cè)體、支配這些器官的腦側(cè)區(qū)和中區(qū)分泌細胞以及其他腦神經(jīng)細胞中均有免疫反應[66]。多種來自蜚蠊(Diplopteraspp.)的ASTs能抑制北美散白蟻咽側(cè)體JH的合成，JH合成速率較低的咽側(cè)體對ASTs的敏感性更強。從北美散白蟻腦提取物中也鑒定出多種蜚蠊ASTs[67]。從北美散白蟻和太平洋折翅蠊(Diplopterapunctata)腦提取物中獲得的ASTs-7在咽側(cè)體內(nèi)含量豐富，不但能抑制兩種昆蟲咽側(cè)體JH的合成，還具有神經(jīng)和肌肉調(diào)節(jié)活性[68]。②胰島素信號。山林原白蟻兵蟻分化期間胰島素受體相關基因上調(diào)，在上顎表皮組織強烈表達，對受體基因的RNAi可擾亂兵蟻特異性形態(tài)分化[69]。③生物胺信號。內(nèi)華達動白蟻新建巢群體兵蟻由最成熟的3齡幼蟻(1號幼蟻)分化形成，0～1日齡1號幼蟻多巴胺(DA)合成基因表達水平很高，3日齡1號幼蟻腦內(nèi)DA水平顯著高于0日齡的。DA可調(diào)節(jié)生殖蟻交哺活動的頻率，進而調(diào)節(jié)兵蟻分化[70]。山林原白蟻兵蟻酪胺(TA)/章魚胺(OA)神經(jīng)元支配區(qū)域擴大，腦和咽下神經(jīng)節(jié)內(nèi)TA水平以及腦內(nèi)OA水平比假工蟻高，TA/OA水平提高可以誘導更強的攻擊和防衛(wèi)行為[71]。④營養(yǎng)信號。內(nèi)華達動白蟻新建巢群體之間載脂蛋白(ZnNLaz1)基因最具表達差異性，敲除ZnNLaz1顯著抑制幼蟻與蟻后間的交哺活動，降低兵蟻的分化率。該蛋白與通過交哺從蟻后獲得的社會性信號的綜合作用有關[72]。對3齡幼蟻進行整體RNA測序，發(fā)現(xiàn)幼蟻營養(yǎng)敏感性信號途徑上調(diào)，將要發(fā)育為工蟻的幼蟻則表現(xiàn)為代謝途徑上調(diào)[73]。⑤生長因子信號。對內(nèi)華達動白蟻轉(zhuǎn)化生長因子——β信號(TGFβ)有關的2個基因進行RNAi，誘導的前兵蟻出現(xiàn)兵蟻樣表型和類似于兵蟻的攻擊行為，可能是由于MH信號基因表達水平下降，這些前兵蟻不會蛻皮進入兵蟻，說明TGFβ信號具有兵蟻分化期間調(diào)節(jié)JH和20E信號的功能[74]。

4 結(jié) 語

白蟻品級分化是包含昆蟲蛻皮變態(tài)和社會環(huán)境因子影響的復雜過程，已有研究雖然取得了相關進展，但許多機制仍未明確。在紛繁復雜的影響白蟻品級分化的環(huán)境因子中，營養(yǎng)可能具有根本性，其他因子可能只是營養(yǎng)因子在不同情況下的表現(xiàn)形式。節(jié)肢動物的發(fā)育分化主要受營養(yǎng)刺激控制，其他環(huán)境因子也很重要，如氣候和社會性的相互作用、遺傳效應等。從進化的角度看，品級的遺傳決定有費解之處。因為它使個體根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)品級比例的能力下降，而這種下降對個體并無益處。改變發(fā)育方向的原因很可能是由于特定發(fā)育時期內(nèi)分泌系統(tǒng)對營養(yǎng)刺激反應的變化。當幼蟲隨著食物攝入生長至超過體型大小的臨界值時，則啟動影響發(fā)育的生理變化，幼蟲轉(zhuǎn)入生殖特異性發(fā)育途徑[75]。群體內(nèi)不同類型個體生理狀態(tài)信息的傳遞可能是多途徑綜合協(xié)調(diào)的過程。那些生活在密封巢內(nèi)、群體數(shù)量較少的木棲白蟻，主要應用CHC等作為信號。而擁有更大規(guī)模群體和不太密封蟻巢的種類，揮發(fā)性化合物則可能發(fā)揮主要作用[32]。在較為密閉的蟻巢內(nèi)，攜帶個體生理信息的揮發(fā)性成分可能以彌散的方式形成背景性氣味。這些揮發(fā)性成分既可引發(fā)生理反應，又可誘發(fā)行為反應。如內(nèi)華達動白蟻蟻王、蟻后的缺失可造成群體內(nèi)頭部觸碰行為的增加[76]。黃頸木白蟻蟻王在群體內(nèi)活動和接觸范圍最高，作為蟻后和群體其他成員社會性相互作用的調(diào)節(jié)者，在群體社會結(jié)構(gòu)和動態(tài)發(fā)育過程中發(fā)揮基本調(diào)節(jié)作用[77]。這些行為對信息的傳遞和放大作用，值得關注。雖然對白蟻BH和MH研究較少，但白蟻品級分化無疑受BH、MH、JH的綜合調(diào)控，這符合白蟻的昆蟲屬性和品級分化的變態(tài)發(fā)育屬性。其中，與環(huán)境因子的營養(yǎng)屬性對應的營養(yǎng)因子信號以及生物胺信號等在品級分化中的作用、與品級分化有關的表觀遺傳學途徑等，均需進一步研究。雖然對信息素和激素的偶聯(lián)機制目前較少研究，但在破解白蟻品級分化機理方面卻尤為重要。