مطالعه امکان ارتباط مولکولی بین زنبور عسل و گیاه آفتابگردان از طریق انتقال بین گونه‎ ای rna‎های کوچک

مقدمه و هدف: زنبورعسل افزون بر تولید محصولات گوناگون مهمترین نقش خود را در طبیعت با دخالت در عمل گرده ‎افشانی و افزایش تولید محصولات کشاورزی و احیای محیط زیست ایفا می ‎کند، به‎ طوری‎که تقریباً یک سوم تولید منابع غذایی بشر مستقیم یا غیرمستقیم به گرده‎ افشانی حشرات (زنبورعسل در راس آنها) بستگی دارد. همچنین بررسی‎ ها نشان می‎ دهد که در کشورهای مختلف، نقش زنبورعسل در افزایش تولیدات کشاورزی 69 تا 143 برابر تولیدات مستقیم آن می‎ باشد. با گذشت بیش از یک دهه از شروع مطالعات مربوط به انتقال غذایی mirnaها بین موجودات مختلف و نقش تنظیمی آن‎ها در موجود میزبان، این بحث همچنان داغ و به‎ روز می ‎باشد. به‎ طوری‎که مطالعات محدودی در مورد نقش مصرف خوراکی mirnaها در زنبورعسل به‎ عنوان یک گرده‎ افشان مهم در صنعت کشاورزی و اکوسیستم طبیعی انجام شده است. امکان تنظیم بیان ژن بین گونه ‎های مختلف از طریق mirnaهای خوراکی، می ‎تواند سود ویژه ‎ای در رابطه متقابل گیاهان و گرده ‎افشان‎ های آن‎ها داشته باشد به ‎طوری‎که گیاهان می‎ توانند بیان ژن حشرات گرده ‎افشان را از طریق انتقال rnaهای کوچک کنترل کنند. به بیان دیگر، mirnaها نه‎ تنها بین سلول‎ ها و بافت ‎های یک ارگانیسم، بلکه بین گونه‎ های مختلف نیز قابلیت انتقال داشته و همچنان عملکرد تنظیمی خود را حفظ می‎ کنند. با توجه به نقش حیاتی زنبورعسل در گرده ‎افشانی گیاهان، این حشره می‎ تواند به ‎عنوان مدل بهتری در این زمینه مطرح شود. بدین‎ منظور، مطالعه حاضر که با هدف بررسی وجود ارتباط مولکولی بین این حشره مفید اجتماعی و گیاه میزبان از طریق انتقال غذایی mirnaهای با منشا خارجی بوده، می‎ تواند ابعاد جدید و گسترده‎ای از اثرات مفید این ارتباط را روشن کند. مواد و روش‎ ها: جمع ‎آوری گرده توسط تله گرده از کندوهای زنبورعسل واقع در مزرعه آفتابگردان در منطقه شال قزوین-ایران در روزهای اوج گلدهی گیاه مزبور انجام گرفت. گرده جمع ‎آوری شده بلافاصله از لحاظ مورفولوژیکی بررسی و به‎ منظور حفظ تازگی و جلوگیری از تخریب rna، به تانک ازت مایع منتقل شد. به‎ منظور انجام آزمایشات تغذیه‎ ای از چهار عدد کندو برای جمع‌‌آوری زنبور پرستار و تغذیه تحت شرایط کنترل شده استفاده شد. بدین‎ ترتیب حدود صد عدد زنبور جوان از هرکدام از کندوها به داخل قفس‌‌های مخصوص طراحی شده، منتقل شد. دو عدد از قفس‌‌ها به‎ عنوان شاهد (تغذیه با شربت شکر) و دو قفس به ‎عنوان تیمار تغذیه شده با گرده آفتابگردان در نظر گرفته شد. همچنین برای برقراری شرایط طبیعی کندو (فرمون ملکه، دما و رطوبت) در حین آزمایش، قفس‎ه ای حاوی زنبورهای پرستار در طبقه بالای کندو قرار داده شد. به‎ منظور شستشوی دستگاه گوارش زنبور، همه تیمارها به ‎مدت 48 ساعت با شربت شکر تغذیه شده، بعد از آن برای تشویق تغذیه بعدی حدود 3 ساعت زنبورها گرسنه نگه داشته شدند و در 24 ساعت بعدی تیمار شاهد همچنان با شربت شکر و تیمار بعدی با محلول 30 درصد شکر و 70 درصد گرده آفتابگردان تغذیه شد. بعد از اتمام آزمایشات تغذیه‎ ای، زنبوران با استفاده از سرما بیهوش شده و بافت روده میانی آن‎ها جمع ‎آوری و در ترایزول هموژنیزه شده و در دمای منفی هشتاد درجه سانتی ‎گراد تا زمان استخراج ذخیره گردید. استخراج rna از گرده و بافت روده میانی زنبورعسل با استفاده از کیت mirneasy mini kit از شرکت کیاژن انجام گرفت و نمونه ‎ها برای توالی‎ یابی به شرکت novogene بیجینگ چین فرستاده شد. بعد از توالی ‎یابی موفیت ‎آمیز small rna-seq، با استفاده از آنالیزهای بیوانفورماتیکی، mirnaهای گرده آفتابگردان شناسایی و ردیابی آن‎ها در زنبورهای گروه‎های مختلف تغذیه شده انجام گرفت. در گام بعد، از تکنیک rt-qpcr برای تایید نتایج حاصل از آنالیز بیوانفورماتیکی، استفاده شد. یافته ‎ها: نتایج آنالیز بیوانفورماتیکی حاکی از ردیابی یازده mirnaی گیاهی (mir-148a، mir-26a، mir-21-5p، mir-143، mir-27a، mir-203، let-7g، mir-126، mir-30d، mir-101 و mir-103) در زنبوران تغذیه شده با گرده آفتابگردان بود در حالی‎که در زنبوران گروه کنترل هیچ mirna گیاهی یافت نشد. برای راستی آزمایی نتایج حاصل از آنالیز بیوانفورماتیکی، به‎ طور تصادفی الگوی بیان چهار مورد از mirnaهای منتقل شده (let-7g، mir-21-5p، mir-126 و148 mir-) با روش rt-qpcr تایید شد که نشانگر نقش احتمالی mirnaهای گیاهی ردیابی شده در تنظیم بیان ژن زنبورعسل می‎ باشد. نتیجه‎ گیری: این یافته‌ها شواهد قانع‌کننده‌ای را برای انتقال موفق میکروrnaها (mirnaها) از گیاه میزبان به بدن زنبورهای عسل از طریق رژیم غذایی ارائه می‌دهند. این پدیده به ارتباطات پیچیده بین زنبورهای عسل و گیاهانی که گرده‌افشانی می‌کنند، تاکید می‌کند و نقش حیاتی زنبورهای عسل در حفظ سلامت اکوسیستم و تولیدات کشاورزی را برجسته می‌سازد. بحث جاری درباره انتقال رژیمی ‎mirnaهای گیاهی در گونه‌های مختلف، پتانسیل نقش‌های تنظیمی آن‌ها در تاثیرگذاری بر بیان ژن در موجودات میزبان را نشان می‌دهد. کشف یک رابطه مولکولی بین زنبورهای عسل و گیاهان میزبان از طریق mirnaها، راه‌های جدیدی را برای درک تعاملات پیچیده‌ای که در اکوسیستم‌ها رخ می‌دهد، به‎ ویژه بین حشرات گرده‌افشان و گیاهان گلدار، باز می‌کند. با پیشرفت بیشتر در ابعاد گسترده این رابطه مولکولی، به‌طور فزاینده‌ای روشن می‌شود که این تعاملات می‌توانند به‌عنوان یک نقشه راه برای مطالعات آینده عمل کنند. چنین تحقیقاتی می‌تواند بر روی افزایش تولید کندو از طریق پرورش انتخابی گیاهانی که مزایای تغذیه‌ای و ژنتیکی را برای زنبورهای عسل بهینه می‌کنند، متمرکز شود. علاوه بر این، درک اینکه چگونه این mirnaهای منتقل‌شده بر سیستم ایمنی زنبورهای عسل تاثیر می‌گذارند، ممکن است منجر به توسعه استراتژی‌های بهبودی برای مقاومت در برابر بیماری‌ها شود که در نهایت به نفع هر دو جمعیت زنبور و شیوه‌های کشاورزی وابسته به خدمات گرده‌افشانی آن‌ها خواهد بود. 

a study on the possibility of molecular communication between honey bees and sunflower through the interspecies transfer of small rnas

background: honeybees play a crucial role in nature, primarily through their involvement in pollination, which significantly enhances agricultural productivity and contributes to environmental restoration. it is estimated that nearly one-third of global food production is directly or indirectly reliant on insect pollination, with honeybees being the most prominent among them. studies indicate that the contribution of honeybees to agricultural output in various countries is 69-143 times greater than their direct production. over a decade has passed since the initiation of research on the interspecies transfer of dietary micrornas (mirnas) and their regulatory roles in host organisms, yet this topic remains vibrant and current. limited studies have been conducted on the role of dietary mirnas in honeybees, which are critical pollinators in agricultural industries and natural ecosystems. the potential for gene expression regulation among different species via dietary mirnas could provide significant benefits in the interactions between plants and their pollinators, allowing plants to modulate the gene expression of pollinating insects through small rna transfer. in other words, mirnas can be transferred not only between cells and tissues within an organism but also across different species while maintaining their regulatory functions. given the vital role of honeybees in plant pollination, this insect may serve as a more suitable model for studying these interactions. therefore, the present study aims to investigate the molecular relationship between this beneficial social insect and its host plants through the dietary transfer of exogenous mirnas, potentially illuminating new and extensive dimensions of the beneficial effects of this interaction.