Original article

Reduced expression of major royal jelly protein 1 gene in the mushroom bodies of worker honeybees with reduced learning ability^*

Expression réduite du gène de la protéine majeure 1 de la gelée royale dans les corps pédonculés des ouvrières d’abeille avec diminution de la capacité d’apprentissage

Verringerte Expression des Gelee Royal Protein 1-Gens in den Pilzkörpern von Arbeiterinnen der Honigbiene nach Isolation vom Volk

¹ Faculty of Agriculture, Tamagawa University, 6-1-1 Tamagawagakuen, Machida, Tokyo 194-8610, Japan
² Honeybee Science Research Center, Tamagawa University, 6-1-1 Tamagawagakuen, Machida Tokyo 194-8610, Japan

Corresponding author: M. Hojo, hojoj@tmu.ac.jp

Received: 25 April 2009
Revised: 19 August 2009
Accepted: 4 September 2009

Abstract

The learning ability of European honeybees, Apis mellifera, develops with age. However, when worker bees are isolated from their colony and are fed only sucrose solution, their learning development is hindered. This rearing method has allowed us to compare worker bees of the same age but with different learning abilities. In this study, we examined the influence of this rearing condition on gene expression in the mushroom body, which is the insect brain center involved in learning and memory. A differential display experiment comparing worker bees maintained in a hive with those reared in isolation showed that the expression of the major royal jelly protein (mrjp) 1 gene was reduced in the isolated worker bees. MRJP1 is synthesized in the hypopharyngeal gland and serves a nutritional function in larval and queen food. Our results suggest that mrjp1 is also important in brain function, possibly involved in the development of learning ability.

Zusammenfassung

Die Lernfähigkeiten der Westlichen Honigbiene, Apis mellifera, entwickeln sich mit zunehmendem Alter der Arbeiterin weiter. Das Duftlernen ist ein Beispiel hierfür. Wenn junge Arbeiterinnen allerdings in Isolation ohne ihr Volk gehalten werden und ausschließlich mit Zuckerlösung gefüttert werden, wird ihre Lernentwicklung behindert. Diese Aufzuchtmethode erlaubte uns, Arbeiterinnen desselben Alters mit unterschiedlichen Lernfähigkeiten zu untersuchen. Während unserer Studie untersuchten wir den Einfluss der Aufzuchtbedingung auf die Genexpression im Pilzkörper, eines Bereiches im Insektengehirn, dem eine zentrale Rolle beim Lernen und Gedächtnis zukommt. Ein differential display Experiment, bei dem Bienen aus dem Volk mit isoliert aufgezogenen Arbeiterinnen verglichen wurden, zeigt, dass die Expression des major royal jelly protein (mrjp1) in isolierten Bienen deutlich reduziert ist. Frisch geschlüpfte Bienen wurden hierzu einzeln 8 Tage lang bei 32 °C im Dunkeln in Glasfläschchen gehalten und mit Zuckerwasser gefüttert. Mithilfe der Fluorescence differential display (FDD) Technik mit 16 primer sets wurde die Genexpression im Pilzkörper gemessen. Von insgesamt 604 Banden haben wir 13 Banden gefunden, die bei sozial aufgewachsenen Bienen eine höhere Expressionsintensität aufwiesen als in den isolierten Bienen. Eine Bande von etwa 1,1 kbp identifizierten wir als mrjp1. Diesen Befund konnten wir mit einer quantitativen real-time PCR bestätigen. Unsere Ergebnisse deuten an, dass mrjp1 wichtig für die Gehirnfunktion ist und möglicherweise an der Entwicklung von Lernfähigkeiten beteiligt ist.