Europejska pszczoła miodna, Apis mellifera, jest owadem eusocjalnym o wysoce zorganizowanym społeczeństwie1. Robotnice pszczół miodnych (kasta robotnicza) są zaangażowane w różne zadania mające na celu utrzymanie aktywności kolonii, a zadania te zmieniają się w zależności od wieku robotnicy pszczoły miodnej po elokcji, co jest określane jako podział pracy związany z wiekiem2-4. Młode robotnice (<13 dni) opiekują się czerwiem w ulu, wydzielając mleczko pszczele (pszczoły karmiące), podczas gdy starsze robotnice (>15 dni) zbierają nektar i pyłek poza ulem (zbieraczki)2-4. Fizjologia pracowników zmienia się w związku z tą zmianą ról. Na przykład funkcja gruczołów podgardłowych (HPG), parzystych gruczołów zewnątrzwydzielniczych znajdujących się w głowie, zmienia się w związku z przesunięciem roli z karmienia na żerowanie2,5. HPG pszczół pielęgniarek syntetyzują głównie główne białka mleczka pszczelego, które są głównymi składnikami mleka pszczelego. Z drugiej strony, zbieracze HPG głównie syntetyzują enzymy metabolizujące węglowodany, takie jak α-glukozydaza III, w celu przetworzenia nektaru na miód poprzez przekształcenie sacharozy w glukozę i fruktozę. Nasze poprzednie badania wykazały, że ekspresja mrjp2, który koduje główne białko mleczka pszczelego, i Hbg3, który koduje α-glukozydazę III, zmienia się podczas zmiany ról6-9.
Aby ustalić, czy zmiany fizjologiczne w tkankach robotnic, w tym w HPG, są związane ze zmianą ról, czy z wiekiem robotnic, przydatne byłoby manipulowanie składem populacji kolonii pszczół miodnych, na przykład przygotowanie kolonii jednokohortowych, w których robotnice prawie w tym samym wieku wykonują różne zadania10,11. Robinson i wsp. (1989) opisał metodę tworzenia kolonii jednokohortowej10. Kolonie jednokohortowe składają się początkowo z królowej i robotnic w wieku 0-2 dni. Kilka dni po założeniu kolonii robotnicy w prawie tym samym wieku podejmują różne zadania. Niektóre robotnice wykonują zadania pielęgnacyjne jak w typowych koloniach, podczas gdy inne robotnice wykonują zadania związane z żerowaniem wcześniej niż zwykle i dlatego nazywane są przedwcześnie rozwiniętymi zbieraczami. Porównania ekspresji genów między pszczołami pielęgniarkami a przedwcześnie rozwiniętymi zbieraczkami dostarczyłyby użytecznych informacji na temat fizjologii tkanek robotnic związanych z rolami12-16. W tym miejscu opisujemy szczegółowy protokół przygotowania kolonii jednokohortowych do analizy fizjologii HPG związanej z rolą i/lub wiekiem16. Pokrótce opisujemy również, jak badać ekspresję genów mrjp2 i Hbg3 za pomocą ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją (RT-PCR) w celu oceny fizjologii HPG.
Oprócz analizy fizjologii pracowników w koloniach jednokohortowych, badanie układu hormonalnego jest ważne dla analizy mechanizmów regulacyjnych fizjologii pracowników związanych z rolą. Hormon juwenilny (JH), który jest znany jako hormon "status quo" u larw owadów, przyspiesza zmianę roli z karmienia na żerowanie u robotnic pszczół miodnych11. Co więcej, ekdyzon, który jest znany jako hormon linienia podczas metamorfozy, może być zaangażowany w zmianę ról, ponieważ geny kodujące cząsteczki sygnalizacyjne ekdyzonu ulegają ekspresji w ciałach grzybów, wyższym centrum mózgu robotnicy17-19. Dlatego opisujemy również szczegółowy protokół zastosowany w naszym poprzednim badaniu16 do leczenia pracowników 20E, który jest aktywną formą ekdyzonu, oraz metoprenem, analogiem JH, w celu analizy wpływu układu hormonalnego na fizjologię HPG (ekspresja mrjp2 i Hbg3).