Abstract Behavioral specialization is key to the success of social insects and often compartmentalized among colony members leading to division of labor. Response thresholds to task-specific stimuli proximally regulate behavioral specialization but their neurobiological regulation is not understood. Here, we show that response thresholds to task-relevant stimuli correspond to the specialization of three behavioral phenotypes of honeybee workers. Quantitative neuropeptidome comparisons suggest two tachykinin-related peptides (TRP2 and TRP3) as candidates for the modification of these response thresholds. Based on our characterization of their receptor binding and downstream signaling, we then confirm the functional role of tachykinins: TRP2 injection and RNAi cause consistent, opposite effects on responsiveness to task-specific stimuli of each behaviorally specialized phenotype but not to stimuli that are unrelated to their tasks. Thus, our study demonstrates that TRP-signaling regulates the degree of task-specific responsiveness of specialized honeybee workers and may control the context-specificity of behavior in animals more generally.

Abstract Egg size plasticity represents an adaptive reproductive strategy in numerous organisms, including the honey bee, Apis mellifera . However, the proximate causation of this plasticity and egg size in general is unknown. We show that honey bee queens predictably and reversibly adjust egg size in response to their colony size and that this plasticity is an active response to the queens’ perception of colony size instead of a consequence of egg laying rate. The egg size increase involves changes of 290 ovarian proteins, mostly related to increased energy metabolism, protein transport, and cytoskeleton functions. Spatio-temporal expression analysis of the small GTPase Rho1 indicates its central role in egg size regulation, which we confirm by RNAi-mediated gene knock-down and expression analyses. The molecular adjustments that promote maternal investment of honey bee queens in response to their social environment thus reveal a novel mechanism of egg size regulation.

Abstract Declining insect populations emphasize the importance of understanding the drivers underlying reductions in insect fitness. Here, we investigated viruses as a threat to social insect reproduction, using honey bees as a model species. We report that in a sample of N = 93 honey bee ( Apis mellifera ) queens from nine beekeeping operations across a wide geographic range, high levels of natural viral infection are associated with decreased ovary mass. We confirmed this finding in an independent sample of N = 54 queens. Failed (poor quality) queens displayed higher levels of viral infection, reduced sperm viability, smaller ovaries, and altered ovary protein composition compared to healthy queens. We experimentally infected queens with Israeli acute paralysis virus (IAPV) and found that the ovary masses of IAPV-injected queens were significantly smaller than control queens, demonstrating a causal relationship between viral infection and ovary size. Queens injected with IAPV also had significantly lower expression of vitellogenin, the main source of nutrition deposited into developing oocytes, and higher levels of heat-shock proteins (HSPs), which are part of the honey bee’s antiviral response. This work together shows that viral infections occurring naturally in the field are compromising queen reproductive success.