分类： 微生物组测序
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蜜蜂，作为自然界最重要的传粉者之一，正面临前所未有的危机！农药的广泛使用被认为是蜜蜂种群下降的主要原因之一。而最近，一项由江西农业大学蜜蜂研究所团队发表的研究，揭示了手性农药乙虫腈对蜜蜂及其肠道微生物的深远影响。这项研究不仅为蜜蜂保护提供了新的科学依据，也为我们敲响了农药合理使用的警钟！

中文标题：《蜜蜂（Apis mellifera）肠道微生物对手性乙虫腈暴露的相互作用与响应》

英文标题：The interaction and response of gut microbes to exposure to chiral ethiprole in honeybees (Apis mellifera)

发表期刊：Journal of Hazardous Materials

影响因子：12.2

合作单位：江西农业大学蜜蜂研究所

百迈客生物为该研究提供了16s v4 测序服务。

摘 要

广泛使用的农药被认为是导致蜜蜂种群下降的主要因素之一。先前的研究表明，手性农药的对映体可能对蜜蜂具有不同的毒性，但农药对映体对蜜蜂及其肠道微生物的影响仍不清楚。该研究评估了蜜蜂在15 µg/L浓度下暴露于乙虫腈对映体后的肠道微生物及其宿主毒性。与蔗糖对照组和R-乙虫腈相比，S-乙虫腈暴露显著降低了蜜蜂的存活率。值得注意的是，暴露于乙虫腈及其对映体的蜜蜂影响了蔗糖消耗和体重，并出现了肠道变薄和退化的情况。通过对蜜蜂肠道的16S rRNA基因扩增子测序发现，乙虫腈及其对映体显著破坏了微生物群落。相比之下，S-乙虫腈暴露显著减少了群落规模和多样性，并表现出较低的生态位宽度。

此外，R-乙虫腈上调了蜜蜂的免疫解毒基因（Defensin1、Defensin2、GST3）的表达，而S-乙虫腈下调了CYP6AS14的mRNA水平。免疫反应相关基因的表达与核心细菌呈负相关。

该研究全面揭示了手性乙虫腈对蜜蜂健康的影响，特别是S-乙虫腈对蜜蜂的风险。此外，它为探索外源压力下宿主与微生物系统之间的相互作用提供了参考。

关键词：蜜蜂  手性乙虫腈  肠道微生物  基因表达  健康

研究背景

蜜蜂为自然和农业植物群落提供了关键的授粉服务，带来了众多的生态和经济效益。然而，近几十年来，多种蜜蜂种群经历了急剧下降，这归因于多种因素的复杂相互作用，包括土地利用变化、气候变化、病原体和寄生虫负担增加以及农药使用。广泛使用的农药对蜜蜂健康有显著影响，因为不科学的农药使用会污染环境并威胁蜜蜂的健康繁殖。

手性农药是一类具有一个或多个手性中心的特殊农药。随着新型农药的发展，手性化合物在商业产品中的比例急剧上升。这些手性农药通过各种途径进入环境，由于其抗性和稳定性，其残留物和代谢物在温和条件下持续存在。尽管手性农药的异构体具有相同的物理化学性质，但它们可能表现出不同的生物活性。因此，全面了解手性农药对蜜蜂和环境的影响对于提高农药使用效率、减少环境风险和污染以及制定可持续的害虫管理策略至关重要。

材料与方法

  • 昆虫和化学品制备：蜜蜂（Apis mellifera L.）蜂群由江西农业大学蜜蜂研究所维护。选定的蜂群未暴露于农药或抗生素。乙虫腈标准品及其两种对映体（纯度≥98.0%）购自上海Chirahway生物技术有限公司。乙虫腈预先溶解在丙酮溶液中，并用50%蔗糖溶液稀释至最终浓度为15 µg/L。
  • 手性乙虫腈暴露实验：将成熟的工蜂蛹从蜂巢中取出并在孵化器中孵化直至羽化。约1000只新羽化的工蜂被标记并重新引入源蜂群。7天后，30只标记的蜜蜂用于初始体重和肠道重量测量。另外，720只完成正常微生物群定植的蜜蜂暴露于rac-乙虫腈、R-乙虫腈或S-乙虫腈（每组n=180只蜜蜂）或未处理（蔗糖对照组，n=180只蜜蜂）7天。
  • 蜜蜂中肠组织病理学分析：新鲜蜜蜂中肠组织用4%多聚甲醛固定12小时，并使用酒精梯度脱水。中肠组织包埋在石蜡中，切片厚度为4 µm，随后用苏木精和伊红染色。
  • 蜜蜂头部免疫和解毒基因表达：根据制造商的说明从蜜蜂头部样品中提取总RNA，并使用逆转录试剂盒合成cDNA。通过实时定量PCR（RT-qPCR）评估免疫和解毒基因的相对表达。DNA提取和微生物群分析：使用SPINeasy DNA Kit从肠道中提取DNA，并根据制造商的说明进行16S rRNA基因扩增子测序。
  • 统计分析：使用 GraphPad Prism 9 软件绘制蜜蜂的表型数据和16S rRNA测序的下游数据。细菌β多样性基于在线平台ChiPlot进行的主坐标分析（PCoA）。

研究结果

一、手性乙虫腈对蜜蜂的毒性效应：S-乙虫腈处理的蜜蜂存活率显著低于对照组和R-乙虫腈组。乙虫腈及其对映体影响了蜜蜂的蔗糖消耗和体重，并导致肠道变薄和退化。

二、乙虫腈改变肠道细菌的规模和定植：与对照组相比，S-乙虫腈组的肠道细菌总绝对丰度显著降低。乙虫腈暴露显著减少了乳酸菌的绝对丰度。

三、乙虫腈对蜜蜂免疫解毒基因表达的影响：R-乙虫腈显著上调了蜜蜂的免疫相关基因（Defensin1、Defensin2）和解毒基因（GST3）的表达，而S-乙虫腈显著下调了CYP6AS14的mRNA水平。

四、微生物群落与免疫解毒基因表达的相关性分析：免疫反应相关基因的表达与核心细菌呈负相关。

讨 论：

蜜蜂是重要的传粉者，在觅食过程中容易受到外部病原体和农药的影响。手性乙虫腈作为一种重要的农药，广泛用于农业生产，但其对蜜蜂的副作用尚不清楚。该研究分析了三种形式的乙虫腈（rac-乙虫腈、R-乙虫腈和S-乙虫腈）对蜜蜂及其肠道微生物的毒性。结果表明，乙虫腈对映体对传粉者具有潜在的毒性，并为农业中农药的安全合理使用提供了依据。

研究亮点：

  •  S-乙虫腈显著降低蜜蜂存活率：与对照组和R-乙虫腈相比，S-乙虫腈暴露显著减少了蜜蜂的存活率。
  • 肠道健康受损：暴露于乙虫腈及其对映体的蜜蜂出现了肠道变薄和退化的情况，影响了其营养吸收和整体健康。
  • 微生物群落破坏：通过16S rRNA基因测序，研究发现乙虫腈及其对映体显著破坏了蜜蜂肠道微生物群落的多样性和规模，尤其是S-乙虫腈暴露导致群落规模和多样性显著减少。
  • 免疫和解毒基因表达变化：R-乙虫腈上调了蜜蜂的免疫相关基因（如Defensin1、Defensin2）和解毒基因（如GST3）的表达，而S-乙虫腈则下调了CYP6AS14的mRNA水平。

蜜蜂的未来，我们能做些什么？

蜜蜂的健康不仅关乎生态平衡，也关乎我们的食物安全。这项研究提醒我们，农药的使用必须更加科学和谨慎。作为普通人，我们也可以为蜜蜂保护贡献力量：

  • 支持有机农业：减少农药使用，选择有机食品。
  • 种植蜜蜂友好植物：在花园或阳台上种植蜜蜂喜爱的花卉，为它们提供食物来源。
  • 提高环保意识：减少化学制品的使用，保护生态环境。

 

 

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