西方蜜蜂工蜂肠道菌群对宿主解毒代谢能力的影响及其机制

During a long period of co-evolution, the intestinal flora developed a closely relationship with its host, and play multiple key roles in the regulation of host metabolic pathways, including the regulation of host endogenous detoxification pathways. In recent years, honey bee is endangered by the widely application of pesticide, exploring the interaction between honey bee gut microbiota and honey bee detoxification ability not only has theoretical significance, but also has practical value. Using germ-free honey bee (Apis mellifera) worker model and antibiotic induced gut dysbiosis honey bee worker model, our project intends to reveal the impact of honey bee gut microbiota on host detoxification ability. The expression of detoxification enzymes, the lifespan of worker treated with sublethal dosage pesticide and the pesticide residue in worker body will be compared between worker bees from experimental group and control group. Furthermore, the project will compare the metabolome and transcriptome of germ-free workers, mono-colonized workers and conventional workers, in order to explore the molecular mechanism of the regulation of host endogenous detoxification mechanisms by gut microbiota. The objective of this study is to uncover the relationship between the intestinal flora and the detoxification capacity of Apis mellifera, enrich our knowledge about the host-microbe interaction and provide a useful theoretical basis in the bee keeping industry and the protection of honey bee.

在长期的协同进化中，肠道菌群与宿主形成了紧密而复杂的联系，参与调控宿主许多重要的代谢通路，其中就包括调控宿主对外源有毒物质的解毒代谢通路。近年来，农药对蜜蜂的危害日益突出，探索蜜蜂肠道菌群与蜜蜂解毒代谢能力的关系不仅有理论意义，更具实践价值。本项目拟利用西方蜜蜂无菌工蜂模型和抗生素导致的肠道菌群紊乱工蜂模型，通过比较工蜂解毒代谢相关酶系基因的表达、亚致死剂量农药饲喂下工蜂的寿命以及农药在工蜂体内的残留等指标，研究工蜂肠道菌群对宿主解毒代谢能力的影响。利用非靶向代谢组与转录组测序技术，比较无菌工蜂、单菌种定植工蜂和正常工蜂肠道内容物与基因表达差异，结合生物信息学分析，初步阐明肠道菌群调控蜜蜂解毒代谢能力的机制。本项目将揭示西方蜜蜂肠道菌群与宿主解毒代谢能力之间的关系，不仅能丰富我们对肠道菌群与宿主相互作用的了解，对于养蜂生产和蜜蜂的保护也有着重要的应用意义。

蜜蜂是一种重要的经济昆虫，全球各地大量蜂群损失对蜜蜂种群和蜜蜂产业发展造成了严重的不利影响。在长期的协同进化中，肠道菌群与宿主形成了重要而复杂联系，对宿主健康有着重要的影响。本项目研究主要在以下方面取得较大进展。（1）研究了西方蜜蜂肠道菌群与宿主解毒代谢能力之间的关系，表明蜜蜂肠道细菌不具备降解噻虫啉和氟胺氰菊酯的能力，由四环素导致的蜜蜂肠道菌群紊乱对宿主中肠解毒代谢酶的表达和宿主对杀虫剂的耐受有着明显的负面影响。（2）研究了东方蜜蜂肠道菌群与宿主免疫系统和抗寄生虫能力间的关系，表明东方蜜蜂的肠道细菌能通过调控工蜂的JNK通路显著促进apidaecin、abaecin和hymenoptaecin在蜜蜂体内的表达，东方蜜蜂的肠道细菌能抑制蜜蜂微孢子虫在宿主肠道内的增殖，提升宿主对寄生虫的抵抗能力。（3）探究了四环素诱导的工蜂肠道菌群紊乱在个体间的传递及对IAPV增殖的影响，表明450 µg/mL四环素暴露5d会引起蜜蜂肠道菌群紊乱，这种菌群紊乱可能会通过社会性传播的方式对其它个体产生影响；在感染高浓度IAPV（1.6×10^9 copies/μL）的情况下，四环素所致肠道菌群紊乱有利于IAPV增殖，且四环素处理和高浓度IAPV感染之间存在协同效应；在四环素导致菌群紊乱后，3种浓度IAPV的感染会进一步显著改变肠道菌群结构，从而可能加剧肠道菌群紊乱对蜜蜂健康产生的影响。(4)研究了东方蜜蜂和西方蜜蜂肠道菌菌株水平多样性，结果表明，东方蜜蜂和西方蜜蜂肠道中的核心细菌在种水平一致但是在菌株水平差异明显，同时这两种蜜蜂的不同菌株携带有不同的功能基因，但这两种蜜蜂肠道菌群的整体代谢功能相似，并且在代谢组分析中得到了验证。我们的研究结果为蜜蜂互助微生物群的进化和功能作用提供了重要的见解，并揭示了功能冗余可以明显地稳定肠道群落中菌株水平的功能差异。