杀螨剂氟氯苯氰菊酯对西方蜜蜂生存能力的影响及其分子机理

Since the year of 2006, large number of the adult worker bees (Apis mellifera) abandon the colony know as colony collapse disorder (CCD) in America, which also prevailed in Australia, Europe, middle East and Taiwan. It is a serious threat to the healthy development of the colony and has caused heavy losses. The mechanism of CCD is not clear, but it is agreed that the major reasons for the occurrence of CCD are diseases and pesticides.The experiments are conducted with Apis mellifera and the effects of the acaricide flumethrin on development of larvae, the characteristics of homing behavior, learning ability and the expression levels of memory genes Nmdar1 and Glura of worker bees will be tested using feeding technique,RFID,PER and so on. On this basis, we will further test the effect of flumethrin on transcriptome and DNA methylation in the brain of worker bee. This research program aims to elucidate the effects of acaricide flumethrin on the survival ability and its molecular mechanism of the western honey bees. The results of our studies will shed light not only on the bee biology of this organism, but also have practical applications to explore the mechanism of CCD and protect honey bees.

自从2006年美国西方蜜蜂出现大量蜜蜂突然失踪现象（简称CCD）以来，澳大利亚、欧洲、中东以及我国台湾等地也相继发生CCD或类似CCD现象，已造成巨大损失，严重威胁蜂群的健康发展，但对其机理尚不清楚。大家一致认为发生蜜蜂CCD现象的原因主要与蜜蜂疾病和杀虫剂等有关。本研究拟以西方蜜蜂为实验材料，基于蜜蜂饲养技术、无线射频技术（RFID)、吻伸反应（PER）以及现代分子生物学技术，研究杀螨剂氟氯苯氰菊酯对西方蜜蜂幼虫发育、工蜂自然出巢归巢和定距离放飞归巢特性、蜜蜂学习记忆能力及记忆相关基因Nmdar1和 GluRA表达的影响，在此基础上进一步分析氟氯苯氰菊酯对西方蜜蜂工蜂脑部转录组及DNA甲基化的影响，以此来探索氟氯苯氰菊酯对西方蜜蜂生存能力的影响及其分子机理。本项目不仅是对蜜蜂生物学的突破和创新，而且对探索蜜蜂发生CCD现象的机理和保护蜜蜂资源有望提供新思路与方法，因而具有重要的研究意义。

本项目研究了氟氯苯氰菊酯对西方蜜蜂幼虫发育、工蜂归巢能力和飞行能力、学习记忆及相关基因表达、头部转录组及DNA甲基化等影响。.给蜜蜂幼虫饲喂不同浓度氟氯苯氰菊酯的糖水发现：浓度达到0.01mg/L时会影响1日龄蛹解毒基因CYP450、GSTS的表达量；达到0.1mg/L时会影响幼虫MFO酶的浓度和1日龄蛹记忆相关基因GluRA、Nmdar1、Tyr1以及刚出房蜜蜂Tyr1的表达量；达到1 mg/L时会影响幼虫孵化出房的初生重和Nmdar1的表达量。.在秋冬交替季节，蜜蜂受外界的影响比幼虫期采食了含氟氯苯氰菊酯的食物影响更大，导致其成虫期归巢能力和寿命低。对其成虫后学习记忆及相关基因表达研究发现：浓度达到1mg/L时会影响蜜蜂7日龄的学习记忆和20日龄学习记忆相关基因（GluRA，Nmdar1，Tyr1）表达。.对其刚出房蜜蜂头部转录组和DNA甲基化测序发现，随着幼虫采食糖水中氟氯苯氰菊酯浓度增加，工蜂头部DEGs数量显著上升，试验组与对照组共有43个共同DEGs，这些DEGs在氨基糖代谢、离子通道活性以及离子输运等功能富集，并显著富集在核糖体、嘌呤代谢、氧化磷酸化通路；甲基化分析发现，1mg/L组的工蜂比其余3组的甲基化水平低，0.1mg/L组工蜂的甲基化水平也比0.01mg/L组和对照组低，而且转录组和甲基化数据关联性分析显示总体关联性较好。.对蜜蜂幼虫代谢和肠道微生物研究发现：蜜蜂幼虫采食含氟氯苯氰菊酯的食物后，其体内产生大量的差异代谢物，这些差异代谢物涉及尿苷二磷酸-N-乙酰葡糖胺、硫唑嘌呤等代谢通路；处理组肠道中Yersinia，Geobacillus，Pseudomonas等微生物相对丰度显著低于对照组，但这些微生物在处理组中的相对丰度随着浓度的增加而增加。 .通过给正常出房的蜜蜂分别点滴1.5µL不同浓度的氟氯苯氰菊酯（0，1/16LD50，1/8LD50和1/4LD50）发现：浓度达到1/16LD50时就会影响蜜蜂免疫相关基因Defensin1和Hymenoptaecin的表达量；当浓度到达1/8LD50时，会显著影响蜜蜂的平均寿命、平均采集次数、出巢总时长和学习记忆能力及相关基因GluRA的表达量；当浓度到达1/4LD50时，会显著影响蜜蜂的轮休。.本项目还研究了啶虫脒等农药对蜜蜂的影响，这些研究结果丰富了蜜蜂生物学内容，为养蜂生产提供理论支撑。