东、西方蜜蜂肠道菌群时空定殖规律的比较研究

Honey bees are the most important pollinators in the world, providing extremely important economic value and play a critical role in enhancing biodiversity conservation. The gut microbiota of adult honey bees plays important roles in the nutrient digestion and absorption, and protecting against pathogenic infections. We have investigated the diversity of gut microbiota in Apis cerana and Apis mellifrea of China in previous studies, however, the spacial heterogeneity of individual determines its symbiotic microbial diversity. Up to now, the spatial and temporal distribution and colonization of gut microbiota in A. cerana and A. mellifrea is absent. Therefore, in this study, we will apply high-throughput technology and systems biology to examine the colonization of gut microbiota among different development stage and different gut organs between A. cerana and A. mellifrea in the same ecology condition, and to illustrate the relationship between the microbiota diversity and function in different gut organs. These data will be used to understand the common rules and characteristics of colonization of microbiota between A. cerana and A. mellifrea, and may provide the important information for the research in the effects of the gut microbiota on the development and health of the host.

蜜蜂作为传粉昆虫中的关键物种之一，不仅具有重要的经济价值，还在维持生物多样性及生态平衡上发挥了重要作用。研究表明肠道菌群在成年蜂的饲料消化、营养物质吸收及防御病原物等方面起重要作用。前期我们研究了我国不同生态区域成年东、西方蜜蜂肠道细菌的群落结构，然而，个体在时空水平的异质性决定了其共生微生物的多样性变化规律，而我国东、西方蜂肠道菌群的时空定殖和分布规律仍不清楚。因此，本研究采用高通量测序技术和系统生物学理论，开展以下三方面的研究：(1)分析东、西方蜜蜂不同发育阶段（时间）肠道菌群的定殖规律；(2)分析东、西方蜜蜂不同肠道部位（空间）的菌群定殖规律；(3)分析东、西方蜜蜂不同肠道部位菌群的功能。预期研究结果将从微生态学角度揭示东、西方蜜蜂肠道细菌在时空定殖规律上的共性及特性，为研究肠道菌群对宿主生长发育及健康的影响提供理论基础。

本研究基于较长时间尺度对东、西方蜜蜂不同发育阶段进行采样，探讨了东、西方蜜蜂肠道菌群的多样性；揭示了东、西方蜜蜂蜂花粉和蜂粮中的真菌和细菌种类、多样性及产酶能力；另外，初步探讨了我国的黑色大蜜蜂、小蜜蜂、无刺蜂等野生蜂种的肠道菌群多样性，并结合转录组学对蜜蜂的肠道功能进行了探索，主要研究结果如下：. 1 西方蜜蜂工蜂肠道菌群的多样性在刚出房时最高，在 0-24小时肠道菌群的变化速率最大，然后趋于稳定，核心菌群的增加伴随着非核心菌群相对丰度的减少，并具有密切的相关性，肠道菌群的多样性随宿主日龄而显著改变。东方蜜蜂肠道菌群的多样性也具有类似特征。环境暴露对早期东方蜜蜂肠道菌群的组成影响巨大，在 0 日龄 和 1 日龄中，显著富集的细菌类群较多，随着工蜂的发育，显著富集的细菌类群逐渐减少。 . 2 东、西方蜜蜂粉源、蜂粮的pH值具有显著差异；从东方蜜蜂样品中筛选分离出37株丝状真菌和9株细菌，其中4个真菌分离株对蜜蜂球囊菌有抑制作用；从西方蜜蜂样品中分离到43株丝状真菌，其中13株真菌菌株与蜜蜂白垩病病原菌存在竞争，3株真菌菌株能够抑制蜜蜂白垩病病原菌的生长，Aspergillus属能够明显抑制病原菌生长。蜂花粉和蜂粮的真菌多样性结果表明两种蜜蜂蜂粮中真菌OTU的平均数量均低于蜂花粉，但差异不显著，两个物种之间的蜂粮真菌也有明显的不同。. 3 基于高通量测序方法对野生黑色大蜜蜂、小蜜蜂及无刺蜂的肠道菌群结构进行了初步探索，基本弄清了这些野生蜜蜂肠道菌群的多样性信息。通过转录组测序，初步测定了中蜂在甘草磷干扰后肠道转录组的变化。. 本研究揭示了东、西方蜜蜂在同一生态条件下肠道菌群的动态演替规律，为了解蜜蜂在健康状态下的菌群特征提供了理论依据。同时，对东西方蜜蜂真菌、蜂粮的多样性、野生蜜蜂肠道菌群的多样性进行了探索，为进一步研究肠道菌群的功能、挖掘我国传粉蜜蜂肠道微生物资源提供了第一手资料。