作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2023/8/11 14:58:37
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PNAS:在朋友圈这个事情上,蜜蜂是认真的

 

8月10日,中国农业大学教授周欣团队在美国《国家科学院院刊》上发表论文,揭示了与蜜蜂健康密切相关的问题:蜜蜂如何选择最适合的共生肠道菌?而这个问题也是演化生物学上的一个经典难题。

蜂蜜是很多人心目中的健康食品,但蜜蜂本身的健康却越来越令人担忧。本世纪初,美国爆发了蜂群崩溃综合症,大量工蜂离开蜂巢后无故消失;过去百年间,我国本土的东方蜜蜂种群也大幅减少。

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西方蜜蜂访花(周欣摄)

近年来的研究发现,蜜蜂肠道内生活着一些专有的细菌,在维持蜜蜂健康上起着重要作用。包括帮助蜜蜂抵抗病原微生物、降解花蜜中的有毒物质、促进蜜蜂的生长发育等。在三类已被人工饲养并用于农作物传粉的蜜蜂类群——蜜蜂属、熊蜂属、无刺蜂——的成虫中,都具有相同的5类核心肠道菌属。这些肠道菌的共同祖先就已经与蜜蜂祖先形成了共生关系,在蜜蜂的演化中扮演了非常重要的角色。

不同种类的蜜蜂对肠道内的核心菌群有着较高的选择性,甚至可以精确到菌株级别。然而人们并不了解蜜蜂使用了什么神奇的手段来维持如此严格的宿主特异的肠道菌群结构。

研究人员向蜜蜂体内植入熊蜂来源的核心肠道菌Gilliamella菌株,发现蜜蜂表现出强烈的免疫反应。接着他们采用基因干扰的方式让蜜蜂免疫相关的基因不再工作。这时再次在蜜蜂肠道内植入熊蜂来源的菌株时,熊蜂来源的菌量会显著提高。

在这个过程中,团队识别到了蜜蜂免疫反应起作用的关键化学物质:活性氧(ROS)。当蜜蜂在识别到异源菌株时,会触发合成ROS的基因Duox的表达,接着释放ROS作为强氧化剂杀菌。但蜜蜂自身的Gilliamella菌株不会导致Duox基因表达。

有趣的是,ROS作为强氧化剂,原本并非针对特定的病菌,而是具有广谱杀菌能力,是许多昆虫应对肠道病原微生物感染的的第一道防线。那么,蜜蜂是如何利用这个“不太高级”的保守免疫途径,实现了对异源菌株的精准限制呢?

进一步探究发现,异源菌株引发蜜蜂免疫反应的一个关键物质是前列腺素(PG)。推测当异源菌株定植后,PG生成的有关基因表达量增高导致大量PG的生成,而PG上调了蜜蜂两个重要的免疫信号转导通路——IMD和Toll通路上的基因表达,进一步触发Duox-ROS系统,达到清除异源菌株的效果。该过程也揭示了昆虫中Duox-ROS系统的一种新型的调控机制。

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蜜蜂通过调用免疫系统维持宿主特异肠道菌的模型(Guo et al. 2023. PNAS)

 “该项研究为我们解开了蜜蜂维持特异肠道菌株的机制,蜜蜂通过调用免疫系统,实现在精细的层面上识别近缘的异源菌株,并仅针对异源菌株调用免疫反应,确保宿主与肠道共生菌之间紧密的共生关系。”论文通讯作者周欣对《中国科学报》说。

 

论文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2219634120

 
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