新烟碱类杀虫剂诱导蜜蜂肠道菌群特征性失调的宏基因组测序研究

《Scientific Reports》：Neonicotinoid-induced signature dysbiosis identified via metagenomic sequencing of the honey bee gut microbiome

本刊推荐：为探究新烟碱类杀虫剂对蜜蜂健康的影响，研究人员采用宏基因组测序技术，系统分析了蜜蜂肠道微生物组在慢性亚致死和急性致死剂量暴露于噻虫胺（CLO）和噻虫嗪（THI）后的变化。研究发现，两种新烟碱类化合物均导致肠道菌群失调，并鉴定出特征性微生物标志物，如慢性暴露后双歧杆菌（Bifidobacterium spp.）增加，急性暴露后Apibacter adventuris升高。该研究为蜜蜂健康诊断提供了潜在的微生物组生物标志物，对农药风险评估和蜂群健康管理具有重要意义。

　　

在全球农业生态系统中，西方蜜蜂（Apis mellifera）扮演着不可或缺的传粉者角色。仅加拿大，蜜蜂通过作物授粉和蜂蜜生产每年贡献高达70亿加元的经济价值。然而，自2006-2007年以来，北美养蜂人每年冬季损失超过四分之一的蜂群，部分地区损失率甚至高达50%。蜂群衰退的原因复杂多样，涉及营养、病原体和农药等多重因素的交互作用。尽管蜜蜂肠道微生物组在宿主免疫、营养代谢和抗病能力中发挥关键作用，但关于农业农药对蜜蜂微生物群落影响的研究仍较为匮乏。

以往研究多基于16S rRNA扩增子测序，分辨率有限。为此，研究人员采用鸟枪法宏基因组测序（shotgun metagenomic sequencing）技术，以更高分辨率探究两种常用新烟碱类杀虫剂——噻虫胺（clothianidin, CLO）和噻虫嗪（thiamethoxam, THI）对蜜蜂肠道菌群的影响。该研究旨在识别农药暴露导致的特征性菌群失调（dysbiosis）模式，为蜜蜂健康诊断提供新型生物标志物。

研究方法主要包括慢性亚致死暴露实验（在蜂群中进行）和急性亚致死/致死暴露实验（在实验室笼中进行）。通过给蜜蜂喂食含特定浓度杀虫剂的花粉饼或蔗糖溶液，采集肠道样本进行宏基因组测序，并利用ANCOM-BC（分析成分微生物组偏倚校正）进行差异丰度分析。

微生物组成与多样性

所有实验组蜜蜂的肠道微生物均以核心菌群为主，包括乳酸杆菌（Lactobacillus spp.）、双歧杆菌（Bifidobacterium spp.）、Snodgrassella alvi等。Beta多样性分析显示，不同源蜂群的样本间存在显著差异，但处理组与对照组间的全局差异不显著，提示需通过差异丰度分析进一步识别特异性变化。

噻虫胺暴露导致的菌群失调

慢性亚致死和急性噻虫胺暴露引起重叠和独特的微生物变化。共同特征包括Bifidobacterium asteroides、Snodgrassella alvi等菌种的增加。慢性暴露还导致Bifidobacterium actinocoloniiforme等菌种上升，以及病原菌Spiroplasma melliferum的减少。急性致死剂量暴露特有Apibacter adventuris的增加，而急性亚致死剂量特有Bombella sp. ESL0368和Spiroplasma apis的上升。

噻虫嗪暴露导致的菌群失调

噻虫嗪处理也诱导了显著的菌群失调。慢性与急性亚致死暴露共同导致Lactobacillus kunkeei的减少。急性暴露后，Apibacter mensalis和Spiroplasma属菌种增加，而多种乳酸杆菌显著下降。慢性暴露特有Bifidobacterium actinocoloniiforme的增加和Gilliamella sp. N-G2的减少。

讨论与结论

本研究通过高分辨率宏基因组测序，揭示了噻虫胺和噻虫嗪暴露后蜜蜂肠道微生物组的特异性变化。常见标志物包括慢性暴露后双歧杆菌的增加和急性暴露后Apibacter adventuris的升高。此外，噻虫胺特有Snodgrassella alvi上升，而噻虫嗪特有乳酸杆菌下降。这些变化可能与菌群的功能互作有关，如双歧杆菌和乳酸杆菌参与碳水化合物代谢和宿主行为调节。

研究还发现病原菌如Paenibacillus larvae在噻虫胺暴露后增加，提示农药可能通过改变菌群结构增强蜜蜂对病原的易感性。差异可能与农药浓度、暴露时间及蜂群遗传背景有关。

该研究不仅深化了对新烟碱类杀虫剂生态毒理机制的理解，还展示了微生物组谱作为蜜蜂健康诊断工具的潜力，为蜂群健康监测和农药风险管理提供了科学依据。