肠道菌群调控性成熟雄蜂脑代谢的机制及其对学习记忆行为的影响

（编辑推荐）本研究通过多组学分析揭示了性成熟雄蜂肠道菌群（如乳酸杆菌Lactobacillus和Chaetothyriales）与脑代谢物（如甘油磷脂PC/PE）的显著关联，首次提出肠道菌群可能通过调节甘油磷脂代谢途径（Glycerophospholipid metabolism）影响雄蜂的性成熟及学习记忆行为，为昆虫生殖行为调控提供了新视角。

　　

肠道菌群调控性成熟雄蜂脑代谢的机制

研究背景

雄蜂的性成熟过程伴随显著的生理和行为变化，其中学习记忆能力对其与蜂王交配至关重要。已有研究表明，多巴胺水平升高会影响雄蜂的飞行和交配行为，但肠道菌群在此过程中的作用尚未明确。本研究首次通过16S rRNA、ITS测序和非靶向代谢组学技术，系统分析了性成熟前后雄蜂肠道菌群和脑代谢物的动态变化。

材料与方法

实验选用意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica）的3日龄（未成熟）、8日龄（未成熟）和20日龄（性成熟）雄蜂样本。通过液氮速冻保存肠道和脑组织，分别进行微生物DNA提取（使用Insect DNA Kit）和UHPLC-MS代谢组检测。数据分析采用PCA、OPLS-DA模型（VIP>1，P<0.05）及KEGG通路富集。

结果

1. 肠道菌群变化：性成熟后雄蜂肠道中乳酸杆菌(Lactobacillus)相对丰度从34.02%升至72.50%（P<0.05），Chaetothyriales真菌显著增加。LEfSe分析鉴定出Lactobacillus和Chaetothyriales为性成熟标志菌（图1E）。
2. 脑代谢重编程：甘油磷脂代谢通路显著富集，其中磷脂酰胆碱(PC (16:0/20:1(11Z)))和磷脂酰乙醇胺(PE (P-18:0/20:4))表达量上调3.2倍（图3D）。
3. 菌群-代谢物关联：Procrustes分析显示肠道细菌与脑代谢物显著相关（M2=0.482，P<0.01）。Lactobacillus与PC/PE呈强正相关（r>0.8），暗示其可能通过甘油磷脂代谢调控神经功能（图5D）。

讨论

1. 功能机制：Lactobacillus可能通过磷酸转移酶系统(PTS)基因促进果糖代谢，生成甘油醛-3P并合成更多甘油磷脂，经血淋巴运输至脑部增强突触膜功能（图6）。
2. 进化意义：性成熟雄蜂肠道菌群多样性升高（Chao指数增加15%），核心菌群从Commensalibacter转变为Lactobacillus，可能优化能量供应和抗病能力。
3. 应用前景：该发现为通过益生菌（如Lactobacillus Firm-5）干预改善蜜蜂繁殖效率提供了理论依据。

结论

研究证实性成熟雄蜂肠道菌群通过甘油磷脂代谢通路调控脑功能，其中Lactobacillus和Chaetothyriales可作为生物标志物，PC/PE代谢物或成为提升雄蜂交配成功率的潜在靶点。