北美熊蜂物种特异性基因表达响应揭示农药与病原暴露的生态分化机制

本研究通过RNA-seq和qPCR技术，揭示了四种北美熊蜂（Bombus spp.）幼虫在病原微生物Nosema bombi和新烟碱类农药（imidacloprid）暴露下的物种特异性基因表达差异。结果表明，濒危物种B. occidentalis与稳定物种B. impatiens在免疫（GO:0045087）和解毒（CYP450）通路上呈现显著分化，且多重胁迫引发协同效应（p<0.001），为解释熊蜂种群衰退的分子机制提供了新视角。

1 引言

野生熊蜂（Bombus spp.）作为关键传粉者，其种群衰退与病原微生物Nosema bombi和新烟碱类农药（如imidacloprid）暴露密切相关。北美地区部分物种（如B. occidentalis和B. terricola）种群急剧萎缩，而B. impatiens等物种却保持稳定。研究假设这种差异源于物种对胁迫因子的分子响应差异，尤其是幼虫期——对胁迫最敏感的发育阶段。

2 方法

实验设计涵盖4种熊蜂：衰退种B. occidentalis、B. terricola和稳定种B. impatiens、B. griseocollis。通过建立微蜂群（microcolony），幼虫分别暴露于N. bombi孢子（20,000 spores/个体）、imidacloprid（7 ppb）及联合处理。RNA-seq分析聚焦B. occidentalis与B. impatiens的全转录组响应，qPCR验证20个关键基因在四物种中的表达模式。

3 结果

3.1 单胁迫下的物种特异性响应

N. bombi暴露引发B. occidentalis 145个差异表达基因（DEGs），显著富集于杀虫剂代谢（GO:0046701），而B. impatiens仅37个DEGs且与几丁质合成（GO:0040003）相关。相反，imidacloprid触发B. impatiens 732个DEGs（线粒体功能相关GO:0006119），B. occidentalis仅2个基因响应。

3.2 联合胁迫的协同效应

双重胁迫下，两物种共享36%的DEGs（p<0.001），但B. occidentalis下调线粒体电子传递（GO:0006120），B. impatiens则出现体壁发育基因抑制。基因共表达网络（WGCNA）显示模块M4（蛋白酶体组装）和M6（解毒作用）在B. impatiens中响应更强烈。

3.3 四物种qPCR验证

靶向分析显示，基因表达模式按物种聚类而非衰退状态。例如，B. terricola（衰退种）与B. impatiens（稳定种）在N. bombi响应中聚为一类，而B. occidentalis与B. griseocollis（稳定种）各自独立成簇。

4 讨论

研究首次揭示熊蜂对生态胁迫的分子响应具有高度物种特异性，且与系统发育无关。N. bombi可能通过抑制解毒基因（如CYP6k1）加剧农药敏感性，支持多重胁迫假说。然而，qPCR数据未发现衰退种共有模式，提示种群健康受多因素调控。该成果强调保护研究中需避免从单一物种（如商业化B. impatiens）外推结论，应关注野生种群的分子适应机制。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献结论；专业术语如CYP450、qPCR等保留英文缩写及大小写规范；上下标如ppb、spores/μL等按原文格式呈现。）