蜜蜂接触与摄入吡虫啉的暴露途径特异性分子响应：基于共表达网络的生态毒理基因组学研究

推荐：研究人员针对新烟碱类杀虫剂吡虫啉对蜜蜂的暴露途径特异性毒性机制展开研究，通过RNA测序构建共表达网络，发现摄入和接触暴露分别形成含263和249个基因的独特网络，鉴定出Ac3、AChE2等关键枢纽基因，揭示了其对G蛋白偶联受体信号、氧化磷酸化等通路的差异化干扰，为农药风险评估提供了分子标志物。

　　

随着现代农业对化学农药的依赖加剧，新烟碱类杀虫剂吡虫啉的广泛使用对传粉昆虫尤其是西方蜜蜂（Apis mellifera）的生存构成严重威胁。这类杀虫剂通过持续激活昆虫神经系统中的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）导致瘫痪死亡，但其亚致死剂量引发的分子机制，特别是不同暴露途径（摄入vs接触）的特异性效应尚未阐明。蜜蜂在自然环境中可能通过摄食污染的花蜜或直接接触农药残留暴露，而传统毒理学研究多聚焦单一暴露方式，难以反映真实场景下的复杂毒性效应。

针对这一科学问题，澳大利亚南十字星大学（Southern Cross University）蜜蜂研究与推广实验室的研究团队在《Science of The Total Environment》发表最新成果。研究人员设计严谨的双途径暴露实验：通过饲喂含吡虫啉糖浆模拟摄入暴露（剂量0.081 μg/蜂致死量IG₅₀和0.00081 μg/蜂亚致死量IG_SUB），以及体表施药模拟接触暴露（0.063 μg/蜂CONT₅₀和0.00063 μg/蜂CONT_SUB），分别于1小时和4小时采集蜜蜂头部组织进行转录组分析。

关键技术包括：1）使用Illumina Nextseq平台进行150 bp单端RNA测序；2）基于PCIT算法（Partial Correlation Information Theory）构建基因共表达网络；3）通过Cytoscape识别枢纽基因（定义为连接度超过网络平均值2倍标准差的节点）；4）利用STRING数据库进行功能富集分析。

研究结果揭示：

3.1 差异表达基因筛选

鉴定出暴露组相对于对照组的显著差异基因（DEGs），其中摄入组263个基因形成两个子网络，接触组249个基因形成六个子网络。

3.2 摄入暴露网络特征

关键枢纽基因包括：

• Ac3（腺苷酸环化酶3）：调控cAMP信号通路，富集于G蛋白偶联受体（GPCR）信号和氧化磷酸化通路

• AChE2（乙酰胆碱酯酶2）：参与甘油磷脂代谢，影响神经膜完整性

• A4（载脂蛋白III样蛋白）：关联脂质运输和先天免疫

• ACSF2（酰基辅酶A合成酶家族成员2）：调控线粒体脂肪酸β-氧化

3.3 接触暴露网络特征

枢纽基因呈现不同功能谱：

• Cryl1（β-羟基酸脱氢酶1）：主导脂肪酸β-氧化和支链氨基酸降解

• Blop（蓝光敏感视蛋白）：调控光转导和感光细胞维持

• Apid1（抗菌肽apidaecin 1）：激活先天免疫应答

3.4 功能富集分析

摄入暴露显著影响能量代谢（如氧化磷酸化、核糖体通路），而接触暴露更多干扰感觉功能（光转导）和表皮结构蛋白（角质蛋白）。

讨论部分指出，两种暴露途径引发截然不同的分子响应模式：摄入途径主要破坏代谢稳态和神经传导，而接触途径更易损害感觉功能和物理屏障。特别值得注意的是，Ac3和AChE2等枢纽基因的扰动可能通过cAMP-PKA信号级联影响蜜蜂的学习记忆能力，这解释了田间观察到的导航障碍现象；而Apid1的上调提示接触暴露可能诱发免疫应激反应。

该研究的创新性在于首次将PCIT算法应用于蜜蜂农药毒理研究，不仅证实了暴露途径特异性效应的存在，更为未来农药风险评估提供了可量化的分子标志物（如Ac3表达量可作为摄入暴露的生物标志物）。鉴于蜜蜂传粉服务对全球农业的价值达120亿美元，这些发现为制定基于暴露途径的精准管控策略提供了科学依据，例如对接触暴露风险高的作物（如叶面施药植物）应设置更严格的安全间隔期。研究团队建议未来重点探索枢纽基因在蜂群水平上的级联效应，以及与其他环境压力因子（如病原体）的交互作用。