蜜蜂-吉氏菌协同代谢增强宿主低温适应的分子机制研究

本研究揭示了蜜蜂肠道共生菌Gilliamella如何通过碳水化合物代谢协同作用促进宿主低温适应。研究人员通过比较基因组学、代谢组学和菌群移植实验，发现冷适应蜜蜂物种(Apis mellifera和A. cerana)与热带蜜蜂相比，其肠道中富集的Gilliamella能优先降解葡萄糖醛酸(glucuronate)生成丙酮酸(pyruvate)，同时释放更多葡萄糖供宿主利用。这种独特的代谢互补机制显著提升了宿主体温调节和脂肪储存能力，为理解宿主-微生物协同进化提供了新范式。

　　

在自然界中，蜜蜂的分布范围与温度适应性密切相关——西方蜜蜂(Apis mellifera)和东方蜜蜂(A. cerana)成功拓展到温带地区，而它们的近亲如小蜜蜂(A. florea)和黑大蜜蜂(A. laboriosa)却只能栖息在热带。这种差异背后隐藏着怎样的生理奥秘？最新发表在《npj Biofilms and Microbiomes》的研究揭示，肠道微生物与宿主的代谢协同可能是关键所在。

研究团队采用多组学联用技术，对6种蜜蜂的168个肠道样本进行宏基因组测序，结合体外培养实验和代谢物检测。通过比较冷适应与热带蜜蜂的肠道菌群组成，发现Gilliamella在低温适应物种中显著富集。

Gilliamella促进宿主产热

无菌蜜蜂接种Gilliamella后，在10°C低温下表现出更强的活动能力和更高的腹部温度（提升约2°C）。组织学分析显示，接种组蜜蜂脂肪体细胞增多，含有多房性脂滴（类似哺乳动物棕色脂肪），而对照组仅为单房性脂滴。

独特的代谢互补机制

基因组分析揭示，冷适应蜜蜂的Gilliamella菌株具有完整的葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸降解模块（M00061/M00631），能将这两种多糖转化为丙酮酸。值得注意的是：

1. 1.

   Gilliamella优先利用葡萄糖醛酸而非葡萄糖，减少与宿主的碳源竞争

2. 2.

   宿主上调葡萄糖/丙酮酸利用通路的同时，增加葡萄糖醛酸供应

3. 3.

   细菌将抗坏血酸(ascorbate)转化为D-木酮糖-5磷酸(D-xylulose-5P)，促进脂肪生成

宿主基因组适应性进化

比较基因组显示，冷适应蜜蜂具有更多脂肪合成相关基因拷贝，特别是ELOVL6（延长长链脂肪酸的关键酶）。这种基因复制现象在温带熊蜂中同样存在，提示趋同进化。

该研究首次阐明了昆虫-微生物互作在环境适应中的分子机制，为农业害虫防治和传粉昆虫保护提供了新思路。Gilliamella通过"牺牲"自身生长效率来优化宿主能量分配的策略，也为人工调控微生物组功能提供了理论依据。