核心肠道共生菌通过上调宿主免疫增强蜜蜂（Apis mellifera）对氟虫脲胁迫的抗逆性

《Environmental Pollution》：Core gut symbionts enhance honeybee ( Apis mellifera) resilience to flumethrin stress by upregulating host immunity

　　- 氟蚁腙暴露对蜜蜂的存活和生态安全构成重大威胁。- 氟蚁腙改变了蜜蜂的肠道结构和肠道微生物群。- *G. apicola* 显著增强了蜜蜂对氟蚁腙的耐受性，定殖后存活率从65.8%提高到94.1%。- *L. apis*、*G. apicola* 和 *B. apis* 通过促进免疫相关基因的表达，增强了蜜蜂对氟蚁腙的耐受能力。## 引言蜜蜂通过为世界上87%的主要粮食作物授粉，提供了不可替代的生态系统服务，使其保护对于粮食安全至关重要[1]。然而，蜜蜂的生存面临着气候变化、抗生素滥用、栖息地破碎化和累积性环境压力等多方面威胁[2], [3], [4], [5]。在这些压力因素中，农药的普遍应用是对蜜蜂生存最紧迫的人为威胁，已有文献记载其对蜂群健康在亚致死水平上产生影响[6], [7]。例如，一项2020年的野外研究表明，在10 ppb浓度下，慢性氟唑菌酮暴露使*Apis mellifera*工蜂死亡率增加了3.2倍，蜂王繁殖力降低了47%[8]。此外，农药暴露对蜜蜂产生双重有害影响，不仅提高了死亡率，还损害了飞行能力[9], [10]。因此，探索多方面的策略以增强蜜蜂对农药暴露的韧性具有极其重要的生态意义，因为这是缓解全球传粉昆虫减少和保护粮食安全的关键干预点。氟蚁腙是一种广泛用于控制体表各种寄生虫感染的杀虫剂[7]。然而，氟蚁腙的广泛使用对经济上至关重要的传粉昆虫构成了重大威胁。例如，暴露于亚致死浓度氟蚁腙的蜜蜂表现出剂量依赖性的学习和空间记忆保留缺陷，导致认知障碍[11]。暴露于氟蚁腙 (1 μg/L–1 mg/L) 会显著损害蜜蜂幼虫的活力，干扰发育进程、免疫能力和代谢稳态[12], [13]。此外，氟蚁腙暴露会降低昆虫的繁殖能力，抑制成虫发育，并延长蜜蜂未成熟阶段的持续时间[14]。综上所述，这些发现表明氟蚁腙残留对蜜蜂生存构成严重威胁。因此，增强蜜蜂对氟蚁腙的抵抗力至关重要。肠上皮组织充当抵御外源化学物质侵袭的动态屏障，而肠道微生物群通过代谢解毒和免疫调节对宿主稳态做出关键贡献[15], [16], [17]。近期研究一致表明，蜜蜂的肠道微生物群与它们的发育轨迹、代谢稳态和疾病易感性密切相关[18], [19], [20]。值得注意的是，蜜蜂的肠道微生物群显著增强了宿主的免疫能力，同时抑制了病原体和外来化学物质引起的炎症反应[21], [22], [23]。工蜂的健康取决于稳定且进化保守的肠道微生物群落[24], [25], [26]。然而，暴露于环境污染物会破坏蜜蜂的肠道微生物稳态，这种菌群失调会显著升高宿主死亡率[27], [28], [29]。此外，先前的研究表明，暴露于化学物质（如农药和抗生素）可能会破坏蜜蜂的肠道微生物群，影响其免疫功能、代谢和抗病原体能力，从而导致不利影响[30], [31], [32]。虽然目前的研究已确立环境污染物会 destabilize 蜜蜂肠道微生物群并带来有害的健康后果，但肠道细菌对氟蚁腙暴露的防御机制在很大程度上尚待探索。特别是，保护蜜蜂免受氟蚁腙危害的肠道菌株及其潜在分子机制仍不清楚。因此，本研究系统评估了不同浓度下慢性氟蚁腙暴露对工蜂存活、肠道组织病理学和肠道微生物群落动态的影响。此外，我们利用实时聚合酶链反应 (RT-PCR) 研究了肠道细菌是否能通过增加免疫相关基因的表达来增强宿主对氟蚁腙的韧性。这些结果将为利用肠道细菌保护蜜蜂免受有害污染物侵害做出贡献。## 章节摘要### 实验动物与化学品准备实验用蜜蜂 (*Apis mellifera* L.) 饲养在中国南昌江西农业大学蜜蜂研究所的标准蜂场中。蜂场的地理隔离（距最近的农田>2公里）确保了来自商业农用化学品的最小环境污染。本研究使用的氟蚁腙 (98.5%) 购自上海安谱实验科技股份有限公司。指定的氟蚁腙浓度 (0.01, 0.1 和 1 mg/L)### 慢性氟蚁腙暴露影响蜜蜂生理并损害蜜蜂肠道结构在本研究中，工蜂的死亡率随氟蚁腙暴露浓度和时长的增加而增加。暴露于0.1和1 mg/L浓度的氟蚁腙显著降低了蜜蜂存活率（CK vs. FL0.01, χ2 = 2.493, df = 1, *P* = 0.1144; CK vs. FL0.1; χ2 = 4.308, df = 1, *P* = 0.0379; CK vs. FL1, χ2 = 9.170, df = 1, *P* = 0.0025, 图2A）。随着氟蚁腙暴露浓度的增加，蜜蜂的食物消耗量减少（FCK vs FL0.01 = 3.590, *P*### 讨论在本研究中，我们评估了慢性氟蚁腙暴露对蜜蜂肠道微生物群的影响，并通过菌株定殖实验探讨了蜜蜂肠道微生物群如何协助蜜蜂宿主耐受氟蚁腙应力的机制。在实验室条件下，蜜蜂存活率随氟蚁腙剂量的增加而下降。连续暴露于0.1和1 mg/L氟蚁腙14天显著降低了蜜蜂存活率，主要是由于剂量的毒性### 结论我们的研究表明，慢性氟蚁腙暴露降低了蜜蜂的存活率和肠道重量，损害了肠道结构，并诱导了蜜蜂肠道微生物群失调。宏基因组测序显示，氟蚁腙暴露降低了肠道微生物多样性，增加了机会性病原体的丰度，并降低了蜜蜂核心微生物群的丰度。然而，几种核心细菌（如 *L. apis*、*G. apicola* 和 *B. apis*，特别是 *G. apicola*）的定殖增强了### CRediT作者贡献声明**刘建辉：** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，方法论，调查，形式分析，概念化。 **陈静：** 调查，形式分析，数据整理。 **吴晓波：** 写作 – 审阅与编辑，监督，经费获取，概念化### 未引用参考文献[38]。### 资助本研究由中国国家自然科学基金 (32372942) 资助。### 利益冲突声明? 作者声明，他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这可能影响到本文中报告的工作。刘建辉|陈静|吴晓波