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肠道微生物介导烯啶虫胺抑制意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)取食行为的机制

批准号:
32102268
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱丽珍
学科分类:
植物化学保护
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱丽珍

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
新烟碱类杀虫剂对蜜蜂(Apis mellifera)取食行为具有影响,而其机制尚不明确。申请者前期研究发现,新烟碱类杀虫剂烯啶虫胺不仅显著抑制蜜蜂取食行为,且显著干扰其肠道菌属的相对丰度。鉴于肠道微生物在取食行为中的重要调控作用,本项目拟选取意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)工蜂为受试对象,通过恢复差异肠道菌属,研究差异肠道菌属与取食行为的相关性,明确介导烯啶虫胺抑制取食行为的关键肠道菌属;利用代谢组学技术,结合靶向检测法和神经肽组学技术,解析烯啶虫胺对蜜蜂肠道代谢产物、脑内血淋巴和肠道神经递质及脑部神经肽含量的影响,探明肠道微生物介导烯啶虫胺抑制取食行为的途径和调节因子,进而揭示肠道微生物介导烯啶虫胺抑制蜜蜂取食行为的机制。该研究将为新烟碱类杀虫剂对蜜蜂危害的机制提供理论支持,为科学控制新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的生态风险提供新思路。
英文摘要
Neonicotinoid pesticides affect the feeding behavior of honeybee (Apis mellifera). But the mechanism is still unclear. In the previous study, the applicant found that nitenpyram, a neonicotinoid insecticide, not only significantly inhibited the feeding behavior of worker bees, but also affected the relative abundance of gut microbiota. Given the gut microbiota playing important role in regulating the feeding behavior, this project plans to select Apis mellifera L. as the subject organism, and through recovering the different intestinal bacteria, the correlation between different intestinal bacteria and feeding behavior will be study and the key intestinal bacteria genus that mediates nitenpyram to inhibit feeding behavior will be identified. Using the metabonomics technology, combined with targeted detection and neuropeptidomics, the content changes of the intestinal metabolic product, neurotransmitter in the hemolymph of brain and intestinal and the brain neuropeptide will be studied, to determine the pathway and regulation factors of gut microbiota-mediated nitenpyram inhibition of feeding behavior, and then will reveal the related mechanism. This study will provide data support for the mechanism of neonicotinoids damage to bees, and provide new ideas for scientific control of the ecological risks of neonicotinoids insecticides to bees.
新烟碱类农药在防控有害昆虫的同时,对蜜蜂等其它传粉昆虫具有严重危害,甚至造成生存威胁。通过影响蜜蜂的取食行为导致其能量及营养摄取困难是此类杀虫剂对蜜蜂造成伤害的原因之一,但其影响机制尚不明确。肠道微生物在调控动物取食行为方面具有关键作用。针对肠道微生物通过脑-肠轴调节生物行为的复杂机制,该研究聚焦于新烟碱类农药的典型代表--烯啶虫胺,在亚致死剂量下暴露意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)工蜂14天,深入开展了肠道微生物介导烯啶虫胺抑制工蜂取食行为的相关研究。首先,利用喙伸试验验证了烯啶虫胺暴露显著抑制了工蜂的嗅觉功能,明确了烯啶虫胺通过影响嗅觉感受度来调控摄食行为。通过对烯啶虫胺暴露工蜂肠道进行病理学观察,以及对工蜂肠道和大脑进行抗氧化酶系相关酶活性的测定,明确烯啶虫胺对工蜂组织和抗氧化酶系统的影响;通过16S rRNA高通量测序技术,精确识别了烯啶虫胺暴露后工蜂肠道中发生显著变化的关键菌属,明确烯啶虫胺暴露导致Bombella和Apilactobacillus相对丰度的增加,Gilliamella、Lactobacillus和Frischella的相对丰度的减少;同时,利用代谢组学方法分析了烯啶虫胺暴露对工蜂肠道代谢产物含量的影响,发现色氨酸代谢通路中的吲哚代谢途径受到抑制;采用了靶向检测技术,明确了蜜蜂脑中神经递质含量的变化,发现5-羟色胺合成通路上的关键神经递质含量增加,识别调控烯啶虫胺取食及嗅觉行为的主要神经递质为5-羟色胺;并通过转录组测序方法,识别了嗅觉相关基因的表达变化,揭示了烯啶虫胺对工蜂神经系统功能影响的分子机制;在此基础上,进一步通过相关性分析,构建了相关的信号通路网络,揭示了烯啶虫胺通过减少肠道微生物Lactobacillus相对丰度抑制色氨酸吲哚代谢,并通过脑-肠轴将信号传递到脑中诱导5-羟色胺合成,从而抑制蜜蜂嗅觉敏感性并影响取食行为的机制。该研究将有助于完整理解新烟碱类化学农药对蜜蜂的健康危害途径,为该类杀虫剂的防治监控提供理论依据,对保障蜜蜂种群健康及生态安全具有重要科学意义。
肠道微生物介导烯啶虫胺抑制意大利蜜蜂(Apis mellifera L.)取食行为的机制
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