基于中肠代谢组学意大利蜜蜂工蜂枣花病的发病机理研究

作者：杜亚丽; 徐凯; 郑丽芳; 刘玉玲; 姜玉锁^*

来源：昆虫学报, 2023, 66(09): 1171-1182.

DOI：10.16380/j.kcxb.2023.09.004

• 意大利蜜蜂
• 枣花病
• 中肠
• 代谢组
• 抗氧化
• 免疫

【目的】利用代谢组学分析患枣花病意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠内代谢物变化，挖掘出与蜜蜂枣花病相关的重要代谢通路，旨在揭示蜜蜂枣花病发病机制，为枣花病靶向药物的研发提供理论依据。【方法】分别利用液相色谱-质谱联用(liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)和气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)技术对患枣花病和健康意大利蜜蜂工蜂进行中肠非靶向代谢组检测；通过主成分分析(principal component analysis, PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA),以变量投影重要性(variable projection importance, VIP)>1.0,差异倍数(fold change, FC)>2.0和P<0.05为标准筛选差异代谢物，并对其进行KEGG注释和通路富集；利用生化方法测定意大利蜜蜂工蜂中肠中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)的活性，并通过qRT-PCR测定抗氧化基因Sod1,Sod2和CAT及免疫基因Defensin,Hymenoptaecin,Apidaecin和Abaecin在中肠内的表达量。【结果】基于LC-MS代谢组检测，正离子和负离子模式下分别获得患枣花病和健康意大利蜜蜂工蜂间差异代谢物49和43种，其中分别有33和30种能够在HMDB和KEGG数据库中鉴定到。基于GC-MS代谢组检测，患枣花病和健康意大利蜜蜂工蜂间筛选到22种挥发性差异代谢物，其中11种能够在HMDB和KEGG数据库中鉴定到。与健康意大利蜜蜂工蜂相比，患枣花病意大利蜜蜂工蜂中肠内经鉴定的73种差异代谢物中，28种含量上升，45种含量下降；其中，京尼平苷酸、吲哚-3-乙酸、喹啉和棉子糖在患枣花病意大利蜜蜂工蜂中肠内大量积累，而乌索酸、L-苏糖酸、葡萄糖酸、D-半乳糖酸、苏糖酸和芦丁的含量下降最为明显。KEGG代谢通路富集分析结果表明，患枣花病和健康意大利蜜蜂工蜂间差异代谢物显著富集在抗坏血酸和醛酸代谢、半乳糖代谢及丁酸甲酯代谢这3条碳水化合物代谢通路。酶活性测定及qRT-PCR结果显示，与健康意大利蜜蜂工蜂相比，患枣花病意大利蜜蜂工蜂中肠中SOD和CAT酶活显著降低，Sod1,Sod2,CAT,Defensin,Hymenoptaecin和Apidaecin的表达量均呈下调趋势。【结论】利用LC-MS和GC-MS非靶向代谢组学均能够有效地分析枣花病影响下蜜蜂中肠内代谢物的变化差异。研究结果表明，意大利蜜蜂采集枣花后其中肠内碳水化合物代谢发生异常，引起肠道抗氧化和免疫能力显著下降，推测肠道功能障碍是导致蜜蜂死亡的主要原因。该研究为蜜蜂枣花病的发病机理提供了新见解。

• 单位
  吉林省养蜂科学研究所; 山西农业大学; 动物科学学院