亚致死剂量吡虫啉和溴氰菊酯对蜜蜂舞蹈行为的影响及分子机理

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蜜蜂是重要的授粉昆虫,在农业生产和自然生态系统中起重要作用,为人类提供丰富的蜂产品。蜜蜂卓越的学习记忆能力,是神经生物学家研究社会行为和学习记忆导航等领域的理想模式生物。然而,自2006年美国等地发生了蜂群崩溃失调病(colony collapse disorder,简称CCD)以来,世界上许多地方不同程度地发生了CCD,但引发CCD的病因仍不清楚,杀虫剂被认为是威胁蜜蜂健康的重要因素之一。目前人们已经深入研究了杀虫剂对非靶标昆虫蜜蜂产生的亚致死效应,包括对蜜蜂学习记忆、定位导航、采集能力等行为活动影响。但对蜜蜂舞蹈信息交流机制以及内在分子机理等相关的影响研究还比较少。本论文开展了亚致死剂量杀虫剂对西方蜜蜂(Apis mellifera)舞蹈行为影响及相关分子机理。以西方蜜蜂为研究对象,分别在距蜂箱300 m、500 m和1000 m的试验地点,用50%蔗糖溶液和亚致死剂量(24μg/kg)吡虫啉蔗糖溶液饲喂蜜蜂,对比观察两组蜜蜂的摆尾时间、角度偏差、绕半圈时间等舞蹈行为特征。并利用q RT-PCR技术,分析了吡虫啉诱导的西方蜜蜂4个学习记忆相关基因,2个多巴胺受体基因和1个多巴胺转运体基因,4个解毒免疫相关基因的表达特性。结果表明:亚致死剂量吡虫啉影响了蜜蜂采集行为,比如吸蜜时间降低,采集返回间隔时间增加。在300 m处,试验组蜜蜂对蜜源方向角度表达偏差较大,偏转出错率高。在500 m和1000 m处,试验组的绕半圈时间显著增加。在300 m和1000 m处,试验组的尾随蜂数量显著下降,而蜜囊重量显著增加。在300 m和500 m处,试验组的酪氨酸受体基因(Tyr1)表达下调。在500 m处,试验组的多巴胺转运体(Amdat)表达下调,而在300 m处,试验组多巴胺受体基因(Dop R2)表达上调,进而降低c AMP的水平,这些特异表达可能影响蜜蜂的学习记忆能力。解毒相关基因Catalase,CYP450在1000 m处下调表达,而免疫基因defensin1在300 m处下调表达,这些特异表达可能会影响蜜蜂的解毒免疫防御系统。以西方蜜蜂为研究对象,分别在距蜂箱300 m、500 m和1000 m的试验地点,用50%蔗糖溶液和亚致死剂量(235μg/kg)溴氰菊酯蔗糖溶液饲喂蜜蜂,对比观察两组蜜蜂的摆尾时间、角度偏差、绕半圈时间等舞蹈行为特征。并利用q RT-PCR技术,分析了溴氰菊酯诱导的西方蜜蜂4个学习记忆相关基因,2个多巴胺受体基因和1个多巴胺转运体基因,4个解毒免疫相关基因的表达特性。结果表明:亚致死剂量溴氰菊酯影响了蜜蜂采集行为,比如吸蜜时间降低,返回采集间隔时间增加。在300 m处,试验组蜜蜂对蜜源方向角度表达偏差较大,且在500 m处偏转出错率高。在500 m和1000 m处,试验组的绕半圈时间和蜜囊重量显著增加,而在500 m处,试验组的尾随蜂数量显著下降。在1000 m处,试验组的谷氨酸受体基因(Glu RA 1)表达下调,在500 m和1000 m处,天冬氨酸受体基因(NMDAR)表达下调,而在300 m处,酪氨酸受体基因(Tyr1)表达下调。在1000 m处,试验组的多巴胺受体基因(Dop R1)和多巴胺转运体(Amdat)表达下调,而在300 m处,试验组多巴胺受体基因(Dop R2)表达上调,进而降低c AMP的水平,这些特异表达可能对蜜蜂学习记忆能力造成损害。对3个蜜蜂解毒免疫基因Catalase,CYP450和defensin1没有显著差异,仅在300 m和1000 m处对免疫基因(Hymenoptaecin)有显著的抑制表达,这可能会对蜜蜂的免疫系统造成损害。使用RNA-sequencing测序技术分别检测了饲喂亚致死剂量吡虫啉和溴氰菊酯后跳舞工蜂,以及饲喂糖水跳舞工蜂的转录组。结果表明:与对照组相比,两种杀虫剂能够影响蜜蜂学习记忆基因(calmodulin-like protein 4)等上调表达,解毒免疫基因(CYP450 6a14,CYP450 6k1,apidaecins type 73,hymenoptaecin preproprotein)等上调表达,而defensin-1 preproprotein下调表达,同时发现王浆主蛋白基因家族(Mrip1,Mrip2,Mrip7)显著下调表达。GO分析表明:显著差异表达基因主要参与防御反应、感官反应、信号传导和受体活性等生物学活动。KEGG分析表明:显著差异表达基因参与的通路主要包括氨基酸代谢、脂质代谢、运输和分解代谢、信号传导和感觉系统等。利用微卫星SSR标记技术对蜂群中跳舞工蜂与尾随工蜂之间的遗传背景进行分析。结果表明:在自然交尾的蜂群中,蜜蜂自然采食的状态下,跳舞工蜂与尾随工蜂之间的亚家系是随机分布的,两者之间没有亲属优惠行为。
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