蜜蜂幼虫期慢性暴露于λ-氯氟氰菊酯和乙基多杀菌素诱导成年期头部特异性转录组重编程的分子机制研究

《Applied Biological Chemistry》：Head-specific transcriptomic profiles associated with chronic exposure to lambda-cyhalothrin and spinetoram during larval stage in honey bees (Apis mellifera)

　　本研究针对蜜蜂幼虫期慢性暴露于亚致死剂量杀虫剂导致成年期神经行为功能长期损害的分子机制不清的问题，通过头部特异性转录组分析，揭示了λ-氯氟氰菊酯(LCY)和乙基多杀菌素(SPI)分别通过激活信号传导通路/抑制基础代谢和抑制神经元兴奋性/增强蛋白稳态的差异化作用模式，为农药生态风险评估提供了重要分子依据。

　　

在全球传粉者数量急剧下降的背景下，蜜蜂作为重要的生态和经济传粉昆虫，其种群衰退已成为严峻的生态问题。农药暴露被认为是导致蜜蜂衰退的关键因素之一，其中拟除虫菊酯类和spinosyn类杀虫剂因其高效性而被广泛使用，但对非靶标昆虫尤其是蜜蜂的潜在风险亟待深入评估。特别值得关注的是，幼虫发育阶段作为蜜蜂生命周期的关键时期，其对农药的敏感性更高，且早期暴露可能产生持久性影响，然而相关分子机制仍不清楚。

韩国农村振兴厅国立农业科学技术院的Vasamsetti等研究人员在《Applied Biological Chemistry》发表了题为"蜜蜂幼虫期慢性暴露于λ-氯氟氰菊酯和spinetoram诱导成年期头部特异性转录组特征"的研究论文，通过先进的转录组学技术，系统揭示了两种常用杀虫剂对蜜蜂神经系统的长期影响机制。

研究团队采用Illumina平台进行RNA测序，以丙酮处理组为对照，比较了LCY和SPI处理组蜜蜂头部的基因表达差异。通过差异表达分析、KEGG通路富集分析和基因集富集分析(GSEA)等多重生物信息学方法，结合qRT-PCR验证，全面解析了农药暴露引起的分子水平变化。

差异转录组响应特征

研究发现两种农药诱导了显著不同的转录组响应模式。LCY处理组鉴定出6，166个差异表达基因(DEGs)，其中3，098个上调，3，068个下调；而SPI处理组仅发现184个DEGs(66个上调，118个下调)。这种数量差异表明LCY对蜜蜂头部基因表达的影响更为广泛和强烈。

KEGG通路富集分析

KEGG分析显示，LCY主要影响基础代谢过程，包括核糖体生物合成、氧化磷酸化、RNA转运和蛋白酶体功能等通路受到显著抑制。相反，SPI暴露则主要影响核糖体功能和内质网蛋白质加工通路，同时激活了药物代谢和其他酶类相关通路。

GSEA分析揭示的分子特征

基于GSEA的KEGG通路分析进一步明确了两种农药的差异化作用模式。LCY暴露显著激活了Hippo信号通路、MAPK信号通路、Wnt信号通路等发育相关通路，同时抑制了核糖体、氧化磷酸化等代谢通路。SPI则表现出完全相反的模式，促进蛋白质合成和代谢过程，同时抑制光转导、Wnt信号等神经元功能相关通路。

GO功能富集分析显示，LCY主要增强信号受体活性、蛋白激酶活性和转运蛋白功能，而SPI则显著抑制门控通道活性和神经元信号传导，同时促进ATP依赖的蛋白水解活性。

通路聚类分析

聚类分析进一步证实了两种农药的差异化作用模式。LCY主要激活膜组织和信号传导相关通路，抑制RNA加工和能量代谢；而SPI则促进核糖体和蛋白酶体功能，同时抑制高级调控功能。

实验验证

qRT-PCR验证结果显示，所选差异表达基因的表达变化趋势与RNA-seq数据高度一致(R²=0.924)，证实了转录组数据的可靠性。

研究结论表明，虽然LCY和SPI通过不同的分子机制发挥作用，但最终都导致了蜜蜂神经功能的长期损害。LCY主要通过诱导兴奋性应激反应，上调离子通道和神经递质受体表达，同时抑制基础代谢功能；而SPI则通过抑制神经元兴奋性，同时增强蛋白质周转和代谢重塑过程。这两种不同的分子重编程模式最终都可能导致蜜蜂行为功能障碍，如觅食、学习和记忆能力受损。

该研究的创新性在于首次系统比较了两种不同作用机制的杀虫剂在蜜蜂幼虫期慢性暴露后对成年期头部转录组的长期影响，揭示了早期农药暴露可能通过表观遗传调控等机制产生持久性神经毒性效应。研究结果为农药风险评估提供了重要的分子标志物，对制定保护传粉昆虫的策略具有重要指导意义。未来研究需要结合蛋白质组学和行为学实验，进一步验证这些转录组变化的功能性后果。

研究采用的关键技术包括：Illumina平台RNA测序技术、DESeq2差异表达分析、KEGG通路富集分析、基因集富集分析(GSEA)和qRT-PCR验证。实验样本来自韩国国立农业科学技术院实验蜂场的人工饲养蜜蜂幼虫，通过体外培养系统进行农药暴露处理。