研究揭示蜜蜂免疫系统可精准识别近缘异源菌株

科技日报讯 8月20日，记者从中国农业大学获悉，该校植物保护学院周欣教授团队首次揭示了蜜蜂的免疫系统可以在更精细的层面识别近缘的异源菌株，并仅针对异源菌株调用免疫反应，以维持蜂宿主与原生肠道共生菌之间的紧密共生关系。相关研究成果近日在线发表在《美国科学院院刊》上。

大部分动物都有肠道共生菌，且肠道共生菌普遍存在宿主特异性。解析这种紧密共生关系的形成机制，是理解动物共生肠道微生态系统建成和维持的关键。真社会性蜂类的成虫都有相对简单但组成稳定的核心肠道菌群，并通过社会性接触传递给新羽化的工蜂。

已有研究认为，在蜂宿主和肠道菌共同多样化演化的过程中，现生肠道菌的共同祖先已经与宿主的共同祖先形成了共生关系，并随着宿主的分化而形成了具有宿主特异性的菌株。因此，该系统提供了一个绝佳的研究模型，以阐明宿主—肠道菌的互作关系在菌的宿主特异性演化过程中是否发挥了关键作用。

论文通讯作者周欣表示，研究利用来自西方蜜蜂和熊蜂肠道的核心菌株Gilliamella菌株，首先通过交叉定植实验确定了Gilliamella菌株存在宿主特异性。随后通过转录组分析及免疫基因的表达检测，发现异源的熊蜂Gilliamella菌株能够激发西蜂产生更强烈的免疫反应。使用RNA干扰技术(RNAi)抑制西蜂IMD和Toll免疫通路基因的关键基因Relish和dorsal-1，显著提高了熊蜂Gilliamella菌株在西蜂肠道中的定植量。

“进一步的研究发现，在熊蜂Gilliamella菌株定植西蜂的过程中，Relish和dorsal-1通过促进Duox基因表达进而增加肠道内活性氧水平，从而抑制异源菌株的增殖，而这一过程并无抗菌肽的参与。在昆虫肠道免疫反应中，Duox-ROS途径通常是宿主应对病原微生物感染的第一道防线。本研究发现蜜蜂正是利用了这一免疫途径，精准限制了异源菌株在肠道内的增殖。”周欣说。

论文第一作者、中国农业大学植物保护学院博士研究生郭丽珍介绍，研究结果从演化的角度，首次阐明了昆虫的先天免疫系统在肠道菌的宿主特异性形成和维持过程中的作用机制，为宿主—共生微生物互作的基本范式提供了全新的证据。