近日，動物科技學(xué)院胥保華教授和生命科學(xué)學(xué)院郭興啟教授領(lǐng)銜的蜜蜂研究團隊在《Pesticide Biochemistry and Physiology》在線發(fā)表了題為“The role of AccCDK20and AccCDKN1from Apis cerana ceranain development and response to pesticide and heavy metal toxicity”的研究論文，證實了中華蜜蜂細胞周期調(diào)控因子在抵抗農(nóng)藥及重金屬脅迫中發(fā)揮重要作用。

中華蜜蜂（Apis cerana cerana）是我國特有蜂種，相比于西方蜜蜂（Apis mellifera），中華蜜蜂對低溫和螨蟲有更強的抵抗力，并善于采集零星蜜粉源，在農(nóng)作物增產(chǎn)和維持生態(tài)平衡等方面發(fā)揮重要的作用。但近年來，隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，蜜蜂生存環(huán)境中的農(nóng)藥和重金屬污染問題日趨加重，給中華蜜蜂生存造成嚴重威脅。

面對各種環(huán)境因子的脅迫，在長期的進化過程中，蜜蜂形成了行為規(guī)避、物理屏障和分子機制等一系列的應(yīng)對策略。大量證據(jù)表明，農(nóng)藥和重金屬脅迫能夠?qū)е旅鄯溥^量生成ROS，導(dǎo)致氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激加劇DNA損傷，造成DNA結(jié)構(gòu)破壞。而細胞周期調(diào)控因子不僅在調(diào)節(jié)細胞增殖、分化等方面起重要作用，還參與DNA損傷修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)等重要過程。但目前有關(guān)細胞周期調(diào)控因子的研究多關(guān)注于哺乳動物，在中華蜜蜂中的功能研究卻較少。本研究以中華蜜蜂為研究對象，利用qRT-PCR、RNAi等技術(shù)手段，探索了中華蜜蜂AccCDK20和AccCDKN1基因?qū)r(nóng)藥和重金屬脅迫的應(yīng)答模式和調(diào)控機制。

農(nóng)藥和重金屬污染是影響蜂群健康的主要風(fēng)險因素，其不僅在農(nóng)田及周邊的植物和水源中發(fā)現(xiàn)，也可以通過環(huán)境傳播，具有持續(xù)時間長、污染范圍廣等特點。通過qRT-PCR方法對AccCDK20和AccCDKN1在受到不同脅迫處理后的表達模式分析，發(fā)現(xiàn)中華蜜蜂在經(jīng)多種農(nóng)藥及重金屬脅迫處理后，AccCDK20和AccCDKN1的表達水平發(fā)生顯著變化，說明農(nóng)藥及重金屬脅迫誘導(dǎo)AccCDK20和AccCDKN1的應(yīng)激反應(yīng)。

圖1. 沉默AccCDK20和AccCDKN1后，抗氧化相關(guān)基因表達及酶活水平分析

細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)需要抗氧化防御體系維持，抗氧化基因和抗氧化酶是防御系統(tǒng)的重要組成部分。借助于RNAi技術(shù)，證明抑制AccCDK20和AccCDKN1的轉(zhuǎn)錄可導(dǎo)致中華蜜蜂體內(nèi)抗氧化相關(guān)基因及酶活的表達水平改變，降低了中華蜜蜂自身抗氧化能力。

現(xiàn)有研究表明，持續(xù)的草甘膦脅迫會影響蜜蜂的學(xué)習(xí)、記憶、覓食和免疫的許多方面。本研究發(fā)現(xiàn)，在草甘膦脅迫下，中華蜜蜂AccCDK20和AccCDKN1的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)，敲低AccCDK20和AccCDKN1導(dǎo)致中華蜜蜂對草甘膦的抵抗力下降，死亡率增加。

圖2. AccCDK20和AccCDKN1沉默后，草甘膦脅迫下生存曲線分析

綜上所述，本研究表明AccCDK20和AccCDKN1基因在中華蜜蜂的抵抗農(nóng)藥及重金屬脅迫中發(fā)揮重要作用。敲低AccCDK20和AccCDKN1基因可影響中華蜜蜂的抗氧化系統(tǒng)，造成體內(nèi)的氧化損傷積累，增加對農(nóng)藥或重金屬的敏感性。研究成果豐富了細胞周期調(diào)控因子在中華蜜蜂中的功能研究，同時充實了中華蜜蜂抗逆研究體系，為蜜蜂抗逆遺傳改良提供了理論基礎(chǔ)。

碩士研究生白金昊為論文的第一作者，胥保華教授和王穎博士為論文的通訊作者，本研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才工程的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2022.105333

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波