《研究表明梳理基因可以保护蜜蜂免受致命螨的侵害》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 梁晓贺
  • 发布时间:2017-11-28
  • 加拿大圭尔夫大学(Guelph University)的最新研究显示,蜜蜂体内的一种梳理基因可能是保护蜜蜂免受致命的蜂蜜蟹螨伤害的关键。环境科学学院(School of Environmental Sciences)的恩勒斯特·古茨曼(Ernesto Guzman)教授带领来自普渡大学(Purdue University)的科学家进行了此项研究。

    蜂蜜蟹螨常依附于蜜蜂的身体并以饮食蜜蜂的血为生。受感染的蜜蜂的寿命只有正常蜜蜂的一半,它们通常会死于失血过多或螨传播的致命病毒。古斯曼教授说:“大约85%的蜜蜂群都存在螨虫,所以几乎不可能将它们根除。所以,我们的目标是维持低水平的螨虫数量。实现这个目标的一个方法就是培育对螨虫有抵抗力的蜜蜂,而抵抗力的机制之一就是蜜蜂的梳理行为。”

    螨虫身形扁平,藏匿在蜜蜂腹部的区块间,蜜蜂很难能触碰到它们。为了清除螨虫,蜜蜂需要用2、3条腿大力抓挠,同时长时间晃动身体。虽然所有的蜜蜂都有梳理基因,但只有当梳理基因呈现高显性表达时,蜜蜂才会激烈地挠抓身体,才会去除身体上的蜂蜜蟹螨,对他们产生抵抗力。那些基因呈低显性表达的蜜蜂,有些不会抓挠,有些一开始会轻轻地抓,然后就放弃了。

    为了将基因与蜜蜂的螨虫抗性联系起来,古茨曼研究团队必须证明激烈的抓挠行为会使一些蜜蜂更具有抗螨效力。在之前的一项研究中,古茨曼发现,具有抗螨性的俄罗斯蜜蜂的梳理行为比不具有抗性的安大略蜜蜂激烈得多。古茨曼说:“俄罗斯蜜蜂是第一批接触蜂蜜蟹螨的蜜蜂,并且产生了抗螨性。但是我们想确定是什么导致了这种抗性。”为了确定激烈的梳理行为是否与遗传学有关,研究人员在引入蜂蜜蟹螨后比较了蜜蜂的核糖核酸(RNA)。研究发现具有激烈梳理行为的蜜蜂显示出了高显性轴突蛋白1基因,并已知该基因与重复运动有关。该项研究成果近期发表在《行为遗传学(Behavior Genetics)》杂志上。

    古斯曼研究团队的下一步研究重点是确定高显性轴突蛋白1基因的表达水平是否可以遗传。如果能证实这种基因具有可遗传性,便可进一步筛选基因表达强的工蜂用于育种。

    (编译 梁晓贺)

相关报告
  • 《新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的危害及保护措施》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:梁晓贺
    • 发布时间:2017-11-27
    • 据多方统计分析,作为主要传粉昆虫的蜜蜂数量正在减少,一些品种甚至面临灭绝的危险。导致这一现象的主要原因包括城市发展、引进新物种、气候变化以及使用杀虫剂等,而新烟碱等杀虫剂的使用是导致蜜蜂数量减少的直接原因。为此,欧洲国家开展了多项相关研究,深入分析了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的危害,美国相关部门也陆续采取了相应措施。 一、新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的危害 1、新烟碱类杀虫剂易转移。新烟碱类化合物是一种包裹在玉米和大豆等作物种子表面的杀虫剂,可溶于水,易转移,如转移到枫树、蒲公英和三叶草等植物和野花中,由此增加了蜜蜂与之接触的机率; 2、通过阻断蜜蜂大脑神经元间的信号输出,引发蜜蜂死亡。实验室中使用大剂量新烟碱,可阻断蜜蜂大脑神经元间的信号输出,导致麻痹,最终致死。接触过新烟碱的蜜蜂,寿命会缩短23%; 3、引发“蜂群崩溃综合症(Colony Collapse Disorder)”。农田中使用烟碱类杀虫剂,会导致蜜蜂迷失方向或行为紊乱。蜜蜂因此无法返回蜂巢,或需要花费更长的时间寻找花,最终导致蜜蜂劳动效率下降,甚至从蜂巢中消失; 4、对健康状况良好的蜜蜂没有影响。此研究结论由欧洲科学家研究发现,受新烟碱的生产公司拜耳(Bayer)和先正达(Syngenta)赞助。这两家公司指出,德国科学家的研究表明当蜜蜂健康状况良好、疾病少、饮食丰富时,新烟碱不会对它们的健康造成危害; 5、两种化合物共同作用,增加蜜蜂致死率。低剂量(无致命性)杀菌剂丙环唑(propiconazole)和新烟碱类杀虫剂噻虫胺(clothianidin)单独作用蜜蜂后危害并不大,但蜜蜂一旦同时摄取两种物质,死亡率会升高。 二、相关蜜蜂保护措施 蜜蜂数量减少这个问题,引起各国的重视。美国农业部(USDA)不仅将每年的6月19日到25日定为“国家传粉昆虫周”,其直属研究机构还根据各自特长,制定了专门的蜜蜂保护方案;农业研究局开展了如何提高蜜蜂营养健康的研究,包括杀虫剂对蜜蜂的影响研究,蜜蜂营养状况评估方法研究及建立蜜蜂基因库;美国粮食和农业研究所也资助公立大学开展了相关研究。如,内达华大学研究人员对侵染蜜蜂的病毒进行研究,密歇根州立大学科学家在制定可持续传粉战略;美国农业统计处与动植物卫生检查处共同开展全国范围的蜜蜂健康调查,为害虫和疾病传播设立基准值;美国林业服务和农场服务局建立和恢复了上万英亩的传粉昆虫栖息地;美国自然资源保护局为土地所有者保护或恢复3万英亩私有土地提供了财政支持。 (编译 梁晓贺)
  • 《保护植物免受土壤中有害金属侵害的关键基因》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-10-28
    •     索尔克大学的科学家们发现了一种植物用来控制土壤中锌的有毒水平的新机制,这种机制依靠一种叫做TBR的基因来增强植物细胞壁吸收和保持多余锌的能力。这些发现将有助于设计能够适应气候变化和人类驱动的土壤中重金属过剩的作物,以及创造含有重要微量元素的更有营养的作物,以养活不断增长的全球人口。     人类活动对地球的负面影响不仅影响地球的大气,还会深入到土壤中。例如,过度施用粪肥或污水污泥会增加种植重要作物的农田中的重金属浓度。其中一种重金属是锌,这是植物和动物健康所必需的微量营养素。然而,过量的锌会对敏感的植物物种造成极大的伤害。有些植物天生对锌有更高的耐受性,这使它们能够在有毒的环境中茁壮成长,但这背后的生物学原理此前并不清楚。在一项新的研究中,索尔克研究所的科学家们发现了一种帮助植物管理土壤中过量锌的基因。       研究结果发表在2024年7月11日的《自然通讯》上,揭示了植物通过将锌捕获在根细胞壁中来耐受高水平的锌,这一过程是由一种名为毛状体双折射(TBR)的基因促进的。科学家和农民现在可以利用这些信息来开发和种植对土壤污染更有抵抗力的作物。提高植物的恢复力是索尔克植物利用计划的一个主要目标。“细胞壁的结构就像一个支架,可以从植物的其他部分储存锌,如果TBR基因是活跃的,植物可以储存更多的锌,”资深作者沃尔夫冈·布施解释说,他是利用植物倡议的执行董事,也是索尔克植物科学的赫斯主席。“这个简单过程的有趣之处在于,对于暴露在有毒环境中的植物来说,它可能是生与死的区别。”细胞壁储存锌的能力很大程度上依赖于一种叫做果胶甲基化的过程——这一过程改变了细胞壁内海绵状果胶分子的结构,使它们能够吸收更多的锌。为了更好地理解这一点,研究人员进行了一项全基因组关联研究,以确定与果胶甲基化增加相关的植物基因。     “我们发现TBR等位基因变异会影响果胶甲基化的变化,并有助于确定植物耐受高锌水平的能力,”第一作者、布希实验室前访问研究生钟开珍说。“了解这一点非常重要,因为我们现在可以在其他植物中引入或激活这种基因,从而创造出更能适应环境变化的作物。”这些最初的实验是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行的,拟南芥是一种小型开花植物,科学家将其作为研究植物生物学的模式生物。研究人员的下一步是看看这个基因是否在其他植物中也有类似的作用,包括重要的作物物种。     为了做到这一点,科学家们把稻谷(Oryza sativa)——一种常见的水稻品种和数十亿人的主要作物——放在锌含量有毒的土壤中。他们专门比较了两种版本的水稻——一种有功能的TBR基因,另一种没有——并监测了它们的根系生长情况,作为锌耐受性的衡量标准。具有功能性TBR的水稻成功繁殖,证实了这种锌毒性的生存机制在多个植物物种中是保守的。同样的试验也对豆科植物荷花进行了试验,得出了同样的结果。“令人兴奋的是,我们的数据表明,这种现象在所有开花植物中都是保守的,它们构成了绝大多数植物物种和粮食作物,”Busch说。“这一发现可以用于提高植物对有毒锌水平的适应能力,并有助于支持我们未来的食物供应。”     到2080年,世界人口预计将激增至110亿,而土壤中的锌毒性日益普遍,因此必须在开发能够承受这些条件的作物方面取得进展。这项研究是实现这一目标的重要一步。