感染蜜蜂球囊菌的病毒遗传特征及其对蜜蜂球囊菌毒力的影响

Honey bee viruses and Ascosphaera apis (A. apis) are two different kinds of common pathogens affecting honey bee health. Honey bees can be infected by viruses at each developmental stage, and the A. apis is a fungal pathogen of honey bees causing chalkbrood in honey bee larvae (Apis mellifera L.). In our preliminary study, we have demonstrated that honey bee viruses including Black queen cell virus (BQCV), Deformed wing virus (DWV) and Israeli acute paralysis virus (IAPV) could infect and replicate in the fungal pathogen A. apis, and that DWV, BQCV and IAPV could possibly be mycoviruses, revealing a novel biological feature of honey bee viruses. There is convincing evidence that mycoviruses have the ability to reduce the virulence of their fungal hosts. A comparative analysis between A. apis-infecting viruses and honey bee-infecting viruses for genome organization and phylogenetic development is carried out to further confirm that the A. apis-infecting viruses are mycoviruses. On this basis, the changing pathogenicity of A.apis infected with the mycovirus in honey bee larvae is investigated in the study. Furthermore, a comparative study of variation in ability to infect honey bee larvae between the mycovirus and the corresponding honey bee virus will also be conducted. In the present research, the results will not only reveal new insights into study of the interaction between honey bee pathogens and also provide a screened mycovirus used for the prevention and treatment of chalkbrood disease for the beekeeping industry.

蜜蜂病毒与蜜蜂球囊菌是影响蜜蜂健康的两种不同种类的常见病原微生物。病毒可以感染蜜蜂的各个发育阶段，蜜蜂球囊菌是感染蜜蜂幼虫并引起幼虫白垩病的真菌性病害。初步研究发现了蜜蜂病毒的一个新生物学特征：黑蜂王台病毒、蜜蜂残翅病毒和以色列急性麻痹病毒三种病毒可以感染并在蜜蜂球囊菌中进行复制，这三种感染球囊菌的病毒很可能已突变为真菌病毒，已有证据表明真菌病毒具有弱化宿主真菌毒力的能力。本课题通过分析感染蜜蜂球囊菌的病毒粒子与蜜蜂体内的病毒粒子在基因组结构及种系进化的差异，确认感染蜜蜂球囊菌的病毒为真菌病毒。在此基础上，研究被真菌病毒感染的球囊菌对蜜蜂幼虫致病力的变化情况，并进一步比较研究真菌病毒与对应的蜜蜂病毒对蜜蜂幼虫感染能力的差异性。本项目研究结果不仅为蜜蜂病原互作研究提供了新的研究思路，同时可筛选出应用于养蜂业中蜜蜂幼虫白垩病预防与治疗的真菌病毒。

蜜蜂球囊菌是感染蜜蜂幼虫的专一性病原，可以引起世界范围内意蜂幼虫的白垩病症状。本研究中，我们克隆并对感染蜜蜂球囊菌的真菌病毒进行测序，发现该真菌病毒与源自蜜蜂的蜜蜂以色列急性麻痹病毒之间的序列相似性为98.34%，显示出病毒序列已经出现突变以适应新的宿主。在电子显微镜下，观察到真菌病毒粒子的二十面体结构。. 此外，球囊菌感染对被感染意蜂幼虫肠道的抗氧化酶活性、代谢模式、营养成分和免疫解毒基因的影响也进行了研究。酶联免疫吸附测定和基于液相-质谱的非靶标代谢组分析法被用于检测被感染幼虫肠道的抗氧化酶活性的变化及代谢变化模式。超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽S转移酶的活性在被感染幼虫肠道中显著降低。28个代谢物的含量在被感染幼虫肠道中显著上升，52个代谢物的含量在被感染幼虫肠道中显著下降。5-oxo-ETE在被感染幼虫肠道中的含量是对照组的两倍多，上升的5-oxo-ETE含量可以作为白垩病检测的生物标志物。可以抵御氧化应激的代谢物如牛磺酸、碳六烯酸等的含量在处理组幼虫肠道中均显著降低。结果表明球囊菌感染可以在幼虫体内诱导明显的氧化应激胁迫。. 在被球囊菌感染后，包括abaecin等在内的免疫基因的表达水平在幼虫肠道中显著上调，然而包括catus等在内的免疫和抗氧化基因的表达水平在幼虫肠道中显著下调。蛋白质和脂肪含量在被感染幼虫肠道中显著降低，葡萄糖和糖原含量在被感染幼虫肠道中显著上升。此外，球囊菌感染还可以紊乱成年工蜂后肠核心菌群的稳定性。. 球囊菌感染可以加速蛋白质、脂肪等营养成分的流失，最终引起蜜蜂幼虫生理异常和死亡。通过传统的生理生化实验手段和组学技术，从基因表达、酶活性和代谢物变化模式三方面的结果表明球囊菌侵染可以影响蜜蜂的免疫基因表达水平，降低蜜蜂抗氧化基因的表达水平，降低抵御氧化应激代谢物的含量。我们的结果表明球囊菌侵染可以损伤幼虫抵御氧化应激胁迫的能力，为球囊菌与蜜蜂互作机制的研究提供了新的研究思路。