近日，动物科技学院胥保华教授和生命科学学院郭兴启教授领衔的蜜蜂研究团队在《Pesticide Biochemistry and Physiology》在线发表了题为“The role of AccCDK20and AccCDKN1from Apis cerana ceranain development and response to pesticide and heavy metal toxicity”的研究论文，证实了中华蜜蜂细胞周期调控因子在抵抗农药及重金属胁迫中发挥重要作用。
中华蜜蜂（Apis cerana cerana）是我国特有蜂种，相比于西方蜜蜂（Apis mellifera），中华蜜蜂对低温和螨虫有更强的抵抗力，并善于采集零星蜜粉源，在农作物增产和维持生态平衡等方面发挥重要的作用。但近年来，随着我国现代化工业和农业的快速发展，蜜蜂生存环境中的农药和重金属污染问题日趋加重，给中华蜜蜂生存造成严重威胁。
面对各种环境因子的胁迫，在长期的进化过程中，蜜蜂形成了行为规避、物理屏障和分子机制等一系列的应对策略。大量证据表明，农药和重金属胁迫能够导致蜜蜂过量生成ROS，导致氧化应激。氧化应激加剧DNA损伤，造成DNA结构破坏。而细胞周期调控因子不仅在调节细胞增殖、分化等方面起重要作用，还参与DNA损伤修复、免疫调节等重要过程。但目前有关细胞周期调控因子的研究多关注于哺乳动物，在中华蜜蜂中的功能研究却较少。本研究以中华蜜蜂为研究对象，利用qRT-PCR、RNAi等技术手段，探索了中华蜜蜂AccCDK20和AccCDKN1基因对农药和重金属胁迫的应答模式和调控机制。
农药和重金属污染是影响蜂群健康的主要风险因素，其不仅在农田及周边的植物和水源中发现，也可以通过环境传播，具有持续时间长、污染范围广等特点。通过qRT-PCR方法对AccCDK20和AccCDKN1在受到不同胁迫处理后的表达模式分析，发现中华蜜蜂在经多种农药及重金属胁迫处理后，AccCDK20和AccCDKN1的表达水平发生显著变化，说明农药及重金属胁迫诱导AccCDK20和AccCDKN1的应激反应。
图1. 沉默AccCDK20和AccCDKN1后，抗氧化相关基因表达及酶活水平分析
细胞氧化还原稳态需要抗氧化防御体系维持，抗氧化基因和抗氧化酶是防御系统的重要组成部分。借助于RNAi技术，证明抑制AccCDK20和AccCDKN1的转录可导致中华蜜蜂体内抗氧化相关基因及酶活的表达水平改变，降低了中华蜜蜂自身抗氧化能力。
现有研究表明，持续的草甘膦胁迫会影响蜜蜂的学习、记忆、觅食和免疫的许多方面。本研究发现，在草甘膦胁迫下，中华蜜蜂AccCDK20和AccCDKN1的转录水平显著上调，敲低AccCDK20和AccCDKN1导致中华蜜蜂对草甘膦的抵抗力下降，死亡率增加。
图2. AccCDK20和AccCDKN1沉默后，草甘膦胁迫下生存曲线分析
综上所述，本研究表明AccCDK20和AccCDKN1基因在中华蜜蜂的抵抗农药及重金属胁迫中发挥重要作用。敲低AccCDK20和AccCDKN1基因可影响中华蜜蜂的抗氧化系统，造成体内的氧化损伤积累，增加对农药或重金属的敏感性。研究成果丰富了细胞周期调控因子在中华蜜蜂中的功能研究，同时充实了中华蜜蜂抗逆研究体系，为蜜蜂抗逆遗传改良提供了理论基础。
硕士研究生白金昊为论文的第一作者，胥保华教授和王颖博士为论文的通讯作者，本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和泰山产业领军人才工程的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2022.105333
编 辑：万 千
审 核：贾 波
