蜜蜂病毒對(duì)蜜蜂蜂王的影響

袁春穎 李良斌 侯春生 鄧炎春

（1 遼寧省農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，興城 125100；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，長(zhǎng)沙 410205）

作為社會(huì)性昆蟲之一，蜜蜂不僅在維持生態(tài)平衡和生物多樣性中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。然而，隨著蜜蜂病毒的傳播、農(nóng)藥殘留以及蜂王遺傳多樣性的下降等，蜜蜂的生存環(huán)境愈發(fā)嚴(yán)峻，已嚴(yán)重威脅到蜜蜂健康及養(yǎng)蜂經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2-4]。迄今為止，蜜蜂病毒的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了30 種，其中絕大多數(shù)為正義單鏈RNA病毒。在蜂群中最常見的蜜蜂病毒包括蜜蜂急性麻痹病毒（ABPV）、慢性蜜蜂麻痹病毒（CBPV）、以色列急性麻痹病毒（IAPV）、克什米爾蜜蜂病毒（KBV）、殘翅病病毒（DWV）、黑蜂王病毒（BQCV）和囊狀幼蟲病病毒（SBV）等[5]。BQCV 在成年蜂種群中，夏季的發(fā)病率可高達(dá)58%，根據(jù)Tentcheva 在24 個(gè)蜂場(chǎng)的調(diào)查結(jié)果表明，BQCV 的隱性感染可覆蓋全年[6]。楊磊等人的調(diào)查結(jié)果顯示，CBPV 在我國(guó)的感染率高達(dá)88.2%，DWV 的感染率高達(dá)81.2%[7]。

一個(gè)健康的蜂群由一個(gè)蜂王、約2 萬(wàn)只工蜂和幾百只雄蜂組成[8]。蜂王是蜂群中唯一一個(gè)生殖器官發(fā)育完全的雌性個(gè)體，負(fù)責(zé)整個(gè)蜂群的產(chǎn)卵和蜂群的繁衍，同時(shí)，通過(guò)釋放蜂王信息素以維持整個(gè)蜂群的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。工蜂在不同的發(fā)育階段發(fā)揮不同的作用，包括哺育、覓食、清理巢房和保衛(wèi)蜂王等，雄蜂負(fù)責(zé)與蜂王進(jìn)行交配；哺育蜂對(duì)蜂王及蜜蜂幼蟲的交哺喂養(yǎng)方式成為蜜蜂病原體的重要傳播途徑[10,11]。蜂群中高頻率的接觸行為為病原體的傳播提供了一個(gè)絕佳的方式。

1 蜂王病毒的傳播途徑

病毒毒力大小和流行病學(xué)特征受到病毒傳播途徑的直接影響。研究表明，在蜂群中病毒的垂直傳播和水平傳播同時(shí)發(fā)生（圖1），因而導(dǎo)致蜂王感染病毒的作用機(jī)理變得錯(cuò)綜復(fù)雜[12]。水平傳播是指病毒在蜜蜂同一世代不同個(gè)體之間的擴(kuò)散過(guò)程，包括食物傳播、載體傳播、交尾傳播等方式；垂直傳播是指蜂王通過(guò)繁殖將病毒傳遞給下一代的過(guò)程，包括卵表傳播和卵核傳播[7]。病毒在水平傳播的過(guò)程中更易進(jìn)化出新形態(tài)，從而導(dǎo)致毒性增強(qiáng)，對(duì)寄主的存活率和適應(yīng)性產(chǎn)生負(fù)面影響[12]。相比之下，垂直傳播依賴于蜜蜂的繁衍能力和生存狀態(tài)，會(huì)降低病毒毒力，從而導(dǎo)致病毒難以在蜂群中長(zhǎng)期存活[13]。

圖1 病毒在蜂群中的傳播途徑

1.1 垂直傳播

交配感染、生殖配子帶毒、受精卵污染為垂直傳播的三個(gè)主要方式，其中交配傳播為病毒的單向傳播[14]。對(duì)蜂王及其卵進(jìn)行病毒檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，SBV、BQCV、KBV、CBPV、ABPV 和IAPV 等病毒均可在卵中發(fā)現(xiàn)。Amiri 等研究表明，蜜蜂殘翅病毒DWV 主要黏附在卵子表面，通過(guò)垂直傳播侵染子代，從而造成蜂群大面積感染[15]。對(duì)感染SBV 的蜂王各組織部位進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，僅卵巢中含有SBV 病毒，同時(shí)其產(chǎn)生的卵也帶有該病毒，進(jìn)一步證實(shí)蜂王可以通過(guò)垂直傳播途徑將SBV 病毒傳遞給子代[16]。任何被病毒感染的卵都有可能被培育成蜂王，并且在整個(gè)生命周期中都攜帶該病毒并進(jìn)行下一代的垂直傳播。然而，目前對(duì)于病毒垂直傳播的致病性卻知之甚少。

雄蜂與蜂王的交配是病毒侵染蜂王的重要途徑之一，已得到了一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)[17]。Prodelalova 等在表觀正常的雄蜂精液中檢測(cè)到DWV、ABPV、BQCV 和SBV 等多種病毒，說(shuō)明雄蜂可以通過(guò)交配將病毒傳染給蜂王，雄蜂的病毒載量將通過(guò)交配途徑直接影響到蜂王的健康[18]。當(dāng)受到DWV 感染的雄蜂與蜂王交配時(shí)，精液中攜帶的DWV 病毒可通過(guò)交配傳染給蜂王，并且在交配后蜂王的腸道和卵巢中均可檢測(cè)得到[19]。進(jìn)一步研究表明，蜂王和雄蜂在自然婚飛狀態(tài)下也可以通過(guò)交配感染DWV[20]。

1.2 水平傳播

幼蟲時(shí)期感染病毒的蜂王一部分來(lái)自于親代的垂直傳播，另一部分來(lái)自于哺育蜂的水平傳播。例如，在工蜂的下顎腺和下咽腺中可檢測(cè)到IAPV、CBPV、DWV 和BQCV 等多種病毒，表明哺育蜂可能通過(guò)交哺途徑將病毒粒子通過(guò)蜂王漿傳遞給蜂王，隨后在蜂王的糞便中也檢測(cè)到相應(yīng)的病毒，進(jìn)一步證明蜂群中存在經(jīng)食物-消化道傳播病毒的方式[21-23]。此外，蜂王幼蟲不斷取食含病毒粒子的食物并在體內(nèi)積累，嚴(yán)重時(shí)可致蜂王在幼蟲期或蛹期死亡[23]。有研究表明CBPV 可以通過(guò)糞-口途徑或接觸傳播途徑感染健康蜜蜂[24,25]。另外，在工蜂與雄蜂的水平傳播途徑中，狄斯瓦螨作為蜜蜂病毒的載體和媒介，極大促進(jìn)了病毒的水平傳播，如IAPV、KBV 和SBV 等病毒[26-28]。然而，狄斯瓦螨難以向蜂王幼蟲傳播病毒，因?yàn)楫?dāng)瓦螨感染嚴(yán)重導(dǎo)致蜂王幼蟲感染病毒并出現(xiàn)表型時(shí)，工蜂就會(huì)重新培養(yǎng)新王[29,30]。

蜂王通過(guò)釋放蜂王信息素指引護(hù)衛(wèi)蜂包圍蜂王，并通過(guò)觸角、梳理行為和喂食與其進(jìn)行互動(dòng)[31]，護(hù)衛(wèi)蜂往往是日齡較小的工蜂，與蜂箱外部環(huán)境少有接觸，以保護(hù)蜂王免受外部病原體的侵害。然而，生命周期越長(zhǎng)的蜂王與蜂群中的工蜂會(huì)產(chǎn)生越多的社會(huì)互動(dòng)行為，導(dǎo)致體內(nèi)的病毒載量不斷增加[32]。

2 病毒對(duì)蜂王的直接影響

新一代測(cè)序技術(shù)問(wèn)世，極大促進(jìn)了蜜蜂病毒轉(zhuǎn)錄組學(xué)、宏基因組學(xué)和病毒組學(xué)的研究[33]。然而病毒感染導(dǎo)致的蜜蜂表型變化仍然是知之甚少的，當(dāng)蜜蜂在受到病毒感染時(shí)，會(huì)觸發(fā)表型變化包括癱瘓、畸形甚至是死亡[34]。而當(dāng)蜂王出現(xiàn)病理表型時(shí)，由于蜂王在蜂群中的特殊地位，容易被新的蜂王取代，使得蜂王的病理特征相較于工蜂變得更加難以觀察，因此目前的研究大多數(shù)僅限于實(shí)驗(yàn)室與晚期感染的老年蜂王中，有關(guān)蜜蜂病毒對(duì)于蜂王的表型影響研究仍然缺乏系統(tǒng)的研究與闡釋[25,35]。目前針對(duì)蜜蜂病毒導(dǎo)致的蜂王病理表型研究較為清楚的是BQCV、DWV 和CBPV[19,36,37]。

2.1 病毒在蜂王體內(nèi)的分布

在蜂王中已經(jīng)檢測(cè)出多種病毒，表明蜂王不僅僅感染單一病毒，還存在多種病毒的協(xié)同感染[38,39]。前人研究表明，蜜蜂病毒在蜂王不同組織部位均有表達(dá)，包括頭部、胸部、腦、腸道、卵巢、受精囊和脂肪體等。但是有部分病毒具有的組織分布特異性，例如DWV 主要分布在蜂王的腹部和胸腔中，而頭部、卵巢、精囊和精子的病毒載量較低，暗示DWV 存在垂直傳播的途徑，但主要依賴水平傳播[37]；而BQCV在蜂王腸道的病毒載量極顯著的高于淋巴和卵巢等組織[40]；KBV 則侵染除蜜蜂頭部以外的其他組織[41]。在不同組織的特異性分布會(huì)直接影響病毒對(duì)蜂王的致病表型。前人研究發(fā)現(xiàn)，幾乎很難在處女王中檢測(cè)到高毒力的病毒，但能在年老的蜂王中檢測(cè)到低滴度且致病性強(qiáng)的病毒[42]。一方面，可能是因?yàn)楦叨玖Φ牟《練⑺懒瞬赣?，切斷了蜂王的水平傳播途徑；另一方面，即使蜂王被感染，也?huì)在短時(shí)間死亡[20]。而年長(zhǎng)的蜂王則可能通過(guò)社會(huì)行為接觸感染病毒，因此病毒滴度較低并不會(huì)導(dǎo)致死亡，可用于表型的研究[23,25]。

2.2 BQCV對(duì)蜂王的表型影響

BQCV 由Baily 等人（1983）在死亡蜂王幼蟲和蜂蛹細(xì)胞中首次分離，由于感染后會(huì)導(dǎo)致蜂王王臺(tái)壁和蜂蛹變黑而得名。一些研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂經(jīng)口感染BQCV 需要以大蜂螨和微孢子蟲為傳播媒介，BQCV只在被蜜蜂微孢子蟲感染的蜂王幼蟲中增殖，若培育新王的蜂群感染BQCV，將導(dǎo)致蜂王迅速感染并降低羽化率[43,44]。感染BQCV 蜂王的前蛹期和封蓋期受到的影響較大，患病后蜂王軀體泛白，逐漸發(fā)黑，最后階段王臺(tái)也全部變黑[14,45]。解剖后發(fā)現(xiàn)感染BQCV 的蜜蜂出現(xiàn)腹瀉、腹脹、中腸水腫等癥狀，伴有透明液體充盈膨脹的中腸；進(jìn)一步說(shuō)明BQCV 的主要復(fù)制場(chǎng)所是腸道[46]。相反，成年的蜂王感染BQCV 并不會(huì)表現(xiàn)明顯的癥狀[47,48]。

2.3 CBPV對(duì)蜂王的表型影響

研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)病毒感染的蜂群中，工蜂感染CBPV 后往往表現(xiàn)出較為明顯的表型特征，如腹部變黑和足顫抖等，RT-qPCR 檢測(cè)結(jié)果顯示蜂王體內(nèi)的病毒載量與工蜂并無(wú)顯著差異，但是蜂王并不容易表現(xiàn)出工蜂感染的表型[49]。Amiri 等人通過(guò)注射、喂食和觸碰等方法讓蜂王感染CBPV，發(fā)現(xiàn)感染CBPV后會(huì)導(dǎo)致蜂王出現(xiàn)足顫抖、腹部腫脹和充滿血淋巴等癥狀，與工蜂癥狀類似，但出現(xiàn)時(shí)間較晚[25]。

2.4 DWV對(duì)蜂王的表型影響

DWV 感染蜂王導(dǎo)致蜂王翅的殘缺和卵巢的退化只出現(xiàn)在狄斯瓦螨高度感染的蜂群中[29]。有研究認(rèn)為狄斯瓦螨通過(guò)干擾NF-kb 信號(hào)途徑抑制體液免疫和細(xì)胞免疫，從而促進(jìn)了DWV 的進(jìn)一步復(fù)制[50]。Delaney等進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)蜂王的DWV 滴度與蜂王的精子儲(chǔ)存量呈負(fù)相關(guān)，暗示著高病毒載量的蜂王可能很快會(huì)被取代[51]。Gauthier 等研究表明感染DWV 有可能會(huì)使得蜂王的卵巢發(fā)生病變，卵泡發(fā)生退行性病變，卵巢皺縮變色；已經(jīng)交配過(guò)的蜂王較處女王發(fā)生病變的概率有顯著提升，與感染病毒的滴度無(wú)關(guān)[36]。

3 蜜蜂的免疫防御

蜜蜂通過(guò)種群內(nèi)的級(jí)型分化和勞動(dòng)分工使得群體內(nèi)部高效運(yùn)轉(zhuǎn)，但群體間的接觸也大大增加了病毒在蜂群內(nèi)部的傳播幾率[52]。研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)病毒侵染，蜜蜂除了個(gè)體防御策略，還有以整個(gè)蜂群為整體的社會(huì)性免疫策略，例如清理巢房、蜂群發(fā)熱和互相清理等行為[53]。兩種免疫防御策略均在很大程度上對(duì)蜂王在面對(duì)病毒侵染時(shí)起到了至關(guān)重要的保護(hù)作用[54]。研究發(fā)現(xiàn)，受DWV 感染的蜂群，蜜蜂級(jí)型分化的時(shí)間和壽命顯著縮短，受感染的哺育蜂和幼蜂加速離開蜂王所在的蜂群中心區(qū)域，轉(zhuǎn)化為采集蜂，加速行為轉(zhuǎn)變作為一種預(yù)防措施來(lái)減少感病蜜蜂與蜂王的接觸頻率[55,56]；同時(shí)，蜂群通過(guò)表皮碳?xì)浠衔锏母淖冏R(shí)別患病個(gè)體并將其清除[57]。蜂王與工蜂之間的社會(huì)行為由蜂王主導(dǎo)，蜂王通過(guò)識(shí)別工蜂表皮碳?xì)浠衔飦?lái)減少與感染IAPV 個(gè)體的社會(huì)行為接觸[58]。Amiri 等人對(duì)工蜂對(duì)于感染IAPV 和健康蜂王的Y 管選擇實(shí)驗(yàn)表明，工蜂對(duì)于健康蜂王和IAPV 感染蜂王之間的選擇在總體上并無(wú)顯著的差異，工蜂在多數(shù)情況對(duì)于感染IAPV 的蜂王有選擇偏好性[35]。推測(cè)工蜂為了保護(hù)蜂王免受病毒侵害，為蜂王提供衛(wèi)生清理行為，另一方面，蜂王的表皮碳?xì)浠衔镌诟腥綢APV 后可能并未發(fā)生顯著性的改變，但這一點(diǎn)還需要進(jìn)一步的研究。

研究發(fā)現(xiàn)哺育蜂能夠在蜂王漿中積累具有生物活性的RNA，例如miRNA、lncRNA 等非編碼RNA 及轉(zhuǎn)座子，這些RNA 可能對(duì)病毒具有抑制作用，在水平傳播過(guò)程中發(fā)揮社會(huì)免疫的作用[59]。蜂王對(duì)CBPV沒(méi)有特殊的免疫力，但有自己獨(dú)特的應(yīng)對(duì)策略。蜂王通過(guò)對(duì)工蜂表皮碳?xì)浠衔锏淖R(shí)別，來(lái)鑒別染病蜜蜂，并減少與其接觸；同時(shí)，染病蜜蜂也會(huì)減少與蜂王的接觸，這也是社會(huì)免疫的一種表現(xiàn)形式[25]。

4 展望

蜂王的健康是蜂群健康發(fā)展的核心，因此越來(lái)越受關(guān)注。蜜蜂病毒是導(dǎo)致蜂王患病的重要原因之一，然而目前關(guān)于蜂王感染病毒的途徑和致病性的研究仍然有限。與工蜂不同，蜂王感染病毒后通常不會(huì)引發(fā)明顯的癥狀，在相同的病毒滴度下蜂王較工蜂表現(xiàn)的更加健康，推測(cè)這是病毒的一種策略，為了促進(jìn)病毒的持續(xù)傳播[35,37]。目前關(guān)于病毒對(duì)蜂王的影響主要集中在傳播途徑和病毒檢測(cè)方面，病毒在蜂群內(nèi)的錯(cuò)綜復(fù)雜的傳播途徑使得病毒的流行病學(xué)研究變得困難。但隨著宏基因組學(xué)的發(fā)展，預(yù)計(jì)很快就會(huì)在蜜蜂病毒在蜂群中的流行病學(xué)調(diào)查取得突破。

眾多的研究表明，部分病毒在感染蜂王后，在特定的生命周期、受到外部環(huán)境脅迫或者是病毒載量達(dá)到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致蜂王發(fā)生可觀察的病變，如翅膀殘缺、足顫抖和卵巢病變等[25,60,61]。但是關(guān)于病毒在不同級(jí)型蜜蜂中引起差異癥狀的機(jī)制以及觸發(fā)病毒侵染蜜蜂條件的研究還需要做出更多的努力。以蜂王為對(duì)象進(jìn)行研究必然受到樣本量的限制，如果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行飼喂、注射或接觸病毒的研究，那么對(duì)于蜂王致病機(jī)理以及級(jí)型差異的研究并無(wú)太大的幫助，已有研究表明，在實(shí)驗(yàn)室感染病毒的蜂王與在自然蜂群中感染病毒的蜂王出現(xiàn)不同的表型[62]。我們推測(cè)這可能與病毒的感染策略與蜜蜂的社會(huì)免疫相關(guān)，蜜蜂病毒在復(fù)雜的蜂群環(huán)境中發(fā)生進(jìn)化，然而關(guān)于蜂王與工蜂的個(gè)體免疫差異仍然缺乏深入的研究。對(duì)蜜蜂免疫防御與病毒的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系的研究有助于我們更好解析蜂王與病毒之間的關(guān)系。