瓦螨的進(jìn)化：一個(gè)導(dǎo)致全球蜜蜂數(shù)量驟減被忽視的因素

昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，昆明 650500

研究表明，全世界許多國(guó)家的蜜蜂數(shù)量都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象必將對(duì)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生較大的影響，因?yàn)槊鄯涫谴蠖鄶?shù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以及和自然棲息地中的主要傳粉者。盡管引起全球蜜蜂數(shù)量下降的原因很多，但綜合眾多研究數(shù)據(jù)已經(jīng)可以明確表明，引起世界范圍內(nèi)蜜蜂數(shù)量下降的主要原因是由瓦螨和它們所攜帶的病毒造成的。蜂螨其原始宿主東方蜜蜂（A.cerana）的群體中，瓦螨僅僅造成最小的傷害，同時(shí)也能使蜂群產(chǎn)生耐受性。然而，由于養(yǎng)蜂業(yè)的全球化發(fā)展，東方蜜蜂的寄生螨早已通過(guò)各種途徑傳播到西方蜜蜂（A.mellifera）蜂群中，并逐步在全球西方蜜蜂蜂群中擴(kuò)散。這導(dǎo)致瓦螨（包括Varroa destructor和Varroa jacobsoni兩種）異常迅速地切換到新的宿主上，造成蜂群大量死亡并造成數(shù)十億美元的損失。許多國(guó)家已經(jīng)大量減少化學(xué)殺蟲(chóng)劑的使用，并大力推行使用抗螨育種品種。本文綜述了蜂螨與蜜蜂共同進(jìn)化中作為積極適應(yīng)者的作用，并闡述這種相互適應(yīng)在害蟲(chóng)防控中的重要意義。

一、抗螨蜂種的培育及其遺傳基礎(chǔ)

人類飼養(yǎng)蜜蜂的歷史其實(shí)是蜜蜂經(jīng)歷各種選擇壓力的一段馴化史，人類馴化是推進(jìn)蜜蜂進(jìn)化的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從公元前2600年埃及第一次馴化蜜蜂的記錄開(kāi)始，蜂群的性狀就按照對(duì)人類有益的方向不斷被篩選出來(lái)。起初，這可能是養(yǎng)蜂的偶然結(jié)果，但后來(lái)隨著人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和技術(shù)的提高，就逐漸變成復(fù)雜育種程序的結(jié)果。人類所需的主要性狀是蜂蜜高產(chǎn)、品種性情溫和以及對(duì)疾病和病原體的耐受性。雖然幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，蜜蜂疾病一直是一個(gè)持續(xù)性的問(wèn)題，但在西方蜜蜂群落中，瓦螨作為一種特別具有破壞性的害蟲(chóng)引起了人們的高度關(guān)注。由于在數(shù)百萬(wàn)年的共同進(jìn)化中，瓦螨的原始宿主東方蜜蜂（A.cerana）已經(jīng)能夠適應(yīng)這種蜂螨，并進(jìn)化出抵抗這種害蟲(chóng)的獨(dú)特特性，研究還發(fā)現(xiàn)，一些西方蜜蜂亞種（例如非洲蜜蜂和非洲化蜜蜂）對(duì)蜂螨具有天然抗性。受這一進(jìn)化理論的啟發(fā)，養(yǎng)蜂人和蜜蜂研究人員在飼養(yǎng)蜜蜂和育種篩選過(guò)程中，已經(jīng)培育出一些特性，這些特性可能有助于蜜蜂群體應(yīng)對(duì)蜂螨的感染，特別是逐漸成為農(nóng)藥的一種可持續(xù)替代品。此外，一些先前易感蜂群也在長(zhǎng)期的飼養(yǎng)過(guò)程中逐漸進(jìn)化為對(duì)瓦螨有一定的耐受性。沿著這種育種思路，一些育種項(xiàng)目開(kāi)始采用“生死不息”的策略來(lái)選擇蜂群，即在養(yǎng)蜂中，除常規(guī)管理外，不對(duì)蜂群做任何處理，讓蜂群自生自滅，即便只有一小部分蜂群最后存活下來(lái)，再充分利用這些蜂群為下一代提供蜂王和雄蜂；目前對(duì)一些“瓦螨耐受”品系的耐受機(jī)制已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道，越來(lái)越多的科研人員開(kāi)始研究這種耐受性背后的遺傳基礎(chǔ)，這將為抗螨育種項(xiàng)目效率的提高提供很好的理論支持。

在上述蜜蜂育種項(xiàng)目的推進(jìn)下，目前已經(jīng)培育出許多廣為人知商用抗螨品系，如美國(guó)的三個(gè)“抗螨”品系：瓦螨敏感衛(wèi)生系（the Varroa Sensitive Hygiene，VSH）、俄羅斯蜜蜂系（the Russian honey bees）和明尼蘇達(dá)衛(wèi)生系（Minnesota Hygienic lines）。在歐洲，法國(guó)和挪威，一些抗螨品系是通過(guò)從本地品系中進(jìn)行自然選擇而培育出來(lái)的。此外，針對(duì)瓦螨的育種計(jì)劃，已由COLOSS（“預(yù)防蜜蜂蜂群損失”的縮寫(xiě)，是一個(gè)非營(yíng)利性國(guó)際組織，著眼于在全球范圍內(nèi)改善蜜蜂健康和福利）倡議集中實(shí)施，該計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)了幾個(gè)泛歐范圍內(nèi)的育種試驗(yàn)，以評(píng)估當(dāng)?shù)孛鄯鋵?duì)瓦螨的耐受能力（http://colos.org）?？傊?，在過(guò)去十年中，隨著分子育種方法的改進(jìn)和成本的降低，加上蜜蜂基因組序列的發(fā)表，我們對(duì)蜜蜂遺傳學(xué)的理解不斷加深。這些進(jìn)展推進(jìn)了蜜蜂遺傳標(biāo)記研究的發(fā)展，而這些遺傳標(biāo)記在提高蜜蜂健康育種中起到了很好的促進(jìn)作用，并將這一過(guò)程縮短了數(shù)年。通過(guò)將特定的遺傳標(biāo)記與特定的有用性狀相關(guān)聯(lián)，可為尋找“抗螨”蜜蜂素材和遺傳性狀提供便利。最近，科研人員通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）方法檢測(cè)出一些可用于分子遺傳育種的特定標(biāo)記，包括蜜蜂衛(wèi)生行為的SNPs（單核苷酸多態(tài)性）、可區(qū)分易感瓦螨蜂群和抗螨蜂群的線粒體DNA的SNPs以及可影響瓦螨繁殖的蛻皮激素誘導(dǎo)的蜂蛹基因。

二、瓦螨的遺傳變異

盡管科研人員對(duì)蜜蜂的遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分的研究，但蜂螨自上世紀(jì)50年代從東方蜜蜂傳播到西方蜜蜂之后，在過(guò)去的60年里，這些傳播到全球的蜂螨在西方蜜蜂蜂群中是如何進(jìn)化的卻鮮為人知。根據(jù)使用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD）標(biāo)記、線粒體DNA和微衛(wèi)星手段進(jìn)行的調(diào)查表明，瓦螨通常被認(rèn)為是遺傳變異性較低的種群。瓦螨群體間進(jìn)行有規(guī)律的同胞交配，并具有相應(yīng)較高的近親繁殖系數(shù)。然而，最近的研究使用了不同的采樣方式，以及全基因組數(shù)據(jù)，新的研究技術(shù)得出的結(jié)果顯示，瓦螨基因比以前想象的要多樣化得多。無(wú)論潛在的遺傳多樣性如何，大量證據(jù)表明，瓦螨承受著很高的選擇壓力，并迅速進(jìn)化以應(yīng)對(duì)各種農(nóng)藥的殺傷作用。歐洲（英國(guó)）以及中東（以色列）都報(bào)告了對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯有抗藥性的螨類。有趣的是，當(dāng)停止使用藥物，即讓蜂螨停止暴露于殺螨藥物數(shù)年后，這種抗性可以發(fā)生逆轉(zhuǎn)，蜂螨對(duì)藥物的抗性出現(xiàn)減退。此外，螨類對(duì)其他化學(xué)家族如有機(jī)磷和甲酰胺能夠迅速產(chǎn)生抗性。在某些情況下，蜂螨對(duì)多種活性化學(xué)物質(zhì)表現(xiàn)出抗性，因此，瓦螨對(duì)藥物產(chǎn)生的這種快速進(jìn)化的潛力，應(yīng)該引起我們足夠的重視。

三、瓦螨耐受是宿主和寄生蟲(chóng)的共同性狀

宿主與寄生蟲(chóng)通過(guò)相互作用的基因共同作用而產(chǎn)生的性狀即為文獻(xiàn)中強(qiáng)調(diào)的對(duì)某些性狀的共同控制，這是共同進(jìn)化系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特性。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)抗性的協(xié)同進(jìn)化，可以導(dǎo)致宿主抗性/耐受性和病原毒力等關(guān)鍵性狀之間的相互競(jìng)爭(zhēng)。在其他的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)如植物疾病中，這一點(diǎn)已得到充分的證實(shí)。然而，它在無(wú)脊椎動(dòng)物寄生蟲(chóng)（如瓦螨）的研究中受到的關(guān)注較少。盡管所有的蜜蜂耐受性都涉及與瓦螨的直接相互作用，但瓦螨遺傳對(duì)這些表型的可能貢獻(xiàn)一般都被忽視。然而，這一情況最近發(fā)生了變化。Beaurepaire等人的最新研究表明，與易感群體相比，“瓦螨耐受”群體中蜂螨種群的遺傳結(jié)構(gòu)變化更快，從而有利于瓦螨在宿主-寄生蟲(chóng)相互競(jìng)爭(zhēng)中的適應(yīng)性，這一發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了最近一項(xiàng)綜合性研究——宿主遺傳對(duì)共享表型的影響。

最近的研究還試圖通過(guò)檢測(cè)病毒效應(yīng)將蜜蜂-瓦螨病毒復(fù)合物分離。這項(xiàng)研究為蜜蜂-瓦螨病毒相互作用提供了啟發(fā)性的見(jiàn)解，但我們想強(qiáng)調(diào)的是，瓦螨和蜜蜂基因組之間的人為分離忽略了它們實(shí)際相互作用的可能性，從而對(duì)感染過(guò)程產(chǎn)生了重要影響。這可能會(huì)導(dǎo)致未能檢測(cè)到有助于瓦螨和蜜蜂適應(yīng)的重要位點(diǎn)，以及對(duì)育種計(jì)劃和“瓦螨耐受”蜜蜂研究結(jié)果的誤判。這一理念可以進(jìn)一步的擴(kuò)展，因?yàn)樯鐣?huì)免疫要求蜂巢、成年蜜蜂和瓦螨之間的相互作用，應(yīng)仔細(xì)考慮每一種因素的促成作用。

一般來(lái)說(shuō)，共同進(jìn)化有利于宿主和寄生蟲(chóng)之間的穩(wěn)定平衡。平衡點(diǎn)取決于不同的遺傳和環(huán)境因素，一般很難預(yù)測(cè)或概括。然而，在瓦螨和東方蜜蜂之間的最初寄生關(guān)系中，瓦螨的毒力相當(dāng)弱。因此，有理由假設(shè)，這將是西蜂和瓦螨的最終平衡狀態(tài)。事實(shí)上，數(shù)學(xué)建模表明，一個(gè)良性的瓦螨單倍型將超過(guò)毒力型。因此，在一些報(bào)道的野生“耐瓦螨”西方蜜蜂群落中，蜜蜂的存活也可以用毒性較低的蜂螨所在的種群來(lái)解釋。瓦螨可能正在進(jìn)化以降低蜜蜂群體的死亡率，從而為自己提供更持久的資源。因此，觀察到的自然發(fā)生的抗性可能是蜜蜂或瓦螨共同進(jìn)化的結(jié)果。結(jié)合瓦螨的遺傳學(xué)知識(shí)可以拓寬我們對(duì)一些性狀的理解，而對(duì)這些性狀機(jī)制的解釋，目前僅僅只是通過(guò)蜜蜂遺傳學(xué)理論來(lái)支撐。例如，一些研究表明，與對(duì)照蜜蜂相比，“抗螨”蜜蜂具有更好的識(shí)別螨蟲(chóng)侵染細(xì)胞的能力。然而，這也可以解釋為瓦螨偽裝能力的差異，或瓦螨角質(zhì)層輪廓在宿主之間的差異。此外，蜜蜂對(duì)瓦螨存在的敏感性也存在差異。瓦螨基因變異也可以解釋蜜蜂不同蜂種中的“瓦螨耐受”性狀或育種計(jì)劃“不成功”，即未能成功篩選出“瓦螨耐受”品系，這在育種工作中也經(jīng)常遇到。然而，由于這些案例報(bào)道的較少，因此很難解釋。在一個(gè)自然種群中，Seeley發(fā)現(xiàn)，在明顯抗性的野生菌株和敏感的商業(yè)菌株中，瓦螨的生長(zhǎng)率沒(méi)有差異。盡管在瓦螨寄生后，相關(guān)被寄生的種群經(jīng)歷了一次嚴(yán)格篩選，這種或更溫和的蜂螨品種（系）是否會(huì)導(dǎo)致蜂群產(chǎn)生更明顯的持久性，目前尚不清楚。在一些例子中，記錄了在引入瓦螨后幾年內(nèi)自然蜂群的恢復(fù)情況，研究人員認(rèn)為部分原因可能是瓦螨的危害產(chǎn)生了變化。

四、展望及未來(lái)研究趨勢(shì)

總之，我們建議應(yīng)從更廣泛的角度來(lái)設(shè)計(jì)蜜蜂育種項(xiàng)目，同時(shí)要充分考慮宿主與寄生蟲(chóng)的遺傳性狀，并將其視為共同的特性。除環(huán)境條件和蜜蜂營(yíng)養(yǎng)外，還應(yīng)研究瓦螨的遺傳變異，并將其作為影響蜜蜂對(duì)瓦螨耐受能力的因素之一。充分了解瓦螨的遺傳結(jié)構(gòu)，并量化其對(duì)“抗螨”性狀的可能貢獻(xiàn)，將有助于改進(jìn)育種計(jì)劃。鑒于瓦螨將長(zhǎng)期在西蜂上寄生這一事實(shí)，隨著時(shí)間的推移，危害性較低的瓦螨種群的進(jìn)化可能會(huì)降低其影響的嚴(yán)重性。在研究蜜蜂與瓦螨的相互作用時(shí)，應(yīng)在育種計(jì)劃之前和期間對(duì)雙方進(jìn)行定期的基因監(jiān)測(cè)。這種時(shí)間變量實(shí)驗(yàn)將為我們提供一個(gè)關(guān)于瓦螨遺傳動(dòng)力學(xué)的線索，通過(guò)殺蟲(chóng)劑處理促使瓦螨群體的遺傳動(dòng)力學(xué)對(duì)選擇壓力的變化做出反應(yīng)，同時(shí)還要密切關(guān)注瓦螨種群對(duì)蜂種的定向選擇。這些數(shù)據(jù)有助于養(yǎng)蜂中改進(jìn)管理措施來(lái)防控瓦螨的危害，例如合理的農(nóng)藥輪換。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種對(duì)螨-蜜蜂種群的遺傳監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建，可預(yù)測(cè)螨害爆發(fā)或新農(nóng)藥出現(xiàn)前的抗性事件。然而，目前研究瓦螨的遺傳工具分辨率較低，迫切需要借助新的工具和方法來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)。

另外，在防控蜂螨的研究上，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科間的交叉，而不能死死盯著藥物研發(fā)這一條死路上。下面推薦幾個(gè)可能的研究思路：

1.利用工程菌限制病原體感染

2020年1月31日在線發(fā)表在全球頂尖期刊《Science》上的一篇封面文章表明，利用改造后的蜜蜂腸共生菌Snodgrassella alvi可穩(wěn)定定植與蜜蜂體內(nèi)并產(chǎn)生雙鏈RNA以激活RNAi（RNA干擾），也能啟動(dòng)蜂螨的RNAi應(yīng)答，殺死寄生瓦螨；這種將RNAi與蜜蜂的腸道共生菌進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，使得改造后的工程菌能在蜜蜂腸道中持續(xù)釋放特定的雙鏈RNA，從而激活蜜蜂的RNAi應(yīng)答，可用于研究蜜蜂基因功能。此外，這種工程菌方法還能減少特定病原體（比如病毒和寄生螨蟲(chóng)）對(duì)蜜蜂的感染，或許有助于改善蜜蜂養(yǎng)殖。

2.從天然植物中篩選新型殺螨劑

長(zhǎng)期以來(lái)，養(yǎng)蜂人一直使用化學(xué)合成的殺蟲(chóng)劑來(lái)治螨，造成蜂螨的抗藥性不斷增強(qiáng)。發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》上的一項(xiàng)最新研究表明，這種從天然植物中提取的殺螨劑能夠激活瓦螨前肢上的一種感應(yīng)蛋白，使瓦螨無(wú)法找到蜜蜂宿主，而對(duì)蜜蜂本身沒(méi)有任何不良影響。因此，加強(qiáng)蜂學(xué)與藥物化學(xué)之間的學(xué)科交叉，從天然植物中篩選新型殺螨劑，將是較少蜂螨危害的一個(gè)新的研究方向。

3.利用噬菌體殺死蜂螨體內(nèi)的益生菌的生物防治

噬菌體治療作為一種具有顯著抑菌活性的治療手段，越來(lái)越受到科研工作者們的關(guān)注。目前還沒(méi)有噬菌體應(yīng)用到蜂螨防治的報(bào)道，但利用噬菌體破壞蜂螨體內(nèi)益生菌從而造成蜂螨機(jī)體出現(xiàn)問(wèn)題從而逐漸死亡，是一個(gè)很好的防治思路。目前科研工作者已經(jīng)成功利用噬菌體來(lái)治療美洲幼蟲(chóng)腐臭病，并取得初步成功。隨著研究的深入開(kāi)展，未來(lái)利用噬菌體療法來(lái)防治蜂螨一定能夠取得成功。

4.利用電子除螨儀治螨

這一防治蜂螨的機(jī)理，主要是利用負(fù)離子發(fā)生器高頻高壓電刷頭中發(fā)射的帶電粒子，把它充當(dāng)了除螨的“子彈”，帶電粒子在超聲波換能片的振動(dòng)下充分分散開(kāi)來(lái)（相當(dāng)于“火藥”），特定頻率的幾個(gè)超聲波還能夠讓蜂螨產(chǎn)生趨避動(dòng)作，從躲藏的巢房深處出來(lái)，當(dāng)蜂螨來(lái)到蜂路上或工蜂體表的時(shí)候，帶電粒子在工蜂體表能夠形成電位電流（對(duì)工蜂無(wú)害），蜂螨會(huì)在這種電位電流的沖擊下掉落在箱底，從而達(dá)到清除蜂螨的目的。目前我國(guó)已經(jīng)研制出這種電子除螨儀，在全國(guó)推廣實(shí)驗(yàn)中落螨效果顯著（如圖所示）。