郑浩教授团队揭示蜜蜂“肠脑轴”机制

2022年04月20日 

http://news.cau.edu.cn/ttgznew/854900.htm 

中国农大新闻网讯 近日，中国农业大学食品科学与营养工程学院郑浩课题组在《自然通讯》（Nature Communications）和《微生物谱》（Microbiology Spectrum）杂志同期发表两篇论文，揭示了肠道菌群在蜜蜂社会行为中的重要作用。

蜜蜂是一种高度群居的社会性昆虫，展现出丰富的社会行为，是神经生物学研究中广泛应用的动物模型。该工作首先利用抗生素干预野外蜂群，发现肠道菌群紊乱的蜂群表现出异常的觅食和哺育行为。通过构建肠道菌单菌定植蜜蜂，发现蜜蜂核心菌Gilliamella，Lactobacillus Firm-4、Firm-5可以显著改善蜜蜂的认知能力，并且野生肠道菌群是蜜蜂正常学习/记忆行为的必要条件。分析蜜蜂大脑转录组发现肠道菌，特别是乳杆菌Firm-4和Firm-5可显著上调与嗅觉功能和社会分工行为相关基因的表达。而无菌蜂大脑中发生可变剪切的基因与社行为障碍蜜蜂及人类自闭症基因集重叠，表明蜜蜂和人类在社会性行为方面存在同源的分子机制。另外，不同肠道菌可调节特定的代谢途径，Gilliamella主要参与碳水化合物和甘油磷脂代谢，而乳杆菌主要调节了氨基酸相关代谢途径。进一步利用无菌蜂单菌定植和基因沉默技术，证明了乳杆菌Firm-5通过将色氨酸转化为吲哚衍生物并激活宿主芳香烃受体，从而改善了蜜蜂的记忆行为。该研究成果首次揭示了肠道菌群调节蜜蜂行为的作用机制，为进一步开发蜜蜂模式动物，解析“菌群-肠-脑轴”互作机制提供了基础。

以上两项研究中国农业大学为第一完成单位，郑浩教授为通讯作者，2018级博士生张紫晶为第一作者，硕士生穆晓嬛、曹棋钠和本科URP项目学生石尧为共同作者。研究获得了中国农业大学人才培育发展支持计划、国家重点研发计划“合成生物学”重点专项（2019YFA0906500）、国家自然科学基金面上项目（31870472、32170495）的支持。

近五年来，郑浩团队在蜂肠道菌群研究上发表了多项重要研究成果：PNAS (2017、2019), Nature Communications (2022)，Microbiome (2021年2篇, 2022)，Lab Animal (2018)，Insect Science (2021、2022)等。

原文链接：

1. Zhang Z, Mu X, Cao Q, Shi Y, Hu X, Zheng H*. Honeybee gut Lactobacillus modulates host learning and memory behaviors via regulating tryptophan metabolism. Nat Commun 2022

2. Zhang Z, Mu X, Shi Y, Zheng H*. Distinct roles of honeybee gut bacteria on host metabolism and neurological process. Microbiol Spectr 2022

供稿：食品科学与营养工程学院

供图：食品科学与营养工程学院

编辑：孟祥慈

责编：于哲