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ミツバチとそのマイクロバイオームの生態学的役割

ミツバチとアポイデアは、野生植物の繁殖と農業生産に不可欠です。ミツバチや、スズメバチ、マルハナバチ、蝶、蛾、ミツバチなどの受粉昆虫の世界デーである毎年 20 月 1,2 日が記念されるように、ミツバチの保護は環境の健全性、食糧安全保障、世界経済にとっての基本です。カブトムシ。 (XNUMX) 人間と同様に、ミツバチでも腸内マイクロバイオームが決定的な役割を果たしています。

1) ミツバチの生態学的役割

ミツバチ と関連付けられることが多いセイヨウミツバチ、蜂蜜生産のために一般的に飼育されている種。しかし、ミツバチが属するアポイデイ科には世界中に少なくとも 20.000 種が存在し、ヨーロッパには約 2.000 種、イタリアにはボンブス属のミツバチなど 1.000 種以上が存在します。

この広大な生物多様性 これは、約 100 億~120 億 3 万年前に被子植物と並行して進化したアポイデアの生態学的重要性を反映しています。 (XNUMX)

1.1) 共生と進化

共生関係 植物、微生物、アポイデアの間で花と花粉媒介者の共進化がもたらされました。

– 植物は、非常に洗練された活動形態および動物界との対話として、多くの揮発性化学物質や香りを含む魅力的な色の花を咲かせます。

– 次に、アポイデアは花から蜜と花粉を集めるように適応しました(Khalifa et al., 2021、Schöner et al., 2015)。 (4)

このやりとり 受粉を通じて植物の繁殖を確実にし、生態系の回復力に不可欠な植物の遺伝的多様性にも貢献します。

1.2) アポイデアの特徴と受粉

アポイデア、その独特の解剖学的構造のおかげで、最も効率的な花粉媒介者の1つです。

後ろ足 の働き蜂(この蜂だけ)は、花粉を集める「ブラシ」と、花粉を集めて運ぶための「かご」を備えています。

彼らの羽毛のようなダウン 静電気を帯びやすく、花に近づく花粉を引き寄せます。

消化管 食道はさまざまな部分に分かれています。口蓋嚢またはスーパー嚢(食道の続き)は、壁が薄く、細かくプリーツが入った嚢で、食物の輸送と貯蔵に使用されます。拡張して腹部の大部分を占めることもあります。

これらの特徴 アポイデアは、果物、野菜、種子の生産に依存する多くの植物種の受精に不可欠なものとなっています。

2) 生物多様性と養蜂の危機

ミツバチの個体数の減少 それは生物多様性、食糧生産、生態系の健全性に直接的な影響を与えます。生物多様性の世界的な減少は主に、合成農薬と重機械化に依存した集約農業によって引き起こされており、これについてはすでに広く取り上げてきました。 (5,6,7) その結果、生息地が簡素化され、さまざまな動物グループに直接影響を与えます。

気候変動穏やかな冬が特徴で、季節の変化はさらなるストレスを引き起こし、昆虫の活動と植物の開花の間に矛盾が生じ、植物の生存を脅かします。

養蜂 ミツバチの保護に貢献します。蜂蜜、ワックス、プロポリスなどの製品を提供することに加えて、地元のミツバチの種と生物多様性の保全を可能にします。

3) 生態系と微生物叢

ミツバチの生態系の中で、腸内微生物叢は食物の消化と必須栄養素の合成を調節し、病原体に対する免疫防御の効率に影響を与えます。

マイクロバイオータ ミツバチが食物を探すときに集める植物や有機物との直接的および間接的な相互作用を通じて、土壌微生物叢に大きな影響を受ける可能性があります。

ファイトケミカル たとえば、植物に存在するミツバチは、ミツバチの腸内細菌叢の組成を調節し、ミツバチの健康と病気に対する抵抗力を改善します。

交流を通じて マイクロバイオームと宿主を組み合わせることで、ミツバチがどのようにして幅広い環境に適応し、生息地に存在する微生物や化学物質との継続的な対話を通じて健康を最適化しているかを理解できます。

4) ミツバチの腸における微生物の相乗効果、研究

マイクロバイオームの研究 そしてその王国間のつながりは、生態学と生物医学の両方に関連するトピックを表しています。

最近の研究 Nature microbiology に掲載された (Quinn et al. 2024) は、有機酸を食べるベータプロテオバクテリアである Snodgrassella alvi に特に焦点を当てて、ミツバチとその腸内微生物叢の間の共生相互作用を分析しています。

作者 この研究では、S. alvi が特定の栄養素を使用し、トリプトファンの代謝を積極的に変更することで、セイヨウミツバチの腸内でどのように適応して増殖するかを強調しています。これは高度な共生を示しており、宿主の栄養素が微生物の定着にどのように影響するかについての理解が深まります。 (8)

4.1) 宿主と微生物叢の相互作用

S.アルヴィ ミツバチの腸内微生物叢の中で、宿主由来の有機酸を優先して糖類を排除する食餌に適応している点で際立っています。特に、有機酸などの宿主が分泌する代謝産物がミツバチの腸内での S. alvi の定着と生存にどのように重要であるかに焦点を当てています。

相互作用 腸内細菌とその動物宿主は相利関係にあり、代謝産物の交換が栄養、腸の健康、免疫機能に影響を与えます。栄養ニーズの特異性と腸内微生物群集内での役割を示す適応。

消化器系 ミツバチの腸内微生物叢は比較的単純で安定しており、これらの相互作用を詳細に調べるための理想的なモデルとなります。この分析により、S. alvi がその成長と生存に不可欠なクエン酸塩、グリセリン酸塩、3-ヒドロキシ-3-メチルグルタル酸塩などの有機酸を利用し、洗練された共生相互作用を示していることが明らかになりました。

4.2) 材料と方法

検索 らは、S. alvi の単一株をミツバチに定着させ、ミツバチの食事を細菌が消化できない基質に制限するという制御されたアプローチを使用して、S. alvi がミツバチによって食事の糖から合成された有機酸を同化することを実証しました。

研究 これは、S. alvi が食事や他の微生物との共摂食に依存せず、宿主による単純な炭水化物の異化作用にどのように依存しているかを強調しています。

当初は、株を特定の寒天上で増殖させ、16S リボソーム RNA 遺伝子配列決定によって同定しました。定着のために、ミツバチを制御された条件下で飼育し、細菌を接種した。ミツバチの不妊性を検証し、花粉の消費量を定量化するために、厳格な対策が講じられました。

マイクロバイオームを研究するには 同位体追跡、qPCR (リアルタイム PCR または定量的 PCR) などの高度な機器と技術を使用して、細菌量の定量化と代謝相互作用の分析、GC-MS (ガスクロマトグラフィー質量分析) による代謝物の抽出と分析、感染のための特別な準備が行われました。電子顕微鏡 (TEM) および NanoSIMS 質量分析法による超微細構造解析および代謝産物移動解析により、細胞レベルでの相互作用を観察します。

実験 同位体追跡アッセイでは、細菌による基質の取り込みを評価しました。最後に、方法にはキヌレニナーゼ遺伝子ファミリーの系統解析とデータ解析のための統計的方法論が含まれており、宿主と微生物叢の相互作用を探索するために使用される詳細かつ系統的な方法論が強調されています。 (8)

4.3) 結果

研究の結果 Snodgrassella alvi は、花粉の存在や他の微生物との相互作用に関係なく、宿主由来の有機酸を使用して、他の栄養素が存在しない場合でもミツバチの腸に定着できることを示しています。

検索 さらに、S. alviがキヌレニンをアントラニレートに変換することによってトリプトファン代謝に影響を与えることができることを実証しており、ミツバチとS. alviの間で進化的に適応した腸のより広範な代謝状況における特定の代謝ニッチと共生相互作用を示唆している。 (8)

ガブリエル・ウィズダム

からのカバー画像 http://beesciencenews.com/2019/11/21/microbial-war-against-american-foulbrood/

Note

(1) ダリオ・ドンゴ、アンドレア・アデルモ・デッラ・ペンナ。 世界ミツバチの日、世界ミツバチの日。 対象となる保険がありません。 GIFT(素晴らしいイタリア料理貿易)。 20.5.23

(2) WWF。世界ミツバチの日。 https://www.wwf.it/pandanews/animali/giornata-mondiale-delle-api/

(3) ハリファ、シェイデン AM、エスラー H. エルシャフィー、アヤ A. シェタイア、アイダ A. アブド エルワヘド、アーメド F. アルゲサミ、サイド G. ムシャラフ、モハメド F. アルアジミ、チャオ ジャオ、サード HD マスリー、モハメド M Abdel-Daim ら。 2021.「ミツバチ受粉の概要と作物生産に対する経済的価値」Insects 12、no. 8:688 https://doi.org/10.3390/insects12080688

(4) シェーナー、マイケル & シェーナー、キャロライン & サイモン、ラルフ & グレーフ、ウルマー & ピュクマイレ、セバスチャン & ジー、リアウ & カース、G.. (2015)。コウモリは音響的に共生的な食虫植物に引き寄せられます。現在の生物学。 25. 1-6. DOI:10.1016/j.cub.2015.05.054

(5)ダリオドンゴ。 ミツバチの嗅覚に対する農薬アジュバントの影響。 GIFT(素晴らしいイタリア料理貿易)。 7.1.24

(6)ダリオドンゴ。 この効果は、耕作地から離れたミツバチ、樹木、植物に対する農薬に由来します。。 GIFT(素晴らしいイタリア料理貿易)。 21.12.20

(7) ダリオ・ドンゴ、ジョエーレ・ルケーゼ。 農薬、EU司法裁判所から国内禁止への青信号。 ミツバチを救おう。 GIFT(素晴らしいイタリア料理貿易)。 7.11.20

(8) Quinn、A.、El Chazli、Y.、Escrig、S. 他。宿主由来の有機酸は、ミツバチの共生生物 Snodgrassella alvi の腸内定着を可能にします。ナット マイクロバイオル (2024)。 https://doi.org/10.1038/s41564-023-01572-y

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