瓦螨的进化：一个导致全球蜜蜂数量骤减被忽视的因素

昆明理工大学生命科学与技术学院，昆明 650500

研究表明，全世界许多国家的蜜蜂数量都呈现出下降的趋势，这一现象必将对生态和经济产生较大的影响，因为蜜蜂是大多数农业系统以及和自然栖息地中的主要传粉者。尽管引起全球蜜蜂数量下降的原因很多，但综合众多研究数据已经可以明确表明，引起世界范围内蜜蜂数量下降的主要原因是由瓦螨和它们所携带的病毒造成的。蜂螨其原始宿主东方蜜蜂（A.cerana）的群体中，瓦螨仅仅造成最小的伤害，同时也能使蜂群产生耐受性。然而，由于养蜂业的全球化发展，东方蜜蜂的寄生螨早已通过各种途径传播到西方蜜蜂（A.mellifera）蜂群中，并逐步在全球西方蜜蜂蜂群中扩散。这导致瓦螨（包括Varroa destructor和Varroa jacobsoni两种）异常迅速地切换到新的宿主上，造成蜂群大量死亡并造成数十亿美元的损失。许多国家已经大量减少化学杀虫剂的使用，并大力推行使用抗螨育种品种。本文综述了蜂螨与蜜蜂共同进化中作为积极适应者的作用，并阐述这种相互适应在害虫防控中的重要意义。

一、抗螨蜂种的培育及其遗传基础

人类饲养蜜蜂的历史其实是蜜蜂经历各种选择压力的一段驯化史，人类驯化是推进蜜蜂进化的一个重大转折点。从公元前2600年埃及第一次驯化蜜蜂的记录开始，蜂群的性状就按照对人类有益的方向不断被筛选出来。起初，这可能是养蜂的偶然结果，但后来随着人类对自然界的认识和技术的提高，就逐渐变成复杂育种程序的结果。人类所需的主要性状是蜂蜜高产、品种性情温和以及对疾病和病原体的耐受性。虽然几个世纪以来，蜜蜂疾病一直是一个持续性的问题，但在西方蜜蜂群落中，瓦螨作为一种特别具有破坏性的害虫引起了人们的高度关注。由于在数百万年的共同进化中，瓦螨的原始宿主东方蜜蜂（A.cerana）已经能够适应这种蜂螨，并进化出抵抗这种害虫的独特特性，研究还发现，一些西方蜜蜂亚种（例如非洲蜜蜂和非洲化蜜蜂）对蜂螨具有天然抗性。受这一进化理论的启发，养蜂人和蜜蜂研究人员在饲养蜜蜂和育种筛选过程中，已经培育出一些特性，这些特性可能有助于蜜蜂群体应对蜂螨的感染，特别是逐渐成为农药的一种可持续替代品。此外，一些先前易感蜂群也在长期的饲养过程中逐渐进化为对瓦螨有一定的耐受性。沿着这种育种思路，一些育种项目开始采用“生死不息”的策略来选择蜂群，即在养蜂中，除常规管理外，不对蜂群做任何处理，让蜂群自生自灭，即便只有一小部分蜂群最后存活下来，再充分利用这些蜂群为下一代提供蜂王和雄蜂；目前对一些“瓦螨耐受”品系的耐受机制已经有很多文献报道，越来越多的科研人员开始研究这种耐受性背后的遗传基础，这将为抗螨育种项目效率的提高提供很好的理论支持。

在上述蜜蜂育种项目的推进下，目前已经培育出许多广为人知商用抗螨品系，如美国的三个“抗螨”品系：瓦螨敏感卫生系（the Varroa Sensitive Hygiene，VSH）、俄罗斯蜜蜂系（the Russian honey bees）和明尼苏达卫生系（Minnesota Hygienic lines）。在欧洲，法国和挪威，一些抗螨品系是通过从本地品系中进行自然选择而培育出来的。此外，针对瓦螨的育种计划，已由COLOSS（“预防蜜蜂蜂群损失”的缩写，是一个非营利性国际组织，着眼于在全球范围内改善蜜蜂健康和福利）倡议集中实施，该计划领导了几个泛欧范围内的育种试验，以评估当地蜜蜂对瓦螨的耐受能力（http://colos.org）。总之，在过去十年中，随着分子育种方法的改进和成本的降低，加上蜜蜂基因组序列的发表，我们对蜜蜂遗传学的理解不断加深。这些进展推进了蜜蜂遗传标记研究的发展，而这些遗传标记在提高蜜蜂健康育种中起到了很好的促进作用，并将这一过程缩短了数年。通过将特定的遗传标记与特定的有用性状相关联，可为寻找“抗螨”蜜蜂素材和遗传性状提供便利。最近，科研人员通过全基因组关联分析（GWAS）方法检测出一些可用于分子遗传育种的特定标记，包括蜜蜂卫生行为的SNPs（单核苷酸多态性）、可区分易感瓦螨蜂群和抗螨蜂群的线粒体DNA的SNPs以及可影响瓦螨繁殖的蜕皮激素诱导的蜂蛹基因。

二、瓦螨的遗传变异

尽管科研人员对蜜蜂的遗传结构进行了充分的研究，但蜂螨自上世纪50年代从东方蜜蜂传播到西方蜜蜂之后，在过去的60年里，这些传播到全球的蜂螨在西方蜜蜂蜂群中是如何进化的却鲜为人知。根据使用随机扩增多态性DNA（RAPD）标记、线粒体DNA和微卫星手段进行的调查表明，瓦螨通常被认为是遗传变异性较低的种群。瓦螨群体间进行有规律的同胞交配，并具有相应较高的近亲繁殖系数。然而，最近的研究使用了不同的采样方式，以及全基因组数据，新的研究技术得出的结果显示，瓦螨基因比以前想象的要多样化得多。无论潜在的遗传多样性如何，大量证据表明，瓦螨承受着很高的选择压力，并迅速进化以应对各种农药的杀伤作用。欧洲（英国）以及中东（以色列）都报告了对拟除虫菊酯有抗药性的螨类。有趣的是，当停止使用药物，即让蜂螨停止暴露于杀螨药物数年后，这种抗性可以发生逆转，蜂螨对药物的抗性出现减退。此外，螨类对其他化学家族如有机磷和甲酰胺能够迅速产生抗性。在某些情况下，蜂螨对多种活性化学物质表现出抗性，因此，瓦螨对药物产生的这种快速进化的潜力，应该引起我们足够的重视。

三、瓦螨耐受是宿主和寄生虫的共同性状

宿主与寄生虫通过相互作用的基因共同作用而产生的性状即为文献中强调的对某些性状的共同控制，这是共同进化系统的一个关键特性。一般来说，对抗性的协同进化，可以导致宿主抗性/耐受性和病原毒力等关键性状之间的相互竞争。在其他的农业系统如植物疾病中，这一点已得到充分的证实。然而，它在无脊椎动物寄生虫（如瓦螨）的研究中受到的关注较少。尽管所有的蜜蜂耐受性都涉及与瓦螨的直接相互作用，但瓦螨遗传对这些表型的可能贡献一般都被忽视。然而，这一情况最近发生了变化。Beaurepaire等人的最新研究表明，与易感群体相比，“瓦螨耐受”群体中蜂螨种群的遗传结构变化更快，从而有利于瓦螨在宿主-寄生虫相互竞争中的适应性，这一发现促进了最近一项综合性研究——宿主遗传对共享表型的影响。

最近的研究还试图通过检测病毒效应将蜜蜂-瓦螨病毒复合物分离。这项研究为蜜蜂-瓦螨病毒相互作用提供了启发性的见解，但我们想强调的是，瓦螨和蜜蜂基因组之间的人为分离忽略了它们实际相互作用的可能性，从而对感染过程产生了重要影响。这可能会导致未能检测到有助于瓦螨和蜜蜂适应的重要位点，以及对育种计划和“瓦螨耐受”蜜蜂研究结果的误判。这一理念可以进一步的扩展，因为社会免疫要求蜂巢、成年蜜蜂和瓦螨之间的相互作用，应仔细考虑每一种因素的促成作用。

一般来说，共同进化有利于宿主和寄生虫之间的稳定平衡。平衡点取决于不同的遗传和环境因素，一般很难预测或概括。然而，在瓦螨和东方蜜蜂之间的最初寄生关系中，瓦螨的毒力相当弱。因此，有理由假设，这将是西蜂和瓦螨的最终平衡状态。事实上，数学建模表明，一个良性的瓦螨单倍型将超过毒力型。因此，在一些报道的野生“耐瓦螨”西方蜜蜂群落中，蜜蜂的存活也可以用毒性较低的蜂螨所在的种群来解释。瓦螨可能正在进化以降低蜜蜂群体的死亡率，从而为自己提供更持久的资源。因此，观察到的自然发生的抗性可能是蜜蜂或瓦螨共同进化的结果。结合瓦螨的遗传学知识可以拓宽我们对一些性状的理解，而对这些性状机制的解释，目前仅仅只是通过蜜蜂遗传学理论来支撑。例如，一些研究表明，与对照蜜蜂相比，“抗螨”蜜蜂具有更好的识别螨虫侵染细胞的能力。然而，这也可以解释为瓦螨伪装能力的差异，或瓦螨角质层轮廓在宿主之间的差异。此外，蜜蜂对瓦螨存在的敏感性也存在差异。瓦螨基因变异也可以解释蜜蜂不同蜂种中的“瓦螨耐受”性状或育种计划“不成功”，即未能成功筛选出“瓦螨耐受”品系，这在育种工作中也经常遇到。然而，由于这些案例报道的较少，因此很难解释。在一个自然种群中，Seeley发现，在明显抗性的野生菌株和敏感的商业菌株中，瓦螨的生长率没有差异。尽管在瓦螨寄生后，相关被寄生的种群经历了一次严格筛选，这种或更温和的蜂螨品种（系）是否会导致蜂群产生更明显的持久性，目前尚不清楚。在一些例子中，记录了在引入瓦螨后几年内自然蜂群的恢复情况，研究人员认为部分原因可能是瓦螨的危害产生了变化。

四、展望及未来研究趋势

总之，我们建议应从更广泛的角度来设计蜜蜂育种项目，同时要充分考虑宿主与寄生虫的遗传性状，并将其视为共同的特性。除环境条件和蜜蜂营养外，还应研究瓦螨的遗传变异，并将其作为影响蜜蜂对瓦螨耐受能力的因素之一。充分了解瓦螨的遗传结构，并量化其对“抗螨”性状的可能贡献，将有助于改进育种计划。鉴于瓦螨将长期在西蜂上寄生这一事实，随着时间的推移，危害性较低的瓦螨种群的进化可能会降低其影响的严重性。在研究蜜蜂与瓦螨的相互作用时，应在育种计划之前和期间对双方进行定期的基因监测。这种时间变量实验将为我们提供一个关于瓦螨遗传动力学的线索，通过杀虫剂处理促使瓦螨群体的遗传动力学对选择压力的变化做出反应，同时还要密切关注瓦螨种群对蜂种的定向选择。这些数据有助于养蜂中改进管理措施来防控瓦螨的危害，例如合理的农药轮换。从长远来看，这种对螨-蜜蜂种群的遗传监测和预测模型的构建，可预测螨害爆发或新农药出现前的抗性事件。然而，目前研究瓦螨的遗传工具分辨率较低，迫切需要借助新的工具和方法来进一步改进。

另外，在防控蜂螨的研究上，应加强学科间的交叉，而不能死死盯着药物研发这一条死路上。下面推荐几个可能的研究思路：

1.利用工程菌限制病原体感染

2020年1月31日在线发表在全球顶尖期刊《Science》上的一篇封面文章表明，利用改造后的蜜蜂肠共生菌Snodgrassella alvi可稳定定植与蜜蜂体内并产生双链RNA以激活RNAi（RNA干扰），也能启动蜂螨的RNAi应答，杀死寄生瓦螨；这种将RNAi与蜜蜂的肠道共生菌进行了有机结合，使得改造后的工程菌能在蜜蜂肠道中持续释放特定的双链RNA，从而激活蜜蜂的RNAi应答，可用于研究蜜蜂基因功能。此外，这种工程菌方法还能减少特定病原体（比如病毒和寄生螨虫）对蜜蜂的感染，或许有助于改善蜜蜂养殖。

2.从天然植物中筛选新型杀螨剂

长期以来，养蜂人一直使用化学合成的杀虫剂来治螨，造成蜂螨的抗药性不断增强。发表在《细胞报告》上的一项最新研究表明，这种从天然植物中提取的杀螨剂能够激活瓦螨前肢上的一种感应蛋白，使瓦螨无法找到蜜蜂宿主，而对蜜蜂本身没有任何不良影响。因此，加强蜂学与药物化学之间的学科交叉，从天然植物中筛选新型杀螨剂，将是较少蜂螨危害的一个新的研究方向。

3.利用噬菌体杀死蜂螨体内的益生菌的生物防治

噬菌体治疗作为一种具有显著抑菌活性的治疗手段，越来越受到科研工作者们的关注。目前还没有噬菌体应用到蜂螨防治的报道，但利用噬菌体破坏蜂螨体内益生菌从而造成蜂螨机体出现问题从而逐渐死亡，是一个很好的防治思路。目前科研工作者已经成功利用噬菌体来治疗美洲幼虫腐臭病，并取得初步成功。随着研究的深入开展，未来利用噬菌体疗法来防治蜂螨一定能够取得成功。

4.利用电子除螨仪治螨

这一防治蜂螨的机理，主要是利用负离子发生器高频高压电刷头中发射的带电粒子，把它充当了除螨的“子弹”，带电粒子在超声波换能片的振动下充分分散开来（相当于“火药”），特定频率的几个超声波还能够让蜂螨产生趋避动作，从躲藏的巢房深处出来，当蜂螨来到蜂路上或工蜂体表的时候，带电粒子在工蜂体表能够形成电位电流（对工蜂无害），蜂螨会在这种电位电流的冲击下掉落在箱底，从而达到清除蜂螨的目的。目前我国已经研制出这种电子除螨仪，在全国推广实验中落螨效果显著（如图所示）。