瓦螨的進化：一個導致全球蜜蜂數量驟減被忽視的因素

昆明理工大學生命科學與技術學院，昆明 650500

研究表明，全世界許多國家的蜜蜂數量都呈現出下降的趨勢，這一現象必將對生態和經濟產生較大的影響，因為蜜蜂是大多數農業系統以及和自然棲息地中的主要傳粉者。盡管引起全球蜜蜂數量下降的原因很多，但綜合眾多研究數據已經可以明確表明，引起世界范圍內蜜蜂數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，同時也能使蜂群產生耐受性。然而，由于養蜂業的全球化發展，東方蜜蜂的寄生螨早已通過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散。這導致瓦螨（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十億美元的損失。許多國家已經大量減少化學殺蟲劑的使用，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化中作為積極適應者的作用，并闡述這種相互適應在害蟲防控中的重要意義。

一、抗螨蜂種的培育及其遺傳基礎

人類飼養蜜蜂的歷史其實是蜜蜂經歷各種選擇壓力的一段馴化史，人類馴化是推進蜜蜂進化的一個重大轉折點。從公元前2600年埃及第一次馴化蜜蜂的記錄開始，蜂群的性狀就按照對人類有益的方向不斷被篩選出來。起初，這可能是養蜂的偶然結果，但后來隨著人類對自然界的認識和技術的提高，就逐漸變成復雜育種程序的結果。人類所需的主要性狀是蜂蜜高產、品種性情溫和以及對疾病和病原體的耐受性。雖然幾個世紀以來，蜜蜂疾病一直是一個持續性的問題，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引起了人們的高度關注。由于在數百萬年的共同進化中，瓦螨的原始宿主東方蜜蜂（A.cerana）已經能夠適應這種蜂螨，并進化出抵抗這種害蟲的獨特特性，研究還發現，一些西方蜜蜂亞種（例如非洲蜜蜂和非洲化蜜蜂）對蜂螨具有天然抗性。受這一進化理論的啟發，養蜂人和蜜蜂研究人員在飼養蜜蜂和育種篩選過程中，已經培育出一些特性，這些特性可能有助于蜜蜂群體應對蜂螨的感染，特別是逐漸成為農藥的一種可持續替代品。此外，一些先前易感蜂群也在長期的飼養過程中逐漸進化為對瓦螨有一定的耐受性。沿著這種育種思路，一些育種項目開始采用“生死不息”的策略來選擇蜂群，即在養蜂中，除常規管理外，不對蜂群做任何處理，讓蜂群自生自滅，即便只有一小部分蜂群最后存活下來，再充分利用這些蜂群為下一代提供蜂王和雄蜂；目前對一些“瓦螨耐受”品系的耐受機制已經有很多文獻報道，越來越多的科研人員開始研究這種耐受性背后的遺傳基礎，這將為抗螨育種項目效率的提高提供很好的理論支持。

在上述蜜蜂育種項目的推進下，目前已經培育出許多廣為人知商用抗螨品系，如美國的三個“抗螨”品系：瓦螨敏感衛生系（the Varroa Sensitive Hygiene，VSH）、俄羅斯蜜蜂系（the Russian honey bees）和明尼蘇達衛生系（Minnesota Hygienic lines）。在歐洲，法國和挪威，一些抗螨品系是通過從本地品系中進行自然選擇而培育出來的。此外，針對瓦螨的育種計劃，已由COLOSS（“預防蜜蜂蜂群損失”的縮寫，是一個非營利性國際組織，著眼于在全球范圍內改善蜜蜂健康和福利）倡議集中實施，該計劃領導了幾個泛歐范圍內的育種試驗，以評估當地蜜蜂對瓦螨的耐受能力（http://colos.org）。總之，在過去十年中，隨著分子育種方法的改進和成本的降低，加上蜜蜂基因組序列的發表，我們對蜜蜂遺傳學的理解不斷加深。這些進展推進了蜜蜂遺傳標記研究的發展，而這些遺傳標記在提高蜜蜂健康育種中起到了很好的促進作用，并將這一過程縮短了數年。通過將特定的遺傳標記與特定的有用性狀相關聯，可為尋找“抗螨”蜜蜂素材和遺傳性狀提供便利。最近，科研人員通過全基因組關聯分析（GWAS）方法檢測出一些可用于分子遺傳育種的特定標記，包括蜜蜂衛生行為的SNPs（單核苷酸多態性）、可區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的蜂蛹基因。

二、瓦螨的遺傳變異

盡管科研人員對蜜蜂的遺傳結構進行了充分的研究，但蜂螨自上世紀50年代從東方蜜蜂傳播到西方蜜蜂之后，在過去的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化的卻鮮為人知。根據使用隨機擴增多態性DNA（RAPD）標記、線粒體DNA和微衛星手段進行的調查表明，瓦螨通常被認為是遺傳變異性較低的種群。瓦螨群體間進行有規律的同胞交配，并具有相應較高的近親繁殖系數。然而，最近的研究使用了不同的采樣方式，以及全基因組數據，新的研究技術得出的結果顯示，瓦螨基因比以前想象的要多樣化得多。無論潛在的遺傳多樣性如何，大量證據表明，瓦螨承受著很高的選擇壓力，并迅速進化以應對各種農藥的殺傷作用。歐洲（英國）以及中東（以色列）都報告了對擬除蟲菊酯有抗藥性的螨類。有趣的是，當停止使用藥物，即讓蜂螨停止暴露于殺螨藥物數年后，這種抗性可以發生逆轉，蜂螨對藥物的抗性出現減退。此外，螨類對其他化學家族如有機磷和甲酰胺能夠迅速產生抗性。在某些情況下，蜂螨對多種活性化學物質表現出抗性，因此，瓦螨對藥物產生的這種快速進化的潛力，應該引起我們足夠的重視。

三、瓦螨耐受是宿主和寄生蟲的共同性狀

宿主與寄生蟲通過相互作用的基因共同作用而產生的性狀即為文獻中強調的對某些性狀的共同控制，這是共同進化系統的一個關鍵特性。一般來說，對抗性的協同進化，可以導致宿主抗性/耐受性和病原毒力等關鍵性狀之間的相互競爭。在其他的農業系統如植物疾病中，這一點已得到充分的證實。然而，它在無脊椎動物寄生蟲（如瓦螨）的研究中受到的關注較少。盡管所有的蜜蜂耐受性都涉及與瓦螨的直接相互作用，但瓦螨遺傳對這些表型的可能貢獻一般都被忽視。然而，這一情況最近發生了變化。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構變化更快，從而有利于瓦螨在宿主-寄生蟲相互競爭中的適應性，這一發現促進了最近一項綜合性研究——宿主遺傳對共享表型的影響。

最近的研究還試圖通過檢測病毒效應將蜜蜂-瓦螨病毒復合物分離。這項研究為蜜蜂-瓦螨病毒相互作用提供了啟發性的見解，但我們想強調的是，瓦螨和蜜蜂基因組之間的人為分離忽略了它們實際相互作用的可能性，從而對感染過程產生了重要影響。這可能會導致未能檢測到有助于瓦螨和蜜蜂適應的重要位點，以及對育種計劃和“瓦螨耐受”蜜蜂研究結果的誤判。這一理念可以進一步的擴展，因為社會免疫要求蜂巢、成年蜜蜂和瓦螨之間的相互作用，應仔細考慮每一種因素的促成作用。

一般來說，共同進化有利于宿主和寄生蟲之間的穩定平衡。平衡點取決于不同的遺傳和環境因素，一般很難預測或概括。然而，在瓦螨和東方蜜蜂之間的最初寄生關系中，瓦螨的毒力相當弱。因此，有理由假設，這將是西蜂和瓦螨的最終平衡狀態。事實上，數學建模表明，一個良性的瓦螨單倍型將超過毒力型。因此，在一些報道的野生“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解釋。瓦螨可能正在進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，觀察到的自然發生的抗性可能是蜜蜂或瓦螨共同進化的結果。結合瓦螨的遺傳學知識可以拓寬我們對一些性狀的理解，而對這些性狀機制的解釋，目前僅僅只是通過蜜蜂遺傳學理論來支撐。例如，一些研究表明，與對照蜜蜂相比，“抗螨”蜜蜂具有更好的識別螨蟲侵染細胞的能力。然而，這也可以解釋為瓦螨偽裝能力的差異，或瓦螨角質層輪廓在宿主之間的差異。此外，蜜蜂對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常遇到。然而，由于這些案例報道的較少，因此很難解釋。在一個自然種群中，Seeley發現，在明顯抗性的野生菌株和敏感的商業菌株中，瓦螨的生長率沒有差異。盡管在瓦螨寄生后，相關被寄生的種群經歷了一次嚴格篩選，這種或更溫和的蜂螨品種（系）是否會導致蜂群產生更明顯的持久性，目前尚不清楚。在一些例子中，記錄了在引入瓦螨后幾年內自然蜂群的恢復情況，研究人員認為部分原因可能是瓦螨的危害產生了變化。

四、展望及未來研究趨勢

總之，我們建議應從更廣泛的角度來設計蜜蜂育種項目，同時要充分考慮宿主與寄生蟲的遺傳性狀，并將其視為共同的特性。除環境條件和蜜蜂營養外，還應研究瓦螨的遺傳變異，并將其作為影響蜜蜂對瓦螨耐受能力的因素之一。充分了解瓦螨的遺傳結構，并量化其對“抗螨”性狀的可能貢獻，將有助于改進育種計劃。鑒于瓦螨將長期在西蜂上寄生這一事實，隨著時間的推移，危害性較低的瓦螨種群的進化可能會降低其影響的嚴重性。在研究蜜蜂與瓦螨的相互作用時，應在育種計劃之前和期間對雙方進行定期的基因監測。這種時間變量實驗將為我們提供一個關于瓦螨遺傳動力學的線索，通過殺蟲劑處理促使瓦螨群體的遺傳動力學對選擇壓力的變化做出反應，同時還要密切關注瓦螨種群對蜂種的定向選擇。這些數據有助于養蜂中改進管理措施來防控瓦螨的危害，例如合理的農藥輪換。從長遠來看，這種對螨-蜜蜂種群的遺傳監測和預測模型的構建，可預測螨害爆發或新農藥出現前的抗性事件。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進一步改進。

另外，在防控蜂螨的研究上，應加強學科間的交叉，而不能死死盯著藥物研發這一條死路上。下面推薦幾個可能的研究思路：

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可穩定定植與蜜蜂體內并產生雙鏈RNA以激活RNAi（RNA干擾），也能啟動蜂螨的RNAi應答，殺死寄生瓦螨；這種將RNAi與蜜蜂的腸道共生菌進行了有機結合，使得改造后的工程菌能在蜜蜂腸道中持續釋放特定的雙鏈RNA，從而激活蜜蜂的RNAi應答，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）對蜜蜂的感染，或許有助于改善蜜蜂養殖。

2.從天然植物中篩選新型殺螨劑

長期以來，養蜂人一直使用化學合成的殺蟲劑來治螨，造成蜂螨的抗藥性不斷增強。發表在《細胞報告》上的一項最新研究表明，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蛋白，使瓦螨無法找到蜜蜂宿主，而對蜜蜂本身沒有任何不良影響。因此，加強蜂學與藥物化學之間的學科交叉，從天然植物中篩選新型殺螨劑，將是較少蜂螨危害的一個新的研究方向。

3.利用噬菌體殺死蜂螨體內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，越來越受到科研工作者們的關注。目前還沒有噬菌體應用到蜂螨防治的報道，但利用噬菌體破壞蜂螨體內益生菌從而造成蜂螨機體出現問題從而逐漸死亡，是一個很好的防治思路。目前科研工作者已經成功利用噬菌體來治療美洲幼蟲腐臭病，并取得初步成功。隨著研究的深入開展，未來利用噬菌體療法來防治蜂螨一定能夠取得成功。

4.利用電子除螨儀治螨

這一防治蜂螨的機理，主要是利用負離子發生器高頻高壓電刷頭中發射的帶電粒子，把它充當了除螨的“子彈”，帶電粒子在超聲波換能片的振動下充分分散開來（相當于“火藥”），特定頻率的幾個超聲波還能夠讓蜂螨產生趨避動作，從躲藏的巢房深處出來，當蜂螨來到蜂路上或工蜂體表的時候，帶電粒子在工蜂體表能夠形成電位電流（對工蜂無害），蜂螨會在這種電位電流的沖擊下掉落在箱底，從而達到清除蜂螨的目的。目前我國已經研制出這種電子除螨儀，在全國推廣實驗中落螨效果顯著（如圖所示）。