Honeybee gut Lactobacillus modulates host learning and memory behaviors via regulating tryptophan metabolism

生物 肠道菌群 寄主(生物学) 转录组 微生物群 表型 肠道微生物群 肠-脑轴 基因 微生物学 遗传学 基因表达 免疫学
作者
Zijing Zhang,Xiaohuan Mu,Qina Cao,Yiting Shi,Xiaosong Hu,Hao Zheng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:67
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29760-0
摘要

Honeybees are highly social insects with a rich behavioral repertoire and are a versatile model for neurobiological research. Their gut microbiota comprises a limited number of host-restricted bacterial phylotypes that are important for honeybee health. However, it remains unclear how specific gut members affect honeybee behaviors. Here, we find that antibiotic exposure disturbs the gut community and influences honeybee phenotypes under field conditions. Using laboratory-generated gnotobiotic bees, we show that a normal gut microbiota is required for olfactory learning and memory abilities. Brain transcriptomic profiling reveals distinct brain gene expression patterns between microbiota-free and conventional bees. Subsequent metabolomic analyses of both hemolymph and gut samples show that the microbiota mainly regulates tryptophan metabolism. Our results indicate that host-specific Lactobacillus strains promote memory behavior by transforming tryptophan to indole derivatives that activate the host aryl hydrocarbon receptor. Our findings highlight the contributions of specific gut members to honeybee neurological processes, thus providing a promising model to understand host-microbe interactions.
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