Proteomic analysis of Bayvarol^® resistance mechanisms in the honey bee parasite Varroa destructor

Abstract

The haemophagous mite, Varroa destuctor is one of the most dangerous threats to the Western honey bee, Apis mellifera. Varroa mites parasitize the larval and adult stages of the honey bee and can have devastating effects on the health of the individual bee and colony. In recent years, varroa have shown resistance to the pyrethroid group of insecticides, including Bayvarol^® which has flumethrin as the active ingredient. In the work presented here, changes in the expressed proteomes of mites, either sensitive or resistant to Bayvarol^® were observed using 2D-SDS-PAGE and shotgun label-free proteomics. A number of detoxification proteins (e.g., glutathione-s-transferase, flavin-containing monooxygenase) were present at higher levels in the resistant mites, as were some proton pumping proteins (e.g., Na+/K+ ATPase alpha and beta subunit, E1–E2 ATPase protein). A decrease in the abundance of 12 cuticle proteins in the resistant mites was observed indicating that alteration to cuticle structure could be a potential resistance mechanism. A number of structural proteins such as myosin and alpha tubulin were expressed at higher levels in the resistant mites, which could indicate a change to the intracellular structure of the cuticle barrier or a change in the cell shape/surface, rather than the addition of extra cuticle proteins. The results presented here indicate higher levels of protein associated with cellular detoxification in Bayvarol^®-resistant varroa mites.

El ácaro hemófago, Varroa destuctor es una de las amenazas más peligrosas para la abeja occidental de la miel, Apis mellifera. Los ácaros varroa parasitan los estadios larvarios y adultos de la abeja de la miel y pueden tener efectos devastadores sobre la salud de la abeja y la colonia individual. En los últimos años, Varroa han mostrado resistencia al grupo de insecticidas piretroides, incluyendo Bayvarol^® que tiene la flumetrina como ingrediente activo. En el trabajo que aquí se presenta, se observaron cambios en los proteomas expresados por los ácaros, ya sea sensibles o resistentes a Bayvarol^® utilizando 2D-SDS-PAGE y proteómica con marcaje libre shotgun. Ciertas proteínas de desintoxicación (por ejemplo, transferasa-s-glutatión, monooxigenasa incluyendo flavina) estaban presentes en niveles más altos en los ácaros resistentes, así como algunas proteínas de bombeo de protones (por ejemplo, las subunidades alfa y beta de la ATPasa Na + / K +, y la proteína ATPasa E1-E2). Se observó una disminución en la abundancia de 12 proteínas de la cutícula de los ácaros resistentes lo que indica que la alteración de la estructura de la cutícula podría ser un mecanismo de resistencia potencial. Ciertas proteínas estructurales, tales como la miosina y la alfa tubulina se expresaron en niveles más altos en los ácaros resistentes, lo que podrían indicar un cambio en la estructura intracelular de la barrera de la cutícula o un cambio en la forma o la superficie de la célula, en lugar de la adición de proteínas extra de la cutícula. Los resultados presentados aquí indican niveles más altos de proteínas asociadas con la desintoxicación celular en los ácaros varroa resistentes a Bayvarol^®.

Keywords:

• Apis mellifera
• Bayvarol^®
• proteomics
• pyrethroid
• resistance
• Varroa destructor