Диференціація карпатських і краинских бджіл з використанням мікросателітів

бджільництвоМедоносних бджіл (Apis mellifera L.) є найбільш поширеним представником роду Apis, що мешкають на території Росії. З використанням багатокомпонентного аналізу морфометричних ознак її поділяють на чотири еволюційні гілки [7]: A (Південна і Центральна Африка), M (Північна Африка і Західна Європа), C ​​(північ Середземномор`я, Центральна і Східна Європа) і O (Середземномор`я, Середній і Близький Схід), які об`єднують 26 підвидів (Ruttner, 1992 Sheppardetal., 1997 Sheppard, Meixner, 2003- Meixneretal., 2011), а за деякими даними - 28 підвидів (порід) (Engel, 1999). Деякі з них, наприклад A. m. mellifera, за результатами морфометрического аналізу (Cornuetetal., 1975, 1978) підрозділяють на диференційовані локальні популяції. Російські та українські вчені в якості самостійного підвиду виділяють карпатську бджолу (A. m. Carpatica), хоча закордонні вчені вважають її гілкою краинской бджоли (A. m. Carnica) [3].

Розвиток ДНК-технологій відкрило нові можливості в диференціації підвидів і більш дрібних таксономічних одиниць (популяцій, екотипів) медоносної бджоли. З використанням мтДНК (Smith, 1991 Garneryetal., 1992), а в подальшому мікросателітів (МС) (Estoup, 1995- Francketal., 2000) було підтверджено поділ A. mellifera на еволюційні гілки з деякою перегрупуванням північноафриканських підвидів між гілками М і А . Використовуючи як критерій індекс Fst [9], А.Estoup з співавторами (1995) диференціювали африканські і західноєвропейські підвиди з використанням семи МС. При цьому ступінь диференціації між підвидами всередині еволюційних гілок була вище, ніж між ними: Fst = 0,34 і 0,25 відповідно. З використанням восьми МС було доведено гібридне походження бджіл Піренейського півострова A. m. iberica (DeLaRuaetal., 2002), показано їх спорідненість з бджолами Балеарських островів Іспанії (DeLaRuaetal., 2003). F.Canovas з співавторами (2010), грунтуючись на аналізі десяти МС, виявили тенденцію зростання генетичної гомогенності існуючих екотіпов у іберійських бджіл (A. m. Iberica) Піренейського півострова, обумовлену інтенсивної практикою міграції, і зростаючого обміну сім`ями між бджолярами. З використанням семи МС показана можливість диференціації популяцій трьох підвидів A. mellifera, що мешкають в Росії (Кривцов та ін., 2011), дана оцінка стану алелофонду і диференціації внутріпородних ліній бджіл типу «Пріокскій» [1, 2].

Відео: Реппортаж про бджолу "карпатянки" Пчеловодство.Пасека

Метою цієї роботи є характеристика генетичної структури і ступеня диференціації популяцій карпатських і краинских бджіл з використанням мікросателітів.

Досліджувана вибірка бджіл була представлена ​​популяціями A. m. carnica австрійського (CARN_AVS, 3 сім`ї, n = 32) і польської (CARN_POL, 3 сім`ї, n = 29) походження з колекції ДНУ «НДІ бджільництва Россельхозакадеміі» іпопуляціямі A. m. carpatica Майкопського типу (CARP_MAY, 8 сімей, n = 95), Закарпаття (CARP_ZAK, 5 сімей, n = 61) і України (CARP_UKR, 3 сім`ї, n = 28), що розводяться в ФГУП «ППХ" Майкопський "». Для порівняльної оцінки ступеня диференціації краинской і карпатської порід у вибірку були введені середньо (A. m. Mellifera) (MR, 3 популяції, 13 сімей, n = 191) і сірі гірські кавказькі бджоли (A. m. Caucasica) (GMC, 7 сімей, n = 113).

Виділення ДНК проводили з використанням методу екстракції перхлоратом (Зінов`єва і ін., 1998). Мультиплексний аналіз семи локусів МС (A024, A88, A113, AP043, HB-C16-05, HB-THE-03, HB-C16-01) виконували на генетичному аналізаторі АВI3130xl (AppliedBiosystems, США). Розрахунок генетичних для параметрів (середнє число і число ефективних алелей на локус, ступінь спостерігається і очікуваної гетерозиготності, показники F-статистики) виконували з використанням програмного забезпечення GenAlEx (ver. 6.4). Генетичну структуру популяцій медоносної бджоли на індивідуальному рівні оцінювали з використанням коефіцієнта подібності Q [5]. Обрахунок даних проводили з використанням програмного забезпечення Structure (ver. 2.3.1) без введення попередньою інформацією про популяційної належності особин для числа популяцій (K-кластерів) від 2 до 4 з параметрами, описаними раніше [6]. Ступінь диференціації популяцій оцінювали на підставі значень Fst [9] і Rst (AMOVA) [8] при парному порівнянні, а також генетичних дистанцій по M.Nei [4], середніх значень коефіцієнта Q у відповідних кластерах [5].

Результати аналізу загального числа алелей і ефективних на локус показали кілька більшу генетичну різноманітність карпатських бджіл (12,4 ± 2,7 проти 10,0 ± 2,1 і 4,5 ± 1,3 проти 3,8 ± 0,6 відповідно) , однак спостерігаються відмінності були недостовірні. Число алелей в окремих локусах варьировало від 5 до A024 і до 26 в HB-C16-01 у карпатських та краинских бджіл відповідно.

Аналіз алельних профілів показує високу генетичну схожість досліджуваних порід бджіл, на що вказує відсутність достовірних відмінностей в частотах народження алелів. Хоча в кожній з досліджених порід були виявлені приватні аллели (25 в карпатській і 6 в краинской), всі вони зустрічалися з відносно низькою частотою (від 0,3 до 2,0%), за винятком алелі 192 локусу HB-THE-03, виявленого у карпатських бджіл з частотою 9,2%.

Розрахунок спостерігається ступеня гетерозиготності показав приблизно рівні значення даного показника у карпатській і краинской порід: 0,58 ± 0,042 і 0,57 ± 0,037 відповідно, що було достовірно нижче очікуваної ступеня гетерозиготності (-0,124 і -0,130 відповідно, plt; 0,05) . На дефіцит гетерозигот вказують також позитивні значення індексу фіксації Fis: 0,16 ± 0,052 і 0,17 ± 0,064 відповідно. Аналіз в аспекті окремих популяцій (табл. 1) показує дефіцит гетерозигот: від 5,2% в майкопською популяції карпатських бджіл до 12,5% в австрійській популяції краинских бджіл.



Результати аналізу генетичної структури популяцій при k = 2 (рис. 1, а) показали найбільшу генетичну диференціацію середньо бджіл: Q2/2= 0,86 ± 0,016, в той час як значення членства в даному кластері для карпатської, краинской і сірої гірської кавказької бджіл були істотно нижче і склали відповідно 0,06 ± 0,009- 0,09 ± 0,002 і 0,03 ± 0,003. При k = 3 (рис. 1, б) простежується чітка диференціація досліджуваних порід відповідно до їх приналежністю до різних еволюційним гілкам: M (A. m. Mellifera), C (A. m. Carnica і A. m. Carpatica), O (A. m. caucasica), значення членства в різних кластерах для яких склали відповідно Q1/3= 0,80 ± 0,018- Q2/3= 0,65 ± 0,026 і 0,85 ± 0,022- Q3/3= 0,96 ± 0,002. При k = 4, що відповідає числу досліджуваних порід (рис. 1, в), зберігається чітка диференціація A. m. mellifera (Q2/4= 0,78 ± 0,021) і A. m. caucasica (Q3/4= 0,94 ± 0,008), в той час як відповідні значення у карпатських та краинских бджіл складають 0,03 ± 0,049 і 0,05 ± 0,099. Досліджувані популяції карпатської і краинской порід диференційовані в меншій мірі, на що вказують близькі значення членства в загальних кластерах: Q1/4= 0,52 ± 0,031 і 0,78 ± 0,031- Q4/4= 0,34 ± 0,027 і 0,11 ± 0,023 відповідно.

Результати аналізу генетичної структури A. m. carpatica і A. m. carnica в аспекті окремих популяцій представлені на малюнку 2. Ці дані підтверджують чітку диференціацію карпатських і краинских бджіл від середньо і сірих гірських кавказьких. Високий ступінь генетичної схожості спостерігається між закарпатської та української популяціями карпатських і краинских бджіл, на що вказують високі значення членства в загальному кластері (Q1/4= 0,91 ± 0,021- 0,82 ± 0,057- 0,80 ± 0,045 і 0,77 ± 0,043). Майкопская популяція хоча і має деяку генетичну схожість з іншими карпатськими бджолами (Q1/4= 0,19 ± 0,028), характеризується іншим походженням, на що вказує відносно високе значення членства в іншому кластері: Q4/4= 0,59 ± 0,033 проти (0,05 ± 0,020) - (0,15 ± 0,042).

Відео: Перга бджоли

Результати розрахунку Fst і Rst (AMOVA) при парному порівнянні як заходи генетичної диференціації досліджуваних популяцій наведені в таблиці 2. При використанні в якості критерію оцінки значення Fst при парному порівнянні спостерігається приблизно рівна ступінь диференціації популяцій карпатських і краинских бджіл від середньо і сірих гірських кавказьких. Карпатські бджоли в ряді випадків характеризуються більш високим ступенем диференціації між собою, ніж з краинской. Так, наприклад, спостерігається велика диференціація закарпатської популяції від майкопською і української популяцій A. m. carpatica (Fst = 0,074 і 0,069 відповідно), ніж від польської A. m. carnica (Fst = 0,056) - українська популяція більшою мірою диференційована від майкопською і закарпатської популяцій A. m. carpatica (Fst = 0,088 і 0,069), ніж від австрійської і польської популяцій A. m. carnica (Fst = 0,058 і 0,067 відповідно). З іншого боку, частка межпопуляціонной мінливості між австрійською і польською популяціями A. m. carnica нижче, ніж між майкопською A. m. carpaticaі польської A. m. carnica: 0,059 проти 0,032. Використання в якості критерію диференціації популяцій A. m. carnica і A. m. carpatica значень Rst (AMOVA) при парному порівнянні в цілому показує подібні тенденції.

Генетичні відстані між досліджуваними популяціями бджіл, розраховані по M.Nei (1983), представлені на малюнку 3. Результати аналізу генетичних дистанцій підтверджують дані про відмінний походження майкопською популяції карпатських бджіл. На відміну від інших популяцій A. m. carpatica і обох A. m. carnica вона характеризується значно більшою близькістю до сірих гірських кавказьких бджіл (генетичні дистанції 0,513 проти 0,710-1,195 і 0,200 проти 0,564-0,812 відповідно), що проявляється у формуванні вищеназваними популяціями загальною гілки на генеалогічному дереві (див. рис. 3). Отримані дані дозволяють припускати гібридне походження популяції майкопського типу.

Таким чином, результати проведених нами досліджень показують, що мікросателіти є хорошим інструментом диференціації підвидів і популяцій медоносної бджоли. Аналіз алельних профілів популяцій карпатських і краинских бджіл з використанням в якості критеріїв оцінки генетичних відмінностей значень Fst і Rst (AMOVA) при парному порівнянні, а також генетичних дистанцій показує, що ступінь диференціації популяцій всередині A. m. carpatica і A. m. carnica в ряді випадків вище, ніж між A. m. carpatica і A. m. carnica, що можна розглядати як вказівку на те, що A. m. carpatica є популяцією другого порядку A. m. carnica.

Результати оцінки генетичних відмінностей краинской і карпатської порід з використанням мікросателітів свідчать про їх спільне походження і приналежності до краинской породі (A. m. Carnica), а карпатських - як її популяції.

Робота виконана за фінансової підтримки Міністерства освіти і науки РФ, шифр 2012-1.4-12-000-1016-008.

У проведенні досліджень використано обладнання ЦКП «Біоресурси та біоінженерія сільськогосподарських тварин» ГНУ «ВИЖ Россельхозакадеміі».

Н.А.ЗІНОВЬЕВА, М.С.ФОРНАРА, А.В.БОРОДАЧЕВ,
Е.А.ГЛАДИРЬ, В.І.ЛЕБЕДЕВ, С.Н.АКІМОВА,
Н.І.КРІВЦОВ, Л.К.ЕРНСТ

ДНУ «НДІ бджільництва Россельхозакадеміі»

Ключові слова:
ДНК-аналіз, популляціі, мікросателіти, краинской порода, карпатська порода.

анотація:
проведені дослідження показали, що мікросателіти є хорошим інструментом диференціації підвидів і популяцій медоносної бджоли, а також результати оцінки генетичних відмінностей краинской і карпатської порід з використанням мікросателітів свідчать про їх спільне походження і приналежності до краинской породі (A. m. carnica), а карпатських - як її популяції.

література:
1. Зінов`єва Н.А., Кривцов Н.І., Форнарі М.С., Бородачев А.В., Бородачев В.А., Березін А.С., Гладир Е.А. Оцінка мінливості алелофонду мікросателітів при створенні спеціалізованих ліній медоносної бджоли середньо породи // Досягнення науки і техніки АПК. - 2011. - № 10.
2. Зінов`єва Н.А., Кривцов Н.І., Форнарі М.С., Гладир Е.А., Бородачев А.В., Лебедєв В.І. Мікросателіти як інструмент оцінки динаміки алелофонду при створенні типу «Пріокскій» середньо породи медоносної бджоли // Сільськогосподарська біологія. - 2011. - № 6.
3. Кривцов Н.І., Горячева І.І. Генетичний аналіз внутрішньовидової структури бджоли медоносної // Бджільництво. - 2009. - № 10.
4. Nei M., Tajima F., Tateno, Y. Accuracy of estimated phylogenetic trees from molecular data // J. Mol. Evol. - 1983. - 19.
5. Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. - 2000. - 155.
6. Raffaele D`O., Alberto M., Marco L., Robin F.A.M. Genetic characterization of Italian honeybees, Apis mellifera ligustica, based on microsatellite DNA polymorphisms // Apidologie. 2007. № 38.
7. Ruttner F. Biogeography and Taxonomy of Honeybees. Springer Verlag. - Berlin, 1988.
8. Slatkin M. A measure of population subdivision based on microsatellite allele frequencies // Genetics, 1995, 139, тисячу чотиреста шістьдесят три.
9. Weir B.S., Cockerham C.C. Estimating F-statistics for the analysis of population structure // Evolution. 1984. - №38.

Поділися в соц мережах:


Увага, тільки СЬОГОДНІ!
Схожі
» » Диференціація карпатських і краинских бджіл з використанням мікросателітів