Анализ генофонда бурзянской популяции темной лесной пчелы A. m. mellifera L.

Авторы:
Ильясов Р.А. , Поскряков А.В. , Николенко А.Г.
Название:
Анализ генофонда бурзянской популяции темной лесной пчелы A. m. mellifera L.
Страницы:
200-207
скачано
33 раз(а)


Проведен мониторинг генофонда популяции темной лесной пчелы Бурзянского района Республики Башкортостан в период с 2004 по 2015 гг. на основе изучения полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК. Выполнена оценка уровня интрогрессии «южных» генов по годам и по отдельным выборкам для разных годов исследований. Показана высокая стабильность и чистота генофонда популяции темной лесной пчелы Бурзянского района со средним уровнем интрогрессии «южных» генов 2,7%. Представлена высокая эффективность сохранения чистоты генофонда A. m. mellifera на территории природоохранных организаций - заповедников, национальных парков и заказников.
ВВЕДЕНИЕ Медоносная пчела Apis mellifera в ходе эволюции дифференцировалась на 30 аллопатрических подвидов, из которых 12 распространены в Африке, 7 - на Ближнем Востоке, 11 - в Европе. Самой известной в Европе является темная лесная пчела подвида A. m. mellifera, которая встречается во Франции, Великобритании, Ирландии, Дании, Швейцарии, Швеции, Норвегии, Польше [Ильясов и др., 2015а]. Археологическими данными показано, что темная лесная пчела в 1200 г. н. э. обитала на юге Норвегии [Dews, Milner, 1991]. Ареал этого подвида охватывает всю Северную и Западную Европу и простирается от Пиренеев и Альп до Урала [Ильясов и др., 2015б].  Чистопородные популяции темной лесной пчелы A. m. mellifera сохранились между Испанией и Норвегией [Jensen et al., 2005], в Швейцарии [Soland-Reckeweg et al., 2009], в Дании на острове Лесо и материковой части [Kryger et al., 2013]. Во Франции в Гаскони и в заповеднике Севенны сохранился экотип пчел подвида A. m. mellifera, уникально адаптированный к позднему и обильному цветению обыкновенного вереска Calluna vulgaris [Rortais et al., 2004; Strange et al., 2007; Strange et al., 2008]. В России имеются значительные массивы чистопородных популяций темной лесной пчелы A. m. mellifera [Ильясов, Поскряков, 2006; Каскинова и др., 2015]. Чистопородный генофонд темной лесной пчелы A. m. mellifera в России сохранился преимущественно на Урале - в Пермском крае [Шураков и др., 1994; Петухов и др., 1996; Коробов, 1995; Симанков, 1999; Безматерных, 2002; Удина и др., 2008], в Республике Башкортостан [Николенко, Поскряков, 2002; Иванцов и др., 2014; Ильясов и др., 2015а], а также в Поволжье в Республике Татарстан [Сафиуллин, 2005; Сафиуллин, 2013а; 2013б], в Республике Удмуртия [Ильясов и др., 2007; Колбина и др., 2011] и в Кировской области [Брандорф и др., 2012; Ильясов и др., 2015б]. Основным эволюционным преимуществом темной лесной пчелы A. m. mellifera является ее идеальная приспособленность к экстремально холодному климату Северной Европы [De la Rúa et al., 2009]. Эта пчела экономно расходует медовые запасы; когда поток нектара на исходе сокращает вывод расплода и летает на большие расстояния за нектаром. Биология и образ жизни темной лесной пчелы A. m. mellifera полностью ориентированы на обитание в холодных климатических условиях: даже в холодную, пасмурную и сырую погоду она способна летать за нектаром, а спаривание матки может происходить при низких температурах. Генофонд темной лесной пчелы A. m. mellifera представляет собой уникальный набор адаптивных признаков, способствующих высокому уровню выживаемости и высокой продуктивности в экстремальных условиях континентального климата Евразии [Randi, 2008]. Несмотря на то, что размер семьи и клуба меньше, чем у «южных» подвидов пчел, A. m. mellifera превосходно зимует при низких температурах в течение 6 месяцев. Такая зимостойкость достигается благодаря высокой плотности клуба, крупного размера тела особей и большей покрытости тела волосками. Способность к длительной зимовке темной лесной пчелы обеспечивается и высокой активностью фермента каталазы в кишечнике, что позволяет удерживать каловые массы длительное время. Таким образом, в отличие от «южных» подвидов, A. m. mellifera может перенести длительную зимовку без очистительных облетов [Cooper, 1986]. Хотя темная лесная пчела менее плодовита по сравнению с «южными» подвидами, ее рабочие особи живут дольше. В период цветения основного медоноса - липы сердцевидной темные лесные пчелы летают без отдыха и за неделю обеспечивают себя годовым запасом меда. Мед темной лесной пчелы в сотах хранится дольше, чем у «южных» подвидов, поскольку первые между медом и крышечкой сота оставляют воздушную прослойку [Dietemann et al., 2009]. Ройливость темной лесной пчелы зависит от среды обитания: в южных районах она показывает большую ройливость, чем в северных. В Великобритании темная лесная пчела характеризуется низким уровнем ройливости [Cooper, 1986]. Многие считают, что темная лесная пчела отличается агрессивным поведением. Однако чистопородные линии темной лесной пчелы Великобритании, Норвегии и Швеции не агрессивны и легко управляемы. Как выяснилось, агрессивность и склонность к преследованию у данной пчелы является следствием гибридизации с другими подвидами [Meixner et al., 2010]. В странах Евросоюза на региональном уровне приняты законодательства о сохранении местных пчел. Так, генофонд темной лесной пчелы A. m. mellifera охраняется законом в следующих странах: в Дании [остров Лэсо], в Шотландии [острова Колонсай и Оронсай], в Голландии [остров Тексел], во Франции [остров Уэссан], в Швейцарии [регион Гларус]. Сохранение генофонда темной лесной пчелы естественными факторами среды без законодательного регулирования происходит в следующих странах Европы: в Великобритании [острова Мэн, Гернси и Джерси] и во Франции [остров Корсика] [Ильясов и др., 2015а] (рис. 1). В Европейских странах местное пчеловодство также поддерживается международными ассоциациями - Международной ассоциацией по сохранению темной лесной пчелы Societas Internationalis pro Conservatione A. m. mellifera (SICAMM) (основана в 1995 г.), Европейской ассоциацией профессиональных пчеловодов The European Professional Beekeepers Association (EPBA) (1997), Международной ассоциацией исследователей пчел The International Bee Research Association (IBRA) (1949) [Ильясов и др., 2016]. Кроме того, в каждой европейской стране существуют общества пчеловодов, поддерживающих пчеловодство своей страны. В Дании в 1993 году при поддержке правительства и Европейского Союза обществом пчеловодов Danmarks Biavlerforening (BIAVL) (1866 г.) и с участием Общества пчеловодов острова Лэсо The Læsø Beekeepers' Association (LBA) (1989 г.) на острове Læsø был организован резерват по сохранению и восстановлению A. m. mellifera [Jensen, Pedersen, 2005]. Рисунок 1. Охраняемые и неохраняемые популяции темной лесной пчелы A. m. mellifera в странах Европы. В Шотландии в 1912 году при поддержке правительства образовалась ассоциация по сохранению темной лесной пчелы The Scottish Beekeepers Association (SBO) с резерватами аборигенной популяции на островах Colonsay и Oronsay [Ильясов и др., 2016]. В Великобритании работают следующие крупные ассоциации по сохранению местных пчел: Ассоциация по улучшению и селекции пчел Bee Improvement, Bee Breeders' Association (BIBBA) (основана в 1964 г.); Ассоциация пчеловодов Британии The British Beekeepers Association (BBKA) (1874 г.). В Ирландии работают следующие крупные ассоциации: Ассоциация пчеловодов Ольстера Ulster beekeepers association (UBKA) (1942 г.); Федерация ассоциаций ирландских пчеловодов Federation of Irish Beekeepers' Associations (FIBKA) (1881 г.); Общество аборигенной ирландской пчелы The Native Irish Honey Bee Society (NIHBS) (2012 г.) [Ильясов и др., 2016]. В Голландии охрана темной лесной пчелы обеспечивается Ассоциацией пчеловодов Голландии The Holland Area Beekeepers Association (HABA) (основана в 1902 г.), в Норвегии - Ассоциацией пчеловодов Норвегии The Norwegian Beekeepers Association, Norges Birøkterlag (NBA) (1884), в Финляндии - Ассоциацией пчеловодов Финляндии The Finnish Beekeepers' Association (FBA) (1916 г.), в Швейцарии - Швейцарской ассоциацией друзей пчел Der Verein Schweizerischer Mellifera Bienenfreunde (VSMB) (1993 г.), на Канарских островах Ла Пальма - Ассоциацией пчеловодов Ла Пальма La Palma Beekeepers' Association при поддержке правительства (1996 г.) [Ильясов и др., 2016]. Во Франции в Гаскони и в заповеднике Севенны при поддержке Союза пчеловодов Франции The Union of French Beekeepers (UNAF), основанного в 1946 году, сохранился экотип темной лесной пчелы A. m. mellifera, уникально адаптированный к позднему и обильному цветению обыкновенного вереска Calluna vulgaris [Ameline et al., 2013]. В России на Урале в Бурзянском районе Республики Башкортостан сохранился бурзянский бортевой экотип темной лесной пчелы, адаптированный к обильному цветению липы сердцевидной Tilia cordata [Ильясов и др., 2015б]. Популяция бурзянской бортевой пчелы является самой известной и сохраняется в условиях бортевого пчеловодства, дикого обитания и пасек с рамочными ульями в горно-лесной зоне Южного Урала. Дикие и бортевые пчелы представляют большой интерес для пчеловодов и ученых всего мира, так как по ним можно сделать реконструкцию эволюции пчел и изучить механизмы адаптациогенеза в природных условиях [Ильясов и др., 2015а]. Бурзянская популяция бортевых пчел находится под охраной комплексного биосферного резервата ЮНЕСКО «Башкирский Урал», созданного в 2012 г. при участии Государственного природного биосферного заповедника «Шульган-Таш» (основан в 1958 г.), Национального парка «Башкирия» (основан в 1986 г.), Природного парка «Мурадымовское ущелье» и Региональных природных заказников «Алтын Солок» (основан в 1997 г.) и «Икский» [Ильясов и др., 2015б]. В статье представлен генетический анализ выборок темной лесной пчелы Бурзянской популяции, исследованных с 2004 по 2015 годы сотрудниками лаборатории биохимии адаптивности насекомых Института биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В работе был изучен полиморфизм 9 микросателлитных локусов AP243, 4A110, A24, A8, A43, A113, A88, AP049, A28 яДНК рабочих особей пчел из 371 семьи из 20 географических точек на территории Бурзянского района Республики Башкортостан, отобранные в течение 12 лет - с 2004 по 2015 годы (табл. 1). Рабочих особей пчел фиксировали в 96% этаноле и хранили при температуре -20оС до выделения ДНК. Выделение ДНК из мышц торакса рабочих особей пчел проводили набором ДНК-ЭКСТРАН-2 по протоколу СИНТОЛ (Москва) (www.syntol.ru). Качество и количество выделенной тотальной ДНК (около 500 нг) анализировали на спектрофотометре NanoDrop 1000 (Thermo, США). Полимеразная цепная реакция выполнялась в термоциклере BIO-RAD T100 (США) в 15 мкл общего объема смеси по протоколу СИЛЕКС (Москва) (www. sileks.com/ru) с 10 нг тотальной ДНК при оптимальной температуре отжига для каждого набора праймеров. Продукты амплификации микросателлитных локусов разделяли по размерам в 8% ПААГ при силе тока 40мА, окрашивали бромистым этидием и визуализировали в гель-документирующей системе DocPrint Vilber Lourmat (Франция). Фрагментарный анализ и определение нуклеотидной последовательности продуктов ПЦР выполняли на автоматическом секвенаторе Applied Biosystem Genetic Sequencer (США) по протоколу СИНТОЛ (Москва).  Уровень интрогрессии генов южных подвидов пчел эволюционной ветви C (A. m. caucasica и A. m. carpatica) в выборках темной лесной пчелы были рассчитаны на основе полиморфизма 9 микросателлитных локусов с использованием программы STRUCTURE 2.3.4. Статистический анализ полученных результатов полиморфизма ДНК проводился с использованием программ STATISTICA 8,0, MICROSOFT EXCEL 2010. Таблица 1 Объем выборки и уровень интрогрессии «южных» генов в популяции темной лесной пчелы A. m. mellifera Бурзянского района Республики Башкортостан, рассчитанный на основе полиморфизма  9 микросателлитных локусов яДНК № Географическая локализация Выборка, N Год исследования Ветвь М Ветвь С 1 д. Акбулатово 12 2015 0,995 0,005 2 д. Атиково 49 2008 0,967 0,033 3 д. Байгазино 9 2009 0,967 0,033 4 д. Байназарово 9 2009 0,964 0,036 5 пасека «Байсалян» 6 2015 0,998 0,002 6 борти в лесу 6 2008 0,979 0,021   6 2015 1,000 0,000 7 д. Верхний Нугуш 4 2008 0,984 0,017 8 д. Гадельгареево 4 2015 0,995 0,005 9 д. Иргизлы 18 2008 0,979 0,021   50 2013 0,951 0,049   4 2015 0,995 0,005 10 пасека «Капова Пещера» 25 2004 0,926 0,074   6 2015 0,992 0,008 11 д. Киекбаево 23 2009 0,946 0,054   4 2015 0,995 0,005 12 д. Кургашлы 8 2009 0,948 0,052 13 пасека «Куш-Елга-Баш» 6 2015 0,997 0,003 14 д. Магадеево 4 2009 0,955 0,045 15 д. Миндигулово 20 2009 0,974 0,026 16 д. Новомусятово 16 2008 0,969 0,031 17 д. Новоусманово 8 2009 0,970 0,030 18 д. Старомусятово 22 2008 0,955 0,045 19 с. Старосубхангулово 48 2008 0,978 0,022 20 д. Яумбаево 4 2009 0,956 0,044  Итого за 2004-2015 годы 371  0,973 0,027 РЕЗУЛЬТАТЫ На основе изучения полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК рассчитаны уровни интрогрессии «южных» генов в выборках темной лесной пчелы бурзянской популяции по годам (табл. 1). С целью оценки изменений уровня интрогрессии «южных» генов в выборках темной лесной пчелы Бурзянского района по годам исследований были получены усредненные значения по всем выборкам для каждого года исследования (табл. 2). Таблица 2 Значения уровня интрогрессии «южных» генов в выборках темной лесной пчелы Бурзянского района по годам исследований на основе анализа полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК Год исследования Выборка, N Пасеки Ветвь М Ветвь С 2004 25 1 0,926 0,074 2008 163 7 0,973 0,027 2009 85 8 0,960 0,040 2013 50 1 0,951 0,049 2015 48 8 0,996 0,004 Итого за 2004-2015 годы 371 25 0,973 0,027 Рисунок 2. Уровень интрогрессии «южных» генов в выборках темной лесной пчелы Бурзянского района по годам исследований на основе изучения полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК. Для наглядности полученные значения интрогрессии по годам исследований были визуализированы в виде гистограммы, отображающей доли генов подвидов пчел эволюционных ветвей М и С (рис. 2). На гистограмме уровень интрогрессии «южных» генов в популяции темной лесной пчелы бурзянского района разнонаправленно меняется по годам исследований, но нигде не превышает 8%. Мониторинг с 2004 по 2015 годы показывает высокую стабильность и чистоту генофонда бурзянской популяции темной лесной пчелы. Максимальный уровень интрогрессии (от 4,9% до 7,4%) наблюдался в 2004 году (N=25 семей, М=0,926, С=0,074) и в 2013 году (N=50 семей, М=0,951, С=0,049), а минимальный (0,4%) - в 2015 году (N=48 семей, М=0,996, С=0,004). Вариабельность значений уровня интрогрессии, возможно, связана с различиями в объемах и расположениях выборки в разные годы исследований. Резкое снижение интрогрессии «южных» генов в выборке 2015 года связано с тем, что все точки сбора находились в пределах охраняемой территории заповедника «Шульган-Таш», заказника «Алтын Солок» и национального парка «Башкирия». Эти результаты показывают, что на охраняемых природных территориях сохранение чистоты аборигенного генофонда темной лесной пчелы происходит эффективнее по сравнению с обычными неохраняемыми территориями Бурзянского района. Результаты мониторинга популяции темной лесной пчелы Бурзянского района с 2004 по 2015 годы на основе анализа полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК показывают высокую стабильность и чистоту генофонда, где уровень интрогрессии «южных» генов не превышал 8%. Показана высокая эффективность сохранения чистоты генофонда A. m. mellifera на охраняемых территориях заповедника, национального парка и заказника. ОБСУЖДЕНИЕ Детализированный мониторинг уровня интрогрессии «южных» генов для каждой отдельно взятой выборки разных годов исследований был проведен на основе изучения полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК (табл. 1). Для наглядности полученные значения интрогрессии «южных» генов были визуализированы в виде секторных диаграмм, которые были локализованы на карте бурзянского района в соответствии с их географическим положением (рис. 3). Рисунок 3. Интрогрессия «южных» генов в выборках темной лесной пчелы A. m. mellifera Бурзянского района Республики Башкортостан на основе полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК. На карте обозначены границы охраняемых территорий Бурзянского района Государственного природного биосферного заповедника «Шульган-Таш», Национального парка «Башкирия», Регионального природного заказника «Алтын Солок». Рядом с каждой секторной диаграммой обозначен год проведения исследований. По рисунку можно отметить, что в выборках на охраняемых природных территориях - заповедника, национального парка и заказника доля генов «южных» подвидов эволюционной ветви С ниже по сравнению с остальной неохраняемой территорией Бурзянского района Республики Башкортостан. В выборках пчел Бурзянского района 2004 - 2015 годов не наблюдалось резкого изменения уровня интрогрессии «южных» генов. Такая стабильность характеризует генетическую изоляцию бурзянской популяции темной лесной пчелы от окружающих ее гибридных с «южными» подвидами популяций. Наибольший уровень интрогрессии «южных» генов (от 4,5% до 7,4%) отмечался в выборках д. Старомусятово 2008 года (N=22, М=0,955, С=0,045), д. Магадеево 2009 года (N=4, М=0,955, С=0,045), д. Иргизлы 2013 года (N=50, М=0,951, С=0,049), д. Кургашлы 2009 года (N=8, М=0,948, С=0,052), д. Киекбаево 2009 года (N=23, М=0,951, С=0,049), пасеки «Капова Пещера» 2004 года (N=25, М=0,926, С=0,074). Нименьший уровень интрогрессии «южных» генов (от 0,0% до 2,2%) отмечался в выборках бортей 2008 года (N=6, М=0,979, С=0,021), бортей 2015 года (N=6, М=1,00, С=0,000), пасеки «Байсалян» 2015 года (N=6, М=0,998, С=0,002), пасеки «Куш-Елга-Баш» 2015 года (N=6, М=0,997, С=0,003), д. Акбулатово 2015 года (N=12, М=0,995, С=0,005), д. Гадельгареево 2015 года (N=4, М=0,995, С=0,005), Иргизлы 2008 года (N=18, М=0,979, С=0,021), д. Иргизлы 2015 года (N=4, М=0,995, С=0,005), д. Киекбаево 2015 года (N=4, М=0,995, С=0,005), пасеки «Капова Пещера» 2015 года (N=4, М=0,995, С=0,005), д. Верх. Нугуш 2008 года (N=4, М=0,984, С=0,017), с. Старосубхангулово 2008 года (N=48, М=0,978, С=0,022). Таким образом, анализ выборок темной лесной пчелы Бурзянского района Республики Башкортостан 2004 - 2015 годов на основе полиморфизма 9 микросателлитных локусов яДНК показывает практическое отсутствие интрогрессии генов «южных» подвидов - средняя интрогрессия «южных» генов 2,7%. Наблюдаемая высокая стабильность и чистота генофонда популяции темной лесной пчелы Бурзянского района не означает, что популяция сохранит такую же стабильность и в последующие годы, поскольку изоляция обеспечивается не только природными и биологическими факторами, но и слаженными совместными усилиями пчеловодов, представителей администраций района и населенных пунктов, сотрудников природоохранных организаций - заповедников, национальных парков и заказников. Поскольку бурзянская популяция темной лесной пчелы находится в окружении гибридных с «южными» подвидами популяций, то угроза нарушения генетической изоляции и возникновения миграций и потока генов будет всегда присутствовать. Считаем целесообразным проведение ежегодного мониторинга генофонда темной лесной пчелы бурзянской популяции с использованием микросателлитных локусов яДНК, поскольку он поможет своевременно обнаружить и остановить поток «южных» генов в данную популяцию.
Заказ
Оформите заказ, наш сотрудник свяжется с вами для уточнения деталей.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз

Обратный звонок
Представьтесь, мы вам перезвоним.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз