Генетические методы в селекции медоносной пчелы

Медоносная пчела Apis mellifera является довольно сложным объектом для селекции в силу особенностей ее биологии. Селекционные мероприятия в пчеловодстве нацелены на получение семей пчел с высокими показателями хозяйственно полезных признаков, таких как продуктивность, устойчивость к низким температурам и заболеваниям, гигиеническое поведение, яйценоскость матки и др. На примере двух пасек, специализирующихся на разведении A. m. mellifera и A. m. carnica, рассмотрено применение генетических методов в селекции медоносной пчелы. Первым этапом работы было установление подвидовой принадлежности на основе оценки полиморфизма межгенного локуса мтДНК tRNAleu-COII и микросателлитных локусов ядерной ДНК Ap243, 4a110, А24, A8, A43, A113, A88, Ap049 и A28. Подтверждено, что исследуемые семьи соответствуют заявленным подвидам. На пасеке с A. m. mellifera выявлены гибридные семьи. Метод, основанный на анализе полиморфизма локуса tRNAleu-COII (или COI-COII) и микросателлитных локусов ядерной ДНК, был разработан для идентификации темной лесной пчелы A. m. mellifera и не позволяет дифференцировать представителей эволюционных ветвей С (A. m. carnica и A. m. ligustica) и О (A. m. caucasica). На втором этапе оценивалось аллельное разнообразие гена csd. На пасеке, содержащей семьи A. m. mellifera (N = 15), выявлено 20 аллелей csd, на пасеке, содержащей семьи A. m. carnica (N = 44), – 41 аллель. Шесть аллелей были общими для двух пасек. ДНК-диагностика заболеваний пчелы показала, что исследуемые семьи являются здоровыми. По результатам исследований разработана схема получения первичного материала для селекции медоносной пчелы, на который впоследствии может быть наложен отбор по хозяйственно полезным признакам. Кроме того, ежегодная оценка аллельного разнообразия гена csd позволит пролить свет на частоту формирования новых аллельных вариантов и другие вопросы, связанные с эволюцией этого гена.

1. Bakonyi T., Derakhshifar I., Grabensteiner E., Nowotny N. Development and evaluation of PCR assays for the detection of Paenibacillus larvae in honey samples: comparison with isolation and biochemical characterization. Appl. Environ. Microbiol. 2003;69(3):1504­1510. DOI 10.1128/AEM.69.3.1504­1510.2003.

2. Berényi O., Bakonyi T., Derakhshifar I., Köglberger H., Nowotny N. Occurrence of six honeybee viruses in diseased Austrian apiaries. Appl. Environ. Microbiol. 2006;72(4):2414­2420. DOI 10.1128/AEM.72.4.2414­2420.2006.

3. Bertrand B., Alburaki M., Legout H., Moulin S., Mougel F., Garnery L. MtDNA COI­COII marker and drone congregation area: an efficient method to establish and monitor honeybee (Apis mellifera L.) conservation centers. Mol. Ecol. Resour. 2015;15(3):673­683. DOI 10.1111/1755­0998.12339.

4. Beye M., Hasselmann M., Fondrk M., Page R.E., Omholt S.W. The gene csd is the primary signal for sexual development in the honeybee and encodes an SR­type protein. Cell. 2003;114(4):419­429. DOI 10.1016/S0092­8674(03)00606­8.

5. Cridland J.M., Tsutsui N.D., Ramírez S.R. The complex demographic history and evolutionary origin of the western honey bee, Apis mellifera. Genome Biol. Evol. 2017;9(2):457­472. DOI 10.1093/gbe/evx009.

6. De La Rúa P., Jaffé R., Dall’olio R., Muñoz I., Serrano J. Biodiversity, conservation and current threats to European honeybees. Apidologie. 2009;40:263­284. DOI 10.1051/apido/2009027.

7. Earl D.A., von Holdt B.M. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conserv. Genet. Resour. 2012;4(2):359­361. DOI 10.1007/s12686­011­9548­7.

8. Espregueira Themudo G., Rey­Iglesia A., Robles Tascon L., Jensen A.B., da Fonseca R.R., Campos P.F. Declining genetic diversity of European honeybees along the twentieth century. Sci. Rep. 2020;10(1):10520. DOI 10.1038/s41598­020­67370­2.

9. Garnery L., Franck P., Baudry E., Vautrin D., Cornuet J.­M., Solignac M. Genetic diversity of the west European honey bee (Apis melli fera mellifera and A. m. iberica). I. Mitochondrial DNA. Genet. Sel. Evol. 1998;30(Suppl.1):S31. DOI 10.1186/1297­9686­30­S1­S31.

10. Govan V.A., Brozel V., Allsopp M.H., Davison S. A PCR detection method for rapid identification of Melissococcus pluton in honeybee larvae. Appl. Environ. Microb. 1998;64(5):1983­1985. DOI 10.1128/AEM.64.5.1983­1985.1998.

11. Hyink O., Laas F., Dearden P. Genetic tests for alleles of complementary-sex-determiner to support honeybee breeding programmes. Apido logie. 2013;44(3):306­313. DOI 10.1007/s13592­012­0181­6.

12. Il’yasov R.A., Petukhov A.V., Poskryakov A.V., Nikolenko A.G. Local honeybee (Apis mellifera mellifera L.) populations in the Urals. Russ. J. Genet. 2007;43(6):709­711. DOI 10.1134/S1022795407060166.

13. James R.R., Skinner J.S. PCR diagnostic methods for Ascosphaera infections in bees. J. Invertebr. Pathol. 2005;90(2):98­103. DOI 10.1016/j.jip.2005.08.004.

14. Kaskinova M.D., Gaifullina L.R., Saltykova E.S., Poskryakov A.V., Nikolenko A.G. Dynamics of the genetic structure of Apis mellifera populations in the Southern Urals. Russ. J. Genet. 2022;58(1):36­41. DOI 10.1134/S1022795422010045.

15. Kaskinova M.D., Gataullin A.R., Saltykova E.S., Gaifullina L.R., Poskryakov A.V., Nikolenko A.G. Polymorphism of the hypervariable region of the csd gene in the Apis mellifera L. population in Southern Urals. Russ. J. Genet. 2019;55(2):267­270. DOI 10.1134/S102279541902008X.

16. Martín­Hernández R., Meana A., Prieto L., Salvador A.M., Garrido­Bailón E., Higes M. Outcome of colonization of Apis mellifera by Nosema ceranae. Appl. Environ. Microbiol. 2007;73(20):6331­6338. DOI 10.1128/AEM.00270­07.

17. Meixner M.D., Pinto M.A., Bouga M., Kryger P., Ivanova E., Fuchs S. Standard methods for characterising subspecies and ecotypes of Apis mellifera. J. Apic. Res. 2013;52(4):1­28. DOI 10.3896/IBRA.1.52.4.05.

18. Mroczek R., Laszkiewicz A., Blazej P., Adamczyk­Weglarzy K., Niedbalska­Tarnowska J., Cebrat M. New insights into the criteria of functional heterozygosity of the Apis mellifera complementary sex determining gene – discovery of a functional allele pair differing by a single amino acid. PLoS One. 2022;17(8):e0271922. DOI 10.1371/journal.pone.0271922.

19. Neumann P., Carreck N.L. Honey bee colony losses. J. Apic. Res. 2010;49(1):1­6. DOI 10.3896/IBRA.1.49.1.01.

20. Nikolenko A.G., Fakhretdinova S.A., Ilyasov R.A., Poskryakov A.V. The geographic range of the Burzyan population of the European dark honeybee Apis mellifera mellifera L. (Hymenoptera: Apidae). Trudy Russkogo Entomologicheskogo Obshchestva = Proceedings of the Russian Entomological Society. 2010;81(2):202­208. (in Russian)

21. Nikolenko A.G., Poskryakov A.V. Polymorphism of locus COI-COII of mitochondrial DNA in the honeybee Apis mellifera L. from the Southern Ural region. Russ. J. Genet. 2002;38(4):364­368. DOI 10.1023/A:1015289900666.

22. Nikonorov I.M., Ben’kovskaya G.V., Poskryakov A.V., Nikolenko A.G., Vakhitov V.A. The use of the PCR technique for control of pure­breeding of honeybee (Apis mellifera mellifera L.) colonies from the Southern Urals. Russ. J. Genet. 1998;34(11):1344­1347.

23. Ruttner F. Breeding Techniques and Selection for Breeding of the Honeybee: an Introduction to the Rearing of Queens, the Conduct of Selection Procedures and the Operation of Mating Stations. Condor, Derby: British Isles Bee Breeders Assoc., 1988.

24. Solignac M., Vautrin D., Loiseau A., Mougel F., Baudry E., Estoup A., Garnery L., Haberl M., Cornuet J.­M. Five hundred and fifty microsatellite markers for the study of the honeybee (Apis mellifera L.) genome. Mol. Ecol. Notes. 2003;3(2):307­311. DOI 10.1046/j.1471­8286.2003.00436.x.

25. Tokarev Y.S., Huang W.F., Solter L.F., Malysh J.M., Becnel J.J., Vossbrinck C.R. A formal redefinition of the genera Nosema and Vairimorpha (Microsporidia: Nosematidae) and reassignment of species based on molecular phylogenetics. J. Invertebr. Pathol. 2020;169:107279. DOI 10.1016/j.jip.2019.107279.

26. Zareba J., Blazej P., Laszkiewicz A., Sniezewski L., Majkowski M., Janik S., Cebrat M. Uneven distribution of complementary sex determiner (csd ) alleles in Apis mellifera population. Sci. Rep. 2017;7:2317. DOI 10.1038/s41598­017­02629­9.