Метод изучения наследования признаков у пчел

А что нового в мире по геному пчелы. Есть какие нибудь еще интересные выводы?
Возможно кого нибудь заинтересует доклад сотрудника института общей генетики им Н.И. Вавилова.
Некоторые актуальные проблемы генетики медоносной пчелы. Истоки общения человека с медоносной пчелой уходят в глубокую древность. Вероятно, на стадии архантропа, а возможно и раньше, в числе объектов охоты была пчела. Судя по сохранившимся до нашего времени наскальным рисункам, некоторыми приемами управления пчелами человек овладел не позднее 7 тыс. лет назад.

Однако пчела, так и не стала домашней, в том понимании как это относится к домашним парнокопытным и птице. Расселившись, не без помощи человека, на все обитаемые континенты, медоносная пчела дифференцировалась на множество внутривидовых группировок. Их изучение актуально в связи с тем, что каждая из этих группировок обладает комплексом специфических адаптаций, понимание принципов функционирования которых открывает широкие возможности для рационального использования генетического потенциала вида.
Внутривидовая дифференциация медоносной пчелы. Медоносная пчела отличается большим разнообразием географических рас (пород), которые сложились в процессе длительной эволюции в различных естественных ареалах без воздействия человека. Каждая географическая раса из известных 26 [1] характеризуется определенным комплексом биологических и хозяйственных признаков, хорошо приспособленных к тем условиям, в которых формировалась ее наследственность.

В настоящее время человеком используются из 26 пород пчел в основном вида Apis mellifera, незначительно используются виды Apis cerana и Apis indica, обитателей Юго-Восточной Индии. За весь период искусственного отбора селекционерами выведены две породные группы пчел. В Англии путем воспроизводительного скрещивания местных темных пчел с итальянскими получены бакфестовские пчелы. В СССР в НИИП выведена приокская породная группа скрещиванием среднерусской и серой горной кавказской пчелы.

До настоящего времени селекционерам не удалось получить ни одной породы пчел, которая бы существенно отличалась от естественно образовавшихся географических рас. Породы пчел, очевидно, представляют собой конгломерат генотипов обусловленные спонтанным спариванием матки в период брачного полета с несколькими трутнями (до десяти) [2] в радиусе до пяти километров от пасеки. Поэтому, в условиях отсутствия четкой программы породного районирования пчел создается угроза утраты чистоты генофонда определенных пород пчел из-за неконтролируемой метизации [3, 4, 7].

В первых работах посвященных изучению наследования преимущественно качественных признаков, таких как окраска тела пчел, печатка меда и др.[5-7] было показано, что за окраску тела пчел отвечают несколько генов и наследуются они промежуточно. При скрещивании среднерусской и серой горной кавказской пород пчелы-помеси первого поколения большинство экстерьерных признаков наследуют по принципу неполного доминирования той породы, у которой данный признак более развит, а на некоторых признаках сказывается влияние гетерозиса [4].

К тому же морфометрические признаки подвержены влиянию большого комплекса биотических и абиотических факторов [11].
Указанные признаки, естественно, не отражают в полной мере генотип породы, поскольку сильно вариабильны даже внутри одной породной группы из-за зависимости от географической широты распространения пчел, их возраста и питания. К тому же, большую роль в определении породных признаков играет квалификация пчеловода.

В силу выше изложенного, в условиях реального практического пчеловодства в настоящее время возникла острая необходимость в разработке определенных мер, направленных на сохранение чистоты биологического разнообразия пород пчел, что крайне важно как для практической генетико-селекционной работы, так и для генетико-популяционных и филогенетических исследований.
В настоящее время, в силу вышеуказанных причин, генетико-селекционные работы, проводимые с пчелами, весьма значительно отстают от таковых в других отраслях животноводства. Все это указывает на актуальность привлечения методов молекулярной генетики для изучения генотипов различных пород пчел.
Геном медоносной пчелы изучен весьма плохо. Петрункевич (1901) обнаружил 32 хромосомы в диплоидных оогониях пчелы. В семенниковых клетках трутней обнаружено 16 хромосом. По длине хромосомы варьировали от 1,3 до 4,3 мкм. Хосиба и др. [10] сообщили, что гаплоидные и диплоидные хромосомные комплексы трутней Apis cerana идентичны таковым Apis mellifera: 8 метанцентриков (№1,2,4,7,9,11,13,16) и 8 субметацентриков (№3,5,6,8,10,12,14,15).
Общая длина генома пчелы имеет 180 млн пар нуклеотдиных оснований (размер генома человека 3 млрд пар нуклеотидных оснований). Около 8-11% генома состоит из средне- высоко повторяющихся повторов ДНК, расбросанных по всему геному пчелы.

На основе 365 случайно амплифицированных полиморфных фрагментов ДНК-технологии (RAPD)была построена частичная генетическая карта медоносной пчелы [8] и предложена карта 26 из 32 хромосом медоносной пчелы. RAPD-технология была выбрана нами в качестве метода исследования межпородных различий, так как для ее применения не требуется предварительный анализ исследуемого генома (картирование и секвенирование).

Такой выбор был обусловлен еще и тем фактом, что в геноме пчелы содержится от 8 до 11% повторяющихся нуклеотидных последовательностей ДНК, которые могут быть кандидатами на участке отжига 10 нуклеотидных праймеров, используемых в RAPD-технологии. Эта технология пригодна для генетической паспортизации пород пчел. Указанными методами становится возможным провести генетическую пасортизацию племенных пасек.

Для этого предполагается выбрать эталонные племенные насеки различных пород и сделать генетический паспорт каждой породы [3]. Молекулярно-генетическая паспортизация выявила критическую ситуацию метизации среднерусской популяции в Федеральном заповелнике "Шульган-Таш": из-за завоза в Башкирию пчел южных популяций пчеловодами-частниками. А.Г.Николенко модифицировал морфометрический метод В.В. Алпатова и по кДНК генов, контролирующих синтез антибактериальных пептидов (АБП) медоносной пчелы абецина, дефензина и гименоптецина методом компьютерного дизайна подобрал 6 праймеров длиной от 19 до 27 нуклеотидов.

Ему впервые в мире, применив в популяционной генетике пчелы полиморфизм АБП, удалось доказать существование условий для сохранения уникальной темной лесной пчелы в Республике Башкортостан на базе двух пасек заповедника "Шульган-Таш"[4].
Успехи достигнутые по генной инженерии на плодовой мухе Drosophila показали огромные возможности расширения генетического обогащения генома с помощью мощных векторов переноса генов, имеющих практическое значение: применение вектора на основе промотора мобильного генетического элемента Р позволили полученние трансгенных мух, способных расщеплять инсектициды; жить на 41% дольше обычных мух; синтезировать антибактериальные пептиды; холодоустойчивость из-за экспрессии генов, контролирующих синтез белков холодустойчивости; устойчивости к эктопаразитам и т.п. К сожалению на медоносной пчеле перенос генов пока еще не проводили [9].

Технологии трансгеноза разработанные на дрозофиле не могут быть прямо перенесены на медоносную пчелу прежде всего потому, что эмбрионы подвергнутые трансгенной обработке (микроинъекции) будут съдены пчелами-кормилицами. Наиболее реальным является искусственное (инструментальное) осеменение неплодных маток спермой смешанной с фрагментами ДНК, несущей промотор с необходимым геном.
Генетическая обусловленность устойчивости к болезням. Исследования генетических механизмов устойчивости медоносных пчел к паразитическому клещу Varroa jacobsoni ведутся во многих странах мира. Адаптация клеща к пчеле Apis mellifera происходит медленно в течение 12 лет (Ю.Вилде, 2000). Отбор пчел по способности их удалять паразита, по интенсивности самоочисток и общей зараженности пчелосемьи не дали положительного результата. Устойчивость пчел к клещу варроа является полигенным признаком (В.Веселы, Д.Титера, 2000).

Добавление в корм препарата ВЭСП (витаминный экдистероновый стимулятор пчел) усиливает гигиеническое поведение пчел (удаление клещей из запечатанного расплода) (М.Н.Мукминов, В.Т.Какпаков, 2005) и задерживает инвазию клеща варроа (Литвинов, 1997). Показано, что клещ способствует распространению вируса деформированного крыла (ВДК), вируса острого паралича, против которого были получены антитела (Г.Топольска, 2000).
За 70 лет изучения биологии американского гнильца-серьезной болезни расплода медоносной пчелы, установлено зависимость устойчивости от гигиенических факторов, а не от физиологической устойчивости личинок пчелы.

Обнаружена устойчивость у бактерии-возбудителя гнильца к антибиотику окситетрациклину (М.Спивак, 2000). У.Райсбергер-Галле и К.Крелшайм (1999) обнаружили в экстрактах средней кишки молодых личинок очеь мало веществ, ингибирующих рост возбудителя гнильца бактерии Paenibacillus larva larva (Pll), чем экстракт из средней кишки взрослых 8 дневных пчел. Такой экстракт не терял рост-ингибирующую активность после прогревания в течение 15 мин при 125оС.
Защита насекомых от микробов представляет собой многоликий процесс, включающий активирование ряда ферментов, реакцию гемоцитов и быстрый синтез антибактериальных пептидов.

Первые антибактериальные пептиды были открыты в 1980 году и названы цекропинами. В настоящее время у насекомых описаны свыше 200 антибактериальных пептидов. Гены, контролирующие синтез этих пептидов, молчат в нормальных условиях, но при появлении сигнала о поступлении в организм чужеродного микроба, десятки генов срочно начинают свою работу в клетках жирового тела. Эти пептиды выходят в гемолимфу, прилипают к микробу и убивают его, особенно успешно когда концентрация микроба еще низка. В настоящее время четко установлено, что гены ответственные за синтез антимикробных пептидов являются ключевыми как у растений, так и у насекомых и лежат в основе врожденного иммунитета.

Кроме того, эти пептиды могут быть использованы как потенциальные терапевтические препараты для борьбы с бактериальными загрязнениями биологических систем. А.Г.Николенко (2003) методом дот-блот-гибридизации показал экспрессию генов всех трех антибактериальных пептидов апидезинов у Apis mellifera L. в норме. Установлено увеличение уровня экспрессии генов антибактериальных пептидов уже через 15 мин после введения битоксибациллина per os. В процессе сравнительного анализа ими были показаны различия в характере иммунного ответа Apis mellifera mellifera L. от пчел южных рас.
Таким образом, отмечается широкораспространенное явление возникновения устойчивости патогенов и паразитов медоносной пчелы к применяемым в настоящее время химическим лекарствам. Для выхода из создавшегося положения одни ученые предлагают сжигание зараженного улья, другие – поиска новых препаратов губительных для патогенов и паразитов медоносной пчелы.

Для борьбы с вирусными заболеваниями медоносной пчелы необходимы исследования по получению культур клеток из эмбрионов медоносной пчелы, без которой трудно изучать тонкие молекулярно-генетические механизмы взаимодействия клетки медоносной пчелы с целым спектром вирусных заболеваний и создания вакцины против них.
Многолетние исследования автора и ряда других исследователей по генетике и биологии культур клеток дрозофилы in vitro показали накопление в геноме клеток подвижных (мобильных) генетических элементов (МГЭ), которые достигают наибольшего числа копий с приобретением клетками способности неограниченного роста в культуре вне организма.

Высказано предположение о "«буферной" роли МГЭ при адаптации клеток к стрессовым факторам культуральной среды и стабилизации генома клеток в культуре путем количественного (в 5 раз) увеличения геномной ДНК ( Какпаков, 2000)
Изучение спектра мобильных генетических элементов у медоносной пчелы позволит выявлению векторов, подобных Р-элементу дрозофилы. Это даст возможность получать геномодифицированных (трансгенных) пчел с новыми генетическими свойствами: устойчивые к инсектицидам, холодоустойчивые, невосприимчивые к микробным, грибковыи и клещевым заболеваниям, с удлиненной продолжительностью жизни рабочей пчелы и т.п.