Генетические особенности пчёл

[Сергей.]

Предисловие
В генетике замечательно то, что мы обнаруживаем, что вся жизнь на Земле действует более или менее по одним и тем же правилам. Понимая некоторые основные принципы, мы можем понять, как работают самые разные организмы, от бактерий до слонов. Теперь, когда начинают расшифровываться геномы различных растений и животных, мы понимаем, насколько все мы связаны между собой. Вы, наверное, все слышали, что у людей 99% общих генов с шимпанзе. Но знаете ли вы, что мы также разделяем 25% наших генов с бананами? Тем не менее, очевидно, что каждый вид уникален, и у пчел есть свои странные генетические особенности. Эта причуда природы, делает их такими, какие они есть.

[Сергей.]

chromo.gif (4.87 КБ) 1787 просмотров

Вероятно, единственный фактор, который делает пчел такими, какие они есть, - это то, что трутни рождаются из неоплодотворенных яиц. На первый взгляд не кажется что это имеет огромное значение но далее мы увидим, что это действительно так.

Хромосомы - это структуры, содержащие гены организма. У пчел около 15 000 генов. У большинства животных обычно два набора хромосом. Один комплект идет от матери, а другой - от отца. Их называют диплоидными. Di означает два, а плоид - хромосома. У людей 46 хромосом, 23 - из материнской яйцеклетки, а 23 - из отцовской спермы. У пчел разное количество хромосом. У самок, рабочих и маток их 32, 16 вносятся яйцеклеткой королевы, а 16 - сперматозоидами трутней. Поскольку трутни вылупляются из неоплодотворенных яиц, у них есть только 16 хромосом, которые были в яйце. Трутни гаплоидны, потому что у них только один набор хромосом.

Вы заметите, что яйцо может нести только половину 32 хромосом матки, поэтому она может передать своему потомству только половину своих генов. Здесь стоит упомянуть что деление генома происходит по определенной схеме заложенной природой и описанной вторым законом Менделя. Матка будет производить четыре группы яиц в первая группа будет нести преимущественно гены полученные от матери, вторая группа получит половину от матери а вторую половину от отца, третья получит половину генов отца и половину от матери и четвертая группа получит набор генов отца. Яйца производимые маткой являются генетически разнообразными. С другой стороны, у трутней изначально всего 16 хромосом, поэтому каждый сперматозоид должен содержать все гены трутня. Это означает, что все сперматозоиды одного трутня абсолютно идентичны, они клоны. Это отличается от большинства других животных, где каждый сперматозоид уникален, как и каждая яйцеклетка.

[Сергей.]

Еще одна странность пчел - их привычка к многократному спариванию. Матка довольно неразборчива и спаривается с 10-20 трутнями, обычно за 1 или 2 спаривания в течение пары дней. Сперма годами хранится в органе, который называется сперматека. На самом деле спермы одного трутня более чем достаточно, чтобы заполнить сперматеку. Таким образом, очевидно, что матка старается изо всех сил и подвергается большому риску спариваясь с таким количеством трутней только для того, чтобы собрать дополнительное генетическое разнообразие для своей семьи. Считается, что это дополнительное разнообразие помогает в обеспечении генетической устойчивости к болезням. Кроме того, пчелы, как правило, специализируются на выполнении определенных работ в улье, благодаря большему разнообразию отцов, семья может работать более эффективно

[Сергей.]

Эффект от этого множественного спаривания состоит в том, что колония состоит из разных подсемейств. У каждого подсемейства одна и та же мать, но разные отцы. Помните, что вся сперма каждого трутня - идентичные клоны. Это означает, что рабочие наследуют 50% генов маток, но 100% генов трутней. Рабочие, принадлежащие к одному подсемейству, связаны на 75%, их называют суперсёстрами.

Почти у всех других животных родители и потомство или братья и сестры связаны только на 50%, за исключением однояйцевых близнецов. Это может быть ключевым фактором, почему пчелы и другие социальные насекомые рабочие отказались от размножения в пользу того, чтобы помочь своей матери вырастить больше своих сестер. Если бы у рабочих пчел было собственное потомство, оно было бы связано с ними только на 50%. Но, помогая матке вырастить своих суперсестер, они становятся родственниками на 75%. В биологии существует принцип, согласно которому организм будет стремиться делать то, что наиболее эффективно помогает передать больше своих генов, в следующем поколении. Таким образом, тот простой факт, что трутни вылупляются из неоплодотворенных яиц и, следовательно, их сперма идентична, во многом объясняет социальное поведение пчел.

Вы видите, что многократное спаривание создаёт чрезвычайно сложную семью. Нет необходимости во всем разбираться этот пример даёт представление о всей сложности генетического родства внутри пчелосемей.

[Сергей.]

Определение пола

Все мы знаем, что самки происходят из оплодотворенных яиц, а самцы - из неоплодотворенных, верно? А теперь поговорим о ещё одном нюансе генетики пчел половых
аллелях Аллель - это просто слово, обозначающее версию гена. Например, гены голубых и карих глаз являются аллелями гена цвета глаз.

аллели пола медоносной пчелы

Оказывается, существует ген, контролирующий пол пчел, называемый половым аллелем. Есть простое правило, по которому он действует. Если присутствуют два разных аллеля, пчела превратится в самку, либо рабочую, либо матку. Если присутствует только один аллель, пчела превратится в трутня. Есть два способа присутствия только одного аллеля. Яйцо может быть неоплодотворенным, поэтому оно содержит только один аллель, и в этом случае оно превращается в нормального трутня. Но есть и другой способ присутствия только одного аллеля. То есть, если яйцеклетка оплодотворена, но и мать, и отец имеют аллель одного пола. Это оплодотворенное яйцо также превратится в трутня. Но этот трутень будет ненормальным, потому что он диплоидный, он содержит два набора хромосом и не может функционировать как обычный. Эти диплоидные трутни всегда уничтожаются рабочими, которые съедают их, как только они вылупляются.

Эффект от этого состоит в том, что при поедании личинки в структуре расплода остаются дыры, и такая картина называется пёстрым расплодом. Наихудшие эффекты наблюдаются при инбридинге. Спаривание брат-сестра даст только 50% жизнеспособных личинок.

[Сергей.]

Считается, что существует около 19 различных половых аллелей. Вероятно, их больше, но это максимум, что было нассчитано у исследованной популяции. Это очень наглядный пример того, почему так важно сохранять генетическое разнообразие. Чем больше половых аллелей у нас будет в популяции пчел, тем устойчивее будет расплод, и в улье будет больше пчел для сбора меда. Можно провести аналогию с игрой в кости. Каждый раз, когда на обоих костях выпадает одинаковое число, вы проигрываете. Если бы у вас были кости с 20 сторонами вместо 6, было бы гораздо меньше шансов получить дуплет. Вот почему рекомендуется время от времени приливать пчелам новую кровь.

[Сергей.]

Гигиеническое поведение, вероятно, является самым успешным достижением в разведении пчел. Признак очень хорошо изучен и доказал свою эффективность против: аскосфероза, американского гнильца и частично в борьбе с варроа.
генетика гигиенического поведения контролируется двумя рецессивными генами. Один ген позволяет пчелам обнаруживать и вскрывать ячейку с больной личинкой. Второй ген заставляет рабочих удалять расплод и выбрасывать его из улья. Семья может содержать только один из этих генов и в этом случае семья не будет проявлять гигиеническую функцию. У разных ,,пород" пчел может быть одинген, но без второго признак не проявляется.

Чтобы рецессивный признак проявился, рабочие пчелы должены быть гомозиготны по гену. Гомозиготность означает, что организм получает один и тот же аллель гена от матери и отца. Гетерозиготность означает, что пчела имеет аллель только от одного из родителей, поэтому является носителем признака, но признак не проявляется.

[Сергей.]

hyg (3).gif (15.22 КБ) 1769 просмотров

В этом примере мы начинаем с королевы, гомозиготной по гигиеническим признакам, и скрещиваем ее с негигиеничными дронами. Потомство не будет выражать гигиенический признак, но оно будет гетерозиготным и, следовательно, будет носителем этого признака. Важно помнить, что когда мы имеете дело с рецессивными признаками, они не проявляются ни в первом поколении, ни в F1. Но если мы проявим терпение и продолжите программу, мы сможете передать эту черту следующим поколениям, отбирая гомозиготное по этому признаку помство в поколении F2.

После нескольких поколений отбора и разведения из колоний, которые выражают этот признак, он может закрепиться в популяции. Тогда все пчелы в этой популяции будут проявлять этот признак.

[Сергей.]

Единственный рецессивный ген, определяющий цвет кордован, работает по тому же принципу, что и голубой и коричневый цвет глаз у людей. У каждого человека есть пара генов, определяющих цвет глаз, по одному от каждого родителя. Поскольку коричневый цвет преобладает над синим, если один из родителей вносит коричневый ген, глаза их ребенка будут карими. Только если оба родителя внесут рецессивные гены синего цвета, глаза их ребенка будут голубыми. У двух кареглазых родителей может быть голубоглазый ребенок, но только если они оба являются носителями непроявляюшихся генов синего. Точно так же у пчел, только если матка и трутень, с которым она спаривается, вносят кордовские гены, рабочие или матки будут кордован. Трутни вылупляются из неоплодотворенных яиц, поэтому они всегда будут кордован, если их откладывает матка цвета кордован, поскольку она является единственным родителем.

[Сергей.]

На схеме мы видим что матка носитель рециссивного гена спаривается с трутнем обычного окраса. Из яиц откладываемых этой маткой будут выводится матки и пчелы обычного окрасса, так как ген обычного окрасса полученный от отца является доминирующим. Но несмотря на обычный окрас по признаку цвета эти пчелы будут гетерозиготны. В тоже время все трутни этой матки будут иметь цвет кордован.
Далее если одну из дочерей нашей матки мы спарим с трутнем кордован то получим ращепление по цвету 50/50. Одна пчела в ее потомстве будет иметь нормальный цвет, а каждая вторая будет носителем цвета кордован и являтся гомозиготными. Дочери с традиционными окрасом будут гетерозиготными как и их мать. Трутни маток являющихся гетерозиготными будут на 50% кордован и 50% традиционного окрасса, этот эффект является маркером гетерозиготности матки