Генетические особенности vsh

[Сергей.]

Гены подавления размножения клещей являются доминантными или рецессивными?
Считается, что признак VSH контролируется более чем одним геном, но на данный момент неизвестно, сколько именно генов. Эти гены не являются ни доминантными, ни рецессивными. Это то, что называется «аддитивным», что просто означает, что чем больше их присутствует, тем сильнее будет выражена черта. Это работает в пользу пчеловодов, поскольку матка с генами VSH может спариваться с любыми дронами и при этом иметь признак, выраженный в ее колонии, достаточно, чтобы уменьшить популяцию клещей. Таким образом, матки, полученные от чистокровных производителей VSH, устойчивы к клещам.

[Сергей.]

Подавление размножения клещей SMR (теперь переименовано в VSH, гигиена, чувствительная к варроа) - это черта, с которой мы тоже должны работать. Это многообещающе решения проблемы варроа. Мы не знаем, сколько генов задействовано в передаче признака SMR / VSH

Доктор Харбо и доктор Харрис селекционировали пчел по одному этому признаку в имбридной популяции, до состояния пока подавляющее большенство клещей не потеряла способность размножатся нормально. Скрещивая этих инбредных пчел с пчелами без SMR / VSH, они обнаружили, что эффекты были промежуточными между двумя типами.
Со временем, по мере того как все больше трутней начинают нести эту черту на пасиках тем выше уровень
сопротивляемости мы получим. Последние исследования направлены на выявление количества генов необходимых для выживания семей без обработок

[Сергей.]

«Инструменты Omics помогли идентифицировать молекулярные маркеры для поддержки селекции и понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе устойчивости, толерантности и выживания при варроатозе. Геномика используется для идентификации фрагментов ДНК (однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) или локусов количественных признаков (QTL)), транскриптомика количественно определяет экспрессию РНК потенциальных причинных генов, а протеомика количественно определяет содержание белка. Теоретически любой из этих трех типов молекулярных маркеров можно использовать для отбора и улучшения характеристик пчелосемей, а омические дисциплины в значительной степени способствовали нашему пониманию факторов, влияющих на здоровье медоносных пчел. В настоящее время проведено множество исследований по изучению подобных признаков на популяциях медоносных пчел, переживших заражение варроатозом, что дает возможность по-новому взглянуть на конкретные молекулярные механизмы и селекцию с помощью маркеров (MAS).

Выявление генетики социального иммунитета.Чтобы понять, имеют ли признаки устойчивости, выявленные в популяциях A. mellifera, одну и ту же генетическую основу, мы сравнили все соответствующие исследования омики, доступные по этой теме. Всего в анализ было включено 27 исследований. Мы также включили анализ HYG, который не является специфичным для варроа, чтобы проверить, коррелирует ли генетическая основа этого признака и других признаков устойчивости к варроату. Сначала мы нарисовали карту 16 хромосом A. mellifera на основе размера в миллионах пар оснований из сборки Amel 4.5 ( Weinstock et al., 2006)), что позволило нам включить более ранние исследования. Затем мы извлекли информацию о локусах предполагаемых QTL или SNP, участвующих в признаках устойчивости. Всякий раз, когда местоположения были указаны в сМ, они были преобразованы в bp. на основе частот рекомбинации, о которых сообщалось в Beye et al. (2006) (19 сМ/Мb).Учитывая низкую полногеномную вариацию скорости рекомбинации, это соотношение поддерживалось постоянным для всех хромосом. В схему добавлялась информация из транскриптомных исследований, если она была доступна и ее можно было извлечь, за исключением исследований, оценивающих менее 25 генов. Мы преобразовали дифференциально экспрессированные гены (DEG), о которых сообщалось в этих исследованиях, в старые и новые идентификаторы Beebase (hymenopteragenome.org, metazoan.ensembl.org), когда это было возможно, и получили их местоположение в геноме медоносной пчелы из базы данных Ensembl Genome ( Kersey et al. , 2018 ) и базы данных генома перепончатокрылых ( Elsik et al., 2018 ). В результате этого анализа было обнаружено 159 DEG, по крайней мере, в двух из восьми исследований, из которых мы смогли получить информацию о расположении в геноме 118 DEG.

Наиболее поразительным результатом этого литературного обзора является отсутствие дублирования результатов исследований ( ). Этому есть несколько возможных объяснений:
1)разные признаки не связаны с одними и теми же генетическими путями,
2) подвиды или популяции A. mellifera различаются в разных исследованиях и проявляют один и тот же признак через разные молекулярные пути,
3) протоколы используемые для фенотипирования пчел различны, и
4) используемые технологии различны.
Ложноположительные результаты (от 1% до 10% в зависимости от исследования) могут объяснить некоторые из этих различий, но не в той степени, в которой мы наблюдаем здесь.

[Сергей.]

Рис. 5

1-s2.0-S002075192030093X-gr5.jpg (52.37 КБ) 1798 просмотров

Рис. 5 . Сравнение геномных областей медоносных пчел, выявленных в ходе различных исследований omics. Схематическое изображение генома Apis mellifera, показывающее приблизительное расположение маркеров, идентифицированных в ходе геномных исследований, и дифференциально экспрессируемых генов из транскриптомных исследований. Показаны только гены, которые по-разному экспрессировались в двух или более исследованиях, причем каждая полоса представляет одно исследование. Более широкие полосы локусов количественных признаков указывают на то, что локусы количественных признаков были идентифицированы более чем в одном исследовании. Геномные исследования включали Arechavaleta-Velasco et al., 2012 , Bourgeois et al., 2015 , Behrens et al., 2011 , Lattorff et al., 2015 , Conlon et al., 2018., Conlon et al., 2019 , Tsuruda et al., 2012 , Spötter et al., 2012 , Spötter et al., 2016 , Harpur et al., 2019 , Oxley et al., 2010 .

[Сергей.]

Мы ожидали, что различные признаки устойчивости к варроатозу могут частично зависеть от одних и тех же сенсорных путей (например, обоняние, вероятно, участвует как в VSH, так и в HYG, а экспрессия связывающего запах белка 3 связана с уходом за телом. Действительно, некоторые локусы, по-видимому, связаны более чем с одним признаком социального иммунитета ( рис. 5 ). Например, некоторые SNP из исследований попадают в локус, обнаруженный при исследовании vsh. Однако чаще исследования не сообщали об вовлечении одних и тех же регионов, независимо от того, изучали ли они один и тот же признак или нет.

Разнообразие популяций A. mellifera с устойчивостью или толерантностью к V. destructor и тот факт, что эти популяции расположены в очень разных географических регионах, позволяют предположить, что механизмы могли развиваться независимо в отдельных популяциях. Действительно, сообщения о конвергентной эволюции устойчивости к болезням в природе очень редки. Более того, дублированные гены, участвующие в одном и том же физиологическом процессе, или разные гены, которые приводят к одному и тому же фенотипическому результату, могут размывать картину. Несмотря на это потенциальное препятствие, исследования одного и того же признака (напремер груменга) в разных популяциях A. mellifera иногда давали сопоставимые результаты.

Несмотря на огромные усилия по гомогенизации протоколов для изучения того или иного признака медоносной пчелы по-прежнему используются различные методы и протоколы фенотипирования. Более того, результаты транскриптомных исследований варьируются в зависимости от выбора используемых образцов, включая количество особей, касту, возраст и органы или ткани пчел. В целом, учитывая эти технические различия, возможно, неудивительно, что между исследованиями наблюдается так мало совпадений.

В идеале высокопроизводительные анализы, выполняемые на одной и той же биологической системе, должны давать аналогичные результаты. Однако рис. 5 ясно показывает, что это не так. Другие отчеты также подтверждают, что в разных областях omics результаты значительно различаются, а содержание транскриптов и белков часто не коррелируется. Например, исследования одного и того же признака, популяции и с использованием одних и тех же протоколов выборки дали очень разные результаты, возможно, из-за различий в технологиях генотипирования, от картирования QTL с использованием сотен микросателлитов до высокопроизводительного секвенирования с использованием тысяч SNP. В целом это иллюстрирует явную необходимость гомогенизации и репликации для решения биологических вопросов способами, которые менее зависят от условий.

[Сергей.]

Хотя между исследованиями существует плохое перекрытие специфических молекулярных маркеров, функции, связанные с такими генетическими маркерами и обогащенные в разных исследованиях, демонстрируют некоторую согласованность между различными фенотипированными популяциями. Примечательно, что в нескольких исследованиях было обнаружено, что функции, связанные с нервной чувствительностью, передачей сигналов, сенсорным восприятием, обонянием, транспортной активностью, метаболическим процессом и окислительным фосфорилированием, связаны с VSH и HYG. Это говорит о том, что функции нейронов и обонятельные пути играют ключевую роль в формировании поведенческой устойчивости к варроатозу, благодаря усиленным способностям обнаруживать зараженный расплод. Эта согласованность, несмотря на сильные различия в методологиях (молекулярные методы, целевые ткани, популяции пчел и т. д.), весьма примечательна и демонстрирует тесную связь между этими биологическими функциями и устойчивостью к варроазу, связанной с VSH и HYG.

Мы провели анализ обогащения 159 DEG, идентифицированных как минимум в двух различных транскриптомных исследованиях устойчивости к варроазу (с использованием DAVID, но не было обнаружено значительного обогащения молекулярной функции и биологического процесса, отчасти из-за относительно небольшого количества DEG (118 аннотированных), а также из-за различных тканей, которые были проанализированы. Тем не менее, исследуя эти 159 DEG, пять кодируют белки ионных каналов (GB49268 - ионотропный каинат 2 глутаматного рецептора, GB50159 - нейрональную субъединицу ацетилхолинового рецептора альфа-10, GB42728 - паралитический белок натриевого канала, GB51897 - какофонию, GB50377 - двухпоровый белок калиевого канала sup). -9) и шесть функционируют как оксидоредуктазы (GB49380 - жирная ацил-КоА-редуктаза 1, GB53651 - синтаза оксида азота, GB49878 - вероятный цитохром P450 6a14, GB51356 - цитохром P450 4G11, GB41212 - лакказа-5, GB50627 - предполагаемый жирный ацил-КоА редуктазы). Белки ионных каналов интересны тем, что расположены на мембране возбудимых клеток (нейронов и мышц) следовательно, участвуют в поведенческой модуляции. Преобладание оксидоредуктаз свидетельствует о различной энергетической регуляции в анализируемых тканях (включая нейроны и мышцы). Роль метаболических процессов и окислительного фосфорилирования в регуляции HYG неизвестна, но, возможно, связана с дифференциальной модуляцией нейронной и мышечной активности.

[Сергей.]

Чрезвычайно высокая скорость генетической рекомбинации у медоносной пчелы является как препятствием, так и преимуществом для идентификации генетических маркеров. Частая рекомбинация означает, что некаузальные SNP быстро отделяются от фенотипа. Но в редких случаях это может привести к отбору альтернативного причинного аллеля. Например, Цуруда и др. использовали сопоставление популяции VSH нерезистентных итальянских пчел, чтобы идентифицировать один основной QTL, который был связан с поведением VSH. Когда активность VSH и причинные аллели в ключевом SNP были исследованы в русской популяции, аллель, которая была связана с высокой активностью VSH в исходной картированной популяции, вместо этого была связана с более низкой активностью в русской популяции. Как указывают авторы, это говорит о том, что после дивергенции двух популяций произошло событие стабильной рекомбинации. Если бы MAS использовался с использованием этого аллеля, VSH теоретически был бы обогащен в одном поголовье и подавлен в другом. Этот пример хорошо иллюстрирует, что крупномасштабные исследования частоты аллелей в сочетании с механистическим подтверждением или валидацией экспериментов по селекционному разведению потребуются для идентификации аллельных маркеров, которые достаточно надежны для использования а MAS у разных популяций. Несмотря на сложность, механистическое подтверждение или продолжительное сохранение здоровья семьи без лечения, при экспериментах по селекционному разведению в различных популяциях будут необходимы идентификации аллельных маркеров, которые достаточно надежны для использования в MAS. Однако возможно, что такого универсального маркера не существует.
Как только выявлены причинные генетические маркеры устойчивости к варроазу, генетическое тестирование имеет то преимущество, что оно недорогое и надежное; следовательно, это идеальный коммерческий диагностический тест. Тем не менее, протеомные и транскриптомные технологии становятся все более надежными и экономически эффективными, при этом не страдая от затухания сигнала на основе рекомбинации с течением времени. Совместная работа канадских исследователей разработала панель биомаркеров из 13 белков (девять связаны с HYG, два с VSH и два с грумингом) продемонстрировала, что использование этих белков для MAS обеспечивает устойчивость к варроатозу, сравнимую с лучшей селекцией по средствам тестирования. Хотя это исследование подтвердило эффективность биомаркеров в независимой популяции A. mellifera, отбор, основанный на экспрессионных маркерах, все еще может быть чувствительным к посторонним переменным среды. Способность к уходу, например, как известно, зависит от температуры, как и лежащие в ее основе транскрипты и белковые маркеры.

[Сергей.]

Механизмы резистентности и толерантности медоносных пчел, которые выживают с варроатозом, независимо от того, приобретены ли они в результате естественного отбора или в результате селекционных усилий, охватывают огромный диапазон поведения медоносных пчел, индивидуального иммунитета, динамики популяции и взаимоотношений с ассоциированными патогенами. Более того, весьма вероятно, что эти механизмы действуют не поодиночке, а могут функционировать в комбинации. Важность конкретных адаптаций может варьироваться в зависимости от окружающей среды. Будущие исследования должны быть направлены на понимание потенциальных связей между признаками и на то, почему в исследованиях, изучающих молекулярные пути, лежащие в основе резистентности и толерантности к варроа, обнаруживается так мало совпадений. Такие усилия также помогут разработать практические инструменты, которые помогут программам селекции повысить резистентность и толерантность к варроазу. либо предлагая молекулярные маркеры, либо находя заменители сложных признаков, которые могут помочь в фенотипировании колоний в полевых условиях. Усилия по фенотипированию и разработка молекулярных производителей являются взаимодополняющими подходами, и эффективная разработка MAS зависит от разработки эффективных и надежных инструментов фенотипирования.

Результаты этих анализов подчеркивают необходимость объединения усилий в исследовательском сообществе, представляя при этом наиболее многообещающие черты для будущих усилий по селекции пчел, выживших после варроа.