Диетичното количество влияе върху определянето на каста при медоносните пчели (Apis mellifera)

дреадата

Цитат

Боушър, Джулия; Слейтър, Гарет; Yocum, George (2020), Диетичното количество влияе върху определянето на каста при медоносните пчели (Apis mellifera), Dryad, Dataset, https://doi.org/10.5061/dryad.h44j0zpgc

Резюме

Методи

Изкуствено отглеждане

Apis mellifera ларви бяха събрани от девет кошера близо до Фарго, окръг Кас, Северна Дакота през триседмичен период през лятото на 2015 г. Кошерите бяха допълнени с полени от пален (Mann Lake, MN, USA) и разтвор на захароза-вода 1: 1 ( Пчелна ферма Brushy Mountain, NC, САЩ) по време на лоши условия за фураж. Ларвите за първи етап (на възраст 0-21 часа) бяха прехвърлени в 24-ямкови плаки с клетъчни култури (Falcon, Corning, Durham, NC) и поставени върху 10 µl диета. 24-ямковите плаки се съхраняват в модулаторна инкубаторна камера (Billups-Rothenberg, del Mar, CA, USA). Ларвите се поддържат при постоянна температура 34 ° C, тъмнина и относителна влажност от 96%, като се използва калиев сулфат (K2SO4) (33). Ларвите са били хранени в съответствие с третиране във факториален дизайн с осем диетични качества и девет количества, както е описано в следващите раздели. На предпупалния етап те бяха преместени в 24-ямкови плаки с клетъчни култури, съдържащи Kimwipes (Kimtech Science, САЩ), стерилизирани в EtOH (34). Какавидите се поддържат при постоянна температура 34 ° C, тъмнина и 75% относителна влажност, използвайки NaCl до еклозия при възрастни. Възрастните се съхраняват при -20 ° C.

Диетични лечения

Проучването се състои от 72 лечебни групи: девет диетични качества (Таблица 1), комбинирани с осем диетични количества във факториален дизайн. Освен това, ad libitum количествено третиране е добавено, като се използва средно протеинова средно-въглехидратна диета (Таблица 1). Всяка 24-ямкова плочка с култура е разпределена на случаен принцип за диетично количество. В рамките на плочите на всеки ред беше назначено диетично качествено лечение. Всеки ден се приготвяха свежи диети чрез хомогенизиране на съставките за 10 минути и затопляне във водна баня с температура 34 ° C в продължение на 10 минути преди хранене. Обемът на диетата, произвеждана всеки ден, зависи от броя на ларвите в проучването, които все още са били в етап на хранене. За всички лечения ларвите са били хранени с едно и също количество до 6-ия ден от развитието, докато качеството на диетите е останало същото през цялото развитие.

Референтната диета (средно-протеинова средно-въглехидратна диета) се основава на предишно проучване (35), което установява, че диетата предизвиква развитието на възрастни работници. Останалите осем диети са произведени чрез промяна на въглехидратите (глюкоза и фруктоза) и съдържанието на протеини (пчелно млечице: Pure Royal Jelly eBeeHoney.com, Ashland, OH, USA) в пълен факториален дизайн. Глюкозата и фруктозата са били използвани преди това за промяна на съдържанието на въглехидрати в инвитро диети (33, 35). Въпреки това, пчелното млечице е единственият източник на протеин за инвитро диети, тъй като добавянето на протеини, които не са пчелно млечице, като казеин, значително намалява преживяемостта (36). Промяната на количествата пчелно млечице за манипулиране на съдържанието на протеини също променя съдържанието на въглехидрати, тъй като търговското пчелно млечице съдържа протеини в допълнение към протеините. Следователно, белтъчното, въглехидратното и водното съдържание на пчелното млечице е определено количествено, като се използва тест на Брадфорд и диференциална сканираща калориметрия (вж. Допълнителни методи). Пчелното млечице съдържаше 12,35% протеини, 27% въглехидрати и 56% вода. Тези стойности бяха използвани за изчисляване на процента на макронутриенти във всяка диета.

Диетични количества

Най-ниското количество диета (160 l) е прието от предишното инвитро методи, тъй като това количество произвежда работници (35). Количеството се увеличава с 30 increl стъпки от 160 l на 370 l, за да се получат останалите обработки. Имаше и допълнителна ad libitum лечение, при което ларвите се хранят с излишък от това, което могат да консумират. Всички ларви бяха хранени с еднакво количество през първите пет дни от развитието: ден 1: 10 l, ден 2: 10 l, ден 3: 20 l, ден 4: 30 l и ден 5: 40 l, общо 110 ul диета през петте дни. По време на 6-ия ден от развитието, ларвите се хранят в различни количества в зависимост от диетата, така че общото количество на диетата варира от 160 l до 370 l. В ad libitum лечение, ларвите се хранят с 200 l на ден до прочистване на червата. След прочистването на червата индивидите бяха преместени в плочи за какавидация.

Морфометрия

Възрастните морфометрични данни могат да разделят и класифицират кастите, дори когато броят на овариолите и големината на сперматека са изключени (37). Мандибулите, базитарусът и главата бяха разрязани от възрастни (вж. Таблица S1 за размерите на пробите чрез третиране) и снимани. Морфометричните измервания включват общо тегло на мокрото тяло, ширина и дължина на базитарса, ширина и дължина на долната челюст и ширина и дължина на главата (фиг. 1). За измервания е използван софтуер Image J. Инвитро отглежданите възрастни са сравнени с две референтни популации: отглеждани в търговската мрежа кралици (Wildflower Meadows, Южна Калифорния, САЩ) и отглеждани от кошерите работници, събрани от изследователските кошери в началото на пролетта.

Анализ на данни и представяне на данни

Статистическите анализи бяха извършени с помощта на R версия 3.1.3 (R Core Team) (38). Използването на допълнителни R пакети се отчита по-долу, където е подходящо.

Анализ на главния компонент

Анализ на главен компонент (PCA) беше използван за категоризиране на индивида като дама, работник или интеркасти чрез сравняване на морфометрични измервания между инвитро отгледани лица и референтни работници и кралици. Основните компоненти са изчислени от работници, отглеждани в кошери и отглеждани в търговската мрежа кралици, използващи prcomp функция в статистика пакет и предсказвам функцията беше използвана за създаване на основни компоненти за инвитро отгледани лица. Предположенията за сферичност, адекватност на пробата и детерминанта на матрицата бяха тествани и изпълнени. Принципният компонент 1 (PC1) е използван за анализ надолу по веригата.

Анализ на клъстери

Клъстерирането е статистически анализ за групова класификация и се използва за определяне дали инвитро отглежданите лица са групирани с референтни дами или работници. Разстоянията на свързване бяха изчислени с помощта на пълния метод за йерархично групиране (39). Клъстерният анализ беше извършен с помощта на hclust функция в статистика пакет. Резултатите бяха представени с помощта на ColorDendrogram функция в рамките на sparcl пакет (40). Оптималният брой клъстери беше изчислен с помощта на метода на клъстериране K-средата.

Мярка за приноса на количеството и качеството на диетата към основния компонент 1

Влиянието на качеството и количеството на диетата върху PC1 беше сравнено за 72 лечения, с изключение на единичното ad libitum лечение. Обобщен линеен смесен модел (GLMM) беше извършен с помощта на lme4 функция (41). PC1 е зависимата променлива, а количеството на диетата и качеството на диетата (протеин, въглехидрати и вода) са независимите променливи (Таблица 1). Кошерът беше третиран като случаен ефект, тъй като се очаква пчелите от различни кошери да се различават по размер и форма поради родителската генетика. За модела бяха изчислени и изпълнени предположенията за колинеарност, независимост на данните и нормалност.

Бележки за употреба

Файлът на Word „MainDataset_ColumnDescription“ съдържа информация за всяка колона в csv файла, наречена „QuantityVQuality_MainDataset.cvs“. R файловете "MainAnalysis" и "Fig2_Graphs" съдържат кода, използван за анализ на данните. Кодът е анотиран, за да идентифицира кои команди отиват при всеки анализ.

Финансиране

Национална научна фондация, награда: NSF IOS-155794

Национална научна фондация, награда: NSF-RII-1826834

Служба за земеделски изследвания, награда: 3060-21000-041-00D