Главно меню за навигация

  • У дома
  • Теми
  • Намери пчели
  • Изпращане на засичане
  • относно
  • Влезте/Създайте акаунт


В тази епоха на технологичния напредък в биологията има какво да научим от това, което генетичният код може да ни каже. По новините чуваме за изследвания на гени, свързани с рака, затлъстяването и други теми, свързани със здравето. Същите тези техники могат да се използват и за изучаване на насекоми и други организми. Терминологията обаче понякога може да бъде поразителна. Нека се разходим през основните фактори, влияещи върху генетиката на медоносните пчели, а след това ще обсъдим някои прозрения, получени от генома на медоносните пчели.

пчелна


Генетика на медоносните пчели

Генетиката е изследване на променливите признаци на организмите и как те се предават от едно поколение на друго. Гените са единици на ДНК, които действат като план за тези черти.

Въпреки че хората за пръв път започнаха да отглеждат медоносни пчели преди най-малко 7000 години, едва в средата на 50-те години хората започнаха да разбират размножаването и генетиката на медоносните пчели, за да могат да се размножават за желани черти. Повечето пчели в кошера са женски, а царицата е отговорна за цялото размножаване. Нека да разгледаме някои от уникалните аспекти на генетиката на медоносните пчели и да видим какво може да ни каже наскоро секвенираният геном за социалността и биологията на пчелите.

В семейството на пчелни пчели майката е отговорна за цялото размножаване и извършва цялото снасяне на яйца в кошера. Работничките вършат цялата работа в кошера и събират храна извън кошера. Мъжките търтеи са по-малко на брой и те допринасят малко за функцията на кошера.

Медоносните пчели (и останалата част от Hymenoptera: пчели, мравки и оси) имат генетична система, която е различна от нашата и повечето други насекоми. Хаплодиплоидията е система, при която женските имат по две копия от всяка хромозома, но мъжете имат само по едно копие. Хаплодиплоидията увеличава връзката между братя и сестри и е свързана със социалното разделение на труда. Женските медоносни пчели имат пълен набор от хромозоми (по един комплект от всеки родител) и са диплоидни. Мъжките обаче се образуват от неоплодени яйца и са хаплоидни; те съдържат само по едно копие от всяка хромозома. Кралиците контролират дали дават оплодено яйце или не, защото са в състояние да съхраняват сперматозоиди от предишни съчетания. По този начин кралиците управляват съотношението на половете в кошера.


Тази фигура показва само два хромозомни комплекта за по-голяма яснота. Диплоидните жени имат 16 двойки или 32 хромозоми, а хаплоидните мъже имат само 16 единични хромозоми.

Геном на медоносна пчела

Геномиката е изследване на ДНК на ниво цели хромозоми, големи клъстери гени или целия геном наведнъж. Геномът е целият набор от генетичен материал за отделен организъм.

Да имаме пълна геномна последователност означава, че сме секвенирали целия генетичен код за този конкретен организъм. Хромозомите са много дълги нишки на ДНК, които последователно кодират голям брой гени. „Азбуката“ за кода съдържа само четири букви: A, T, C и G. Когато казваме, че „подреждаме“ геном, това означава, че определяме целия ДНК код за всички хромозоми.

Как се прави: След като ДНК се извлече, тя се разбива на малки парчета и тези малки парчета се секвенират. След това с помощта на изчислителен процес малките парчета от последователност се връщат обратно, като се съвпадат припокриващите се секции.



Защо медоносната пчела е избрана, за да бъде геномът й секвениран? Основният мотив беше да се разберат механизмите, залегнали в основата на социалното поведение, сред другите аспекти на биологията на пчелите. Няма специален ген, който контролира дали пчелата израства като матка или работник; работата им в кошера не се определя от генетичния състав. Например пчелните майки са резултат от ларви, които се хранят с големи количества вещество, наречено пчелно млечице, което води до развитие, водещо до царица. Маточниците са по-големи от работниците и са отговорни за цялото размножаване в кошера.

Освен това няма конкретни гени, предразполагащи работниците към различните задачи, които те правят. Младите възрастни пчели изпълняват задължения за кърмене (хранене на ларви, например) в кошера за около седмица, след което има преход в поведението към извършване на задължения за търсене (събиране на храна) извън кошера. Други задачи, които могат да бъдат изпълнени за колонията, включват охрана на кошера и отстраняване на мъртви пчели от кошера.

В генома на медоносните пчели има малко над 10 000 гена, но това вероятно е леко подценяване на реалния общ брой. От общо предсказаните гени, 1052 от тях са специфични за медоносната пчела и другите насекоми, чиито геноми са секвенирани по това време: плодовата муха Drosophila melanogaster и маларийният комар Anopheles gambiae .

Други насекоми, чиито геноми вече са секвенирани, включват Aedes aegypti, комара с жълта треска и Bombyx mori, копринения молец. Други в процес са червеният бръмбар, въшката на човешкото тяло и листната въшка. Броят на проектите за геномно секвениране значително се увеличава, тъй като технологията става все по-бърза и по-евтина. Сравнителната геномика е нововъзникваща област, която се стреми да отговори на много въпроси за еволюцията.


Вляво: Aedes aegypti комар (снимка от USDA)
Вдясно: Bombyx mori moth (снимка: Kevin Wanner)

Много „семейства“ гени бяха изследвани в медоносната пчела и много от тях бяха сравнени с роднини в плодовата муха и комарите. Ето някои акценти на наученото от генома на медоносните пчели, но със сигурност не е изчерпателен списък.

Мирис и вкус

Мирис

Вярвате или не, насекомите „миришат” с антените си. Специалните протеини в антените, наречени одорантни рецептори, позволяват на насекомото да разпознава химикалите в околната среда. Способността да възприемат миризми е много важна при насекомите; те трябва да могат да помиришат възможни източници на храна, да намерят партньор и да избягват враговете си.


Насекомите използват антени за мирис.
Снимки от Захари Хуанг

В сравнение с плодовата муха и комарите, медоносните пчели имат над два пъти повече гени, кодиращи тези протеини, усещащи одоранта. В действителност, медоносните пчели са способни да възприемат няколко феромона и разнообразни цветни миризми. Те дори могат да разпознаят своите близки и кралицата по миризма.

Вкус

Вкусът е друг метод за възприемане на химикалите в околната среда. Медоносните пчели имат само около 15% от броя на вкусовите рецептори в сравнение с плодовите мухи и маларийните комари. Възможните обяснения за ограничения брой вкусови рецептори включват факта, че личинките се хранят от възрастни работници и може да не се наложи да разчитат на вкусови сигнали, за да избегнат токсичните химикали. Освен това пчелите се хранят с цветен прашец и нектар, които се произвеждат от растенията като храна за опрашители и по този начин рядко съдържат токсични химикали.

Пчела, дегустираща захарна вода
Снимка от Захари Хуанг

Детоксикация

Насекомите редовно развиват устойчивост на химикали за растителна защита и дори инсектициди. Всъщност някои гени, отговорни за детоксикацията на химикалите за растителна защита, участват в устойчивостта на инсектициди. Медоносните пчели имат по-малко гени, свързани с детоксикацията, отколкото плодовата муха или маларийния комар, което вероятно ги прави по-чувствителни към инсектицидите в околната среда. Ограничаването на използването на инсектициди във вашата градина ще помогне за защитата на пчелите.

Имунитет

Медоносните пчели имат по-малко гени, свързани с имунитета, отколкото другите насекоми. Това е интересно предвид факта, че медоносните пчели са изложени на патогени, живеещи в претъпкана среда. Предполага се, че може би медоносните пчели предотвратяват инфекцията чрез поддържане и други социални поведения.

Популационна генетика

Едно използване на геном е да се направи извод за историята на вида. Геномът на медоносната пчела е сканиран за единични нуклеотидни полиморфизми (SNP): мутации, които променят една буква от ДНК последователността наведнъж. Местоположенията, където се срещат SNP, могат да бъдат картографирани върху хромозомите и използвани за много цели. Например, анализ на тези SNPs показа, че медоносните пчели са имали поне две древни миграции от Африка и в Европа. Друго използване на тези SNPs е изследването на африкански пчели-убийци, които са въведени в Южна Америка през 1954 г. Тези пчели вече хибридизират с пчели в Централна и Южна Америка.

Накрая, само защото имаме цялата последователност за даден организъм, не означава, че все още сме намерили цялата информация, която той може да предложи. Има много гени с неизвестни функции, а някои гени може дори още да не са намерени. Има още много въпроси, на които трябва да се отговори!