1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Серия биологическая
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Серия биологическая, 2023, № 4, стр. 356-365

Внутрипородное разнообразие и взаимоотношения между карпатской (Apis mellifera carpathica) и кавказской (Apis mellifera caucasica) расами медоносной пчелы

Т. А. Триселева 1, *, А. Ф. Сафонкин 1, Т. О. Быкова 2, М. Я. Рухкян 3

1 Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
117071 Москва, Ленинский просп., 33, Россия

2 Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского
295007 Симферополь, просп. Академика Вернадского, 4, Россия

3 Центр зоологии и гидроэкологии АН
0014 Ереван, ул. П. Севака, 7, Армения

* E-mail: triselyova@yandex.ru

Поступила в редакцию 07.02.2023
После доработки 08.02.2023
Принята к публикации 08.02.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

По анализу 94 сиквенсов гена СО1 мтДНК изучено внутрипородное разнообразие и эволюционные взаимоотношения пчел из России, Украины, Армении, Киргизии, Таджикистана, Польши. Выявлено два основных гаплотипа, соответствующие расам A. m. carpathica и A. m. caucasica, распространенных в исследуемых регионах. Однако в Армении преобладают пчелы кавказской расы, а в Польше – карпатской. Большим гаплотипическим разнообразием обладает A. m. caucasica, один из ее гаплотипов образован образцами пчел крымской горной породы, возможно самостоятельной расы A. m. taurica. На филогенетическом дереве выделяются 2 кластера: один включает A. m. mellifera и A. m. iberica (эволюционная линия М), другой (линия С) ‒ A. m. ligustica, A. m.carpathica, A. m. caucasica. Гаплотипы A. m. caucasica имеют большее количество замен на сайт, что указывает на их более раннее происхождение по сравнению с A. m. ligustica и A. m.carpathica. По времени расхождения A. mellifera и A. cerana в 6 млн лет, отхождение всех рас линии С оценено от 1.3 до 0.6 млн, расы A. m. caucasica 0.35–0.25 млн, A. m.carpathica – 0.2–0.04 млн. При использовании универсальных праймеров с подбором условий амплификации для участка гена СО1 мтДНК выявлен несинонимичный SNP G/A в позиции 4 (680 п.н.) отличающий A. m. carpathica от A. m. ligustica.

Ключевые слова: медоносная пчела, A. m.carpathica, A. m. caucasica, филогения пчел, СО1 мтДНК

Виды медоносных пчел рода Apis: A. florea – малая, A. dorsata – гигантская, A. cerana – восточная, A. mellifera – западная определились как самостоятельные виды уже во время олигоцена. Последний Ледниковый период привел к тому, что пчелы на территории Европы отодвинулись на юг, где в последствие сформировались современные расы медоносной пчелы A. mellifera (Ruttner, 1992). Медоносные пчелы, населяющие Европу в настоящее время – результат их вторичного расселения из южных регионов.

В процессе эволюции и расселения внутри вида Apis mellifera сформировались группы пчел, приуроченные к разным природно-климатическим условиям, различающиеся по комплексу биологических признаков и имеющие определенный ареал. В.В. Алпатов (Алпатов, 1948), разбирая вопросы внутривидовой изменчивости, предложил различать несколько типов подвидов и придерживался мнения, что географические подвиды пчел соответствуют понятию “природных” или “примитивных” пород. Таким образом, группы пчел, различные по комплексу признаков, в отечественной литературе обозначаются как породы. В зарубежной литературе эти группы пчел обозначают термином “раса”, рассматривая их как результат естественного отбора. В научной литературе породы пчел в зоологическом смысле часто рассматриваются как подвиды пчел. В современных условиях разведения пчел зоологический термин “подвид” на наш взгляд может быть отнесен только к аборигенным пчелам определенного региона, что соответствует понятию “раса”. Термин “породность” более близок к группам пчел, искусственно разводимым в питомниках и на пасеках.

Медоносная пчела играет большую роль в формировании структуры растительных биоценозов посредством опыления. Для каждого биоценоза имеет значение таксономическая принадлежность пчел и поддержание чистопородности генофонда, поскольку разные расы медоносной пчелы предпочитают определенные виды опыляемых растений (Ильясов и др., 2017б).

Таксономия медоносной пчелы содержит множество вопросов, связанных со спецификой популяционной структуры, особенностями биологии и решениями методов распознавания подвидов медоносных пчел. Существование переходных зон между ареалами подвидов привело к обмену генетическим материалом и, как следствие, к постепенному изменению характеристик соседних подвидов. Большую роль в этом процессе играет также искусственная гибридизация в результате вмешательства человека (Ильясов и др., 2017а, 2017в; Ilyasov et al., 2020).

К настоящему времени разработаны десятки методов идентификации таксономической принадлежности семей пчел. Первоначально во всем мире использовали только морфометрические методы исследования. Однако морфометрические признаки не всегда информативны, поскольку под воздействием условий среды обитания подвержены изменчивости (Franck et al., 2000). Еще в начале 20 в. А.С. Михайлов (Михайлов, 1927), изучая сезонную изменчивость экстерьерных признаков пчел (длина хоботка, длину и ширину правого переднего крыла, число зацепок на правом заднем крыле, сумму длин 3 и 4 тергитов), установил, что в течение сезона, в той или иной степени, меняются все измеренные показатели.

Методы молекулярной диагностики для идентификации пчел включают анализ вариабельности аллозимных локусов, мтДНК, микросателлитных локусов ядерной ДНК, сайтов однонуклеотидных замен. (Ильясов и др., 2017в). Разработка штрихкодирования ДНК для создания стандартизованного, экономичного и эффективного по времени метода идентификации видов (Bouga et al., 2011), несмотря на некоторые критические замечания (Meyer, Paulay, 2006; Rubinoff et al., 2006), дает свои результаты. Для филогенетических и филогеографических исследований медоносной пчелы успешно используются методы на основе полиморфизма локусов мтДНК (Smith 1991; Ильясов и др., 2006). Учитывая появление новых данных о географическом распределении, генетическом разнообразии и структуре можно ожидать, что штрихкодирование ДНК улучшит исследования молекулярной филогенетики и популяционной генетики (Hajibabaei et al., 2007).

Широко распространенными на территории Европы и интенсивно используемыми пчеловодами являются две близкие расы: кавказская A. m. caucasica и карпатская A. m. carpathica. Эти расы имеют перекрывающиеся места обитания с другими расами, что привело к увеличению степени гибридизации A. m. caucasica и А. m. carpathica не только друг с другом, но и с другими подвидами (Bouga et al., 2011; Pentek–Zakar et al., 2015; Kukrer et al., 2017). Несмотря на широкое использование на пасеках Европы этих рас, таксономическое положение и генетическое родство А. m. caucasica и А. m. carpathica до сих пор остаются спорными.

A. m. carpathica – наименее изученная из всех рас медоносных пчел. Она практически неизвестна для многих исследователей и не всегда упоминается в литературе как самостоятельная раса (Maa, 1953; Ruttner, 1988; Arias, Sheppard, 1996; Franck et al., 2000; Smith, 2002; Kandemir et al., 2011; Ilyasov et al., 2019). Например, A. m. carpathica как самостоятельная раса не была подтверждена также F. Ruttner, который считал ее ответвлением от A. m. carnica в западной части Румынии и от A. m. macedonica на юго-востоке (цитруется по Bouga et al., 2011).

Филогенетический анализ на основе полной мтДНК показал, что A. m. caucasica и A. m. carpathica являются самостоятельными подвидами и представляют эволюционную линию C (Ilyasov et al., 2019), куда кроме них входят следующие расы медоносной пчелы Восточной Европы и Северного Средиземноморья: A. m. carnica, A. m. ligustica, A. m. macedonica, A. m. cecropia, A. m. sicula (Ильясов и др., 2018).

Ранее нами было описано внутрипопуляционное разнообразие A. m. carpathica на основе морфологических и молекулярных данных (Сафонкин и др., 2019). Однако известные данные не позволяют уточнить взаимоотношения между A. m. caucasica и A. m. carpathica.

Цель работы – исследование внутрипородного разнообразия и эволюционных взаимоотношений между A. m. caucasica и A. m. carpathica и выявление критериев определения чистопородности на основе секвенирования участка гена СО1 мтДНК в пробах рабочих пчел.

МАТЕРИАЛЫ МЕТОДЫ

Нами были получены и проанализированы 94 сиквенса (из них 68 новые) от особей рабочих пчел A. mellifera, отловленных с частных пасек на территории Российской Федерации (Москва, Московская, Липецкая области, Крым), Украины, разных регионов Армении, из Киргизии, Таджикистана, а также из пасек разных районов Польши. Только часть образцов из пасек имела обозначенный породный статус. Крым: A. m. carpathica A. m. caucasica; Украина: A. m. carpathica; Польша: A. m. carnica A. m. caucasica, A. m. ligustica (табл. 1).

Таблица 1.

Образцы пород рабочих пчел Apis mellifera

Исходные данные с пасеки Результаты анализа COI мт ДНК
Место сбора Год Кол-во проб/раса Кол-во сиквенсов/раса/ гаплотип
Москва, Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина 2015 3/не указана 1/карпатка/Г2
2/кавказка/Г1
Московская область, г. Гжель 2015 2/не указана 2/ карпатка/Г2
Липецкая область, г. Липецк 2016 2/не указана 1/карпатка/Г2
1/кавказка/Г1
Крым
с. Укромное Симферопольского р-на 6/не указана 6/карпатка/Г2
2/не указана 2/кавказка/Г1
г. Феодосия 4/не указана 4/карпатка/Г2
1/не указана 1/кавказка/Г1
“Красные пещеры” Симферопольского р-на 10/Крымская? 10/Крымская/Г1-4
г. Бахчисарай   3/карпатка 3/кавказка/Г1
3/кавказка 3/кавказка/Г1
6/ не указана 6/карпатка/Г2
Ставропольский край 2017 3/не указана 2/карпатка/Г2
1/кавказка/Г1
Закарпатская обл. Украины 2016 2/карпатка 2/карпатка/Г2
Армения 2017, 2019
Наирийский район 1/не указана 1/кавказка/Г1-2
Ширакский р-н 1/не указана 1/карпатка/Г2
Гегаркуникская обл. 4/не указана 4/кавказка/Г1
Котайкская обл. 7/не указана 7/кавказка/Г1, Г1-3
Сюникская обл. 2/не указана 2/кавказка/Г1
Тавушская обл. 1/не указана 1/кавказка/Г1
Вайоцдзорская обл. 1/не указана 1/кавказка/Г1
Киргизстан, Жалабатская обл. 2017 4/не указана 2/карпатка/Г2
2/кавказка/Г1, Г1-1
Таджикистан 2014, 2016 4/не указана 4/карпатка/Г2-1
с. Хистевараз, Согдийская обл. 4/не указана 4/кавказка/Г1, Г1-1
Польша 2018
Mrozy 4/карника 4/карпатка/Г2, Г2-1
2/карника 1/кавказка/Г1
Ceglow 1/карпатка/Г2
2/итальянка 2/карпатка/Г2
5/кавказка 5/кавказка/Г1
Ladzyn 1/итальянка 1/карпатка/Г2
Minska Mazwieickiego 1/не указана 1/карпатка/Г2
Poreby Nowe 2/не указана 2/ карпатка/Г2-1
Kobylanka 2/не указана 2/карпатка/Г2

Общая ДНК была выделена из лапок имаго пчел с использованием реагентов “DiatomTM DNA Prep 200” (Изоген, Москва). Амплификацию проводили с использованием набора реактивов для ПЦР 5хMasterMix (Диалат, Москва). Анализируемый фрагмент гена COI мтДНК составлял 680 пар нуклеотидов. Для амплификации данного участка были использованы пары праймеров для начального участка гена COI LCO1490 и HCO2198 (Folmer et al., 1994). Реакцию проводили при следующих условиях: 94° – 3 мин (1 цикл); 94° – 1 мин, 45° – 1 мин, 72° – 1 мин (6 циклов); 94° – 1 мин, 55° – 1. 5 мин, 72° – 1.5 мин (40 циклов); 72° – 6 мин (1 цикл). Продукт амплификации очищали методом осаждения раствором этилового спирта с добавлением 5 М ацетата натрия. Электрофорез и чтение нуклеотидных последовательностей продукта амплификации выполняли на автоматическом секвенаторе ABI PRISM 3130 (Applied Biosystems, США) с использованием набора реактивов BigDye Terminatot kit 3.1 (Applied Biosystems) в ЦКП “Инструментальные методы в экологии” при ИПЭЭ РАН.

Обработку данных проводили с использованием пакетов программ MEGA 11 (Tamura et al., 2021), Network ver. 4.6.1.1 (Bandelt et al., 1999, ARLEQUIN ver. 3.5 (Excoffier, Lischer, 2011), BEAST ver. 2.4 (Bouckaert et al., 2014) с использованием Строгих часов и модели видообразования (Yule, 1925)

Вновь полученные последовательности гена COI мтДНК образцов медоносной пчелы A. m. carpathica и A. m. caucasica, представленные отдельными гаплотипами, или образцы одних и тех же гаплотипов, но из разных мест сбора, депонированы в GenBank (htpp://www.ncbi.nlm.nih.gov/) под номерами OP890235-OP890259, а полученные нами ранее и используемые в данной работе под номерами MF100910-MF100926.

Для сравнительного анализа дополнительно из GenBank были взяты последовательности гомологичного участка мтДНК медоносной пчелы: A. m. carpathica (AP018403), A. m. caucasica (AP018404, KX819203, MN7141), A. m. ligustica (L06178, KX908209, M23409), а также рас A. m. mellifera (KY9268), A. m. iberica (MN5851) и трех видов рода Apis: A. cerana (GQ162109), A. dorsata (NC_037709), A. florea (NC_021401). Филогенетические деревья включают только отдельные гаплотипы, полученные нами для настоящего исследования и гаплотипы, взятые из ГенБанка для сравнения. Кроме того, из GenBank были взяты и проанализированы короткие последовательности, содержащие участок с SNP (Single Nucleotide Polymorphism, однонуклеотидные полиморфизмы (замены)), входящий в анализируемый участок гена COI мтДНК и специфический для A. m. carpathica (KY271917–KY271927) и A. m. caucasica (KY271890–KY271900).

Для построения медианной сети и дендрограмм использовали все полученные нами последовательности участка COI и последовательности гомологичного участка из GenBank.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Из рис. 1 медианной сети видно, что большая часть полученных образцов распределилась между двумя гаплотипами, которые определяются образцами с породным статусом A. m. caucasica (гаплотип 1) и A. m. carpathica (гаплотип 2). Один из трех образцов A. m. caucasica из GenBank (KX819203) также имеет тот же гаплотип, что и полученные нами образцы с породным статусом A. m. caucasica (гаплотип 1). Следует отметить, что практически все образцы из Армении, не имеющие породного статуса, имеют гаплотип A. m. caucasica (гаплотип 1). Исключение составляют образцы из Ширакского района, расположенного на севере Армении, которые имеют гаплотип породного статуса A. m. carpathica (гаплотип 2). Кроме того, от гаплотипа со статусом породы A. m. caucasica (гаплотип 1) отходят 4 отдельных гаплотипа (1-1, 1-2, 1-3, 1-4), в том числе гаплотип (1-4) образцов крымской горной пчелы (Быкова и др, 2016, Сафонкин и др, 2019), остальные три гаплотипа представлены единичными образцами пчел с пасек Армении, Таджикистана и Киргизии. Гаплотип с породным статусом A. m. carpathica (гаплотип 2) включает также образцы из Польши, обозначенные в сборах как A. m. carnica и A. m. ligustica, и собранные в г. Цеглув (Ceglow), Ладзын (Ladzyn), Мрозы (Mrozy), и образцы неизвестной породы из г. Миньск-Мозовецки (Minska Mazwieickiego), Мазовецкого воеводства, с. Кобылянка (Kobylanka) Малопольского воеводства. От этого же гаплотипа отходит гаплотип (Г2-1) образцов из Польши A. m. carnica из Мрозы и неизвестной породы из с. Poreby Nowe Мазовецкого воеводства, а также из выборки с одной из пасек Таджикистана. Как видно на медианной сети, образцы из Таджикистана неизвестной породы распределились между гаплотипами с разным породным статусом. Образцы A. m. carpathica, A. m. caucasica, A. m. ligustica из GenBank также образуют на медианной сети отдельные гаплотипы. Причем, гаплотип A. m. caucasica из GenBank (AP018404, MN7141) дает начало гаплотипу 1 (с породным статусом A. m. caucasica), а также гаплотипу, представленному образцами из GenBank A. m. carpathica (AP018403) и A. m. ligustica (L06178, KX908209, M23409). A. m. mellifera (KY9268), A. m. iberica (MN5851) и три вида рода Apis: A. cerana, A. florea, A. dorsata образуют соответственно отдельные гаплотипы. Группа рас A. mellifera связана между собой двумя гипотетическими гаплотипами (медианными векторами), один из которых является общим для A. m. mellifera и A. m. iberica, другой дает начало A. m. caucasica, A. m. carpathica, A. m. ligustica (рис. 1).

Рис. 1.

Медианная сеть 3-х видов рода Apis и 6-ти рас Apis mellifera, построенная на основе нуклеотидных последовательностей участка COI мтДНК. Кружки – отдельные гаплотипы. Г1, Г1-1 – Г1-4 – гаплотипы A. m. caucasica, Г2, Г2-1 – гаплотипы A. m. carpathica, Г3 – гаплотип A. m. caucasica (Генбанк MN714160, AP018404), Г4 – гаплотип A. m. ligustica (Генбанк L06178, KX908209, M23409), A. m. carpathica (Генбанк AP018403).

Дендрограммы, построенные методами ближайшего связывания (Neighbor-Joining), максимального правдоподобия (Maximim Likelihood), максимальной экономии (Maximim Parsimony) по нуклеотидным последовательностям гаплотипов COI мтДНК, совпадают в ключевых узлах. Группа рас A. mellifera объединена в общий кластер. При этом A. m. mellifera и A. m. iberica стоят отдельно от группы рас A. m. ligustica, A. m. carpathica, A. m. caucasica. Такое распределение рас соответствует двум эволюционным линиям С и М соответственно. Гаплотип A. m. caucasica, представленный двумя образцами из GenBank на всех деревьях является объединяющим для остальных гаплотипов, включая A. m. ligustica, A. m. carpathica, A. m. caucasica (рис. 2).

Рис. 2.

Дендрограмма отношений 3-х видов рода Apis и 6-ти рас Apis mellifera, построенная на основе нуклеотидных последовательностей участка COI мтДНК методом максимального правдоподобия (ML). Г1, Г1-1 – Г1-4 – гаплотипы A. m. caucasica, Г2, Г2-1 – гаплотипы A. m. carpathica, Г3 – гаплотип A. m. caucasica (Генбанк MN714160, AP018404), Г4 – гаплотип A. m. ligustica (Генбанк L06178, KX908209, M23409) и A. m. carpathica (Генбанк AP018403).

Большее гаплотипическое разнообразие (H) у A. m. caucasica (0.551 ± 0.071) по сравнению с A. m. carpathica (0.371 ± 0.079) при низком нуклеотидном разнообразии ($\pi $) у обеих рас (0.001 ± 0.0008, 0.0005 ± 0.0006 соответственно) обычно является результатом мутаций в течение достаточно длительного времени. Это приводит к увеличению гаплотипической изменчивости, однако недостаточного для накопления значительных различий между нуклеотидными последовательностями (Avise, 1994). Низкое и гаплотипическое, и нуклеотидное разнообразие характерно для исторически более молодых популяций (Avise, 1994).

Для уточнения времени появления и распространения рас A. m. caucasica и A. m. carpathica была построена дендрограмма на основе нуклеотидных последовательностей участка гена СО1 в программе BEAST (рис 3).

Рис. 3.

Шкала времени дивергенции представителей рода Apis, построенная на основе фрагмента гена COI мтДНК в программе BEAST v. 2.4. Г4* – гаплотип A. m. ligustica (Генбанк L06178, KX908209, M23409), Г4** – A. m. carpathica (Генбанк AP018403).

Исходя из времени дивергенции между видами A. mellifera и A. cerana 5.9–6 млн (Garnery et al, 1991; Cornuet, Garnery, 1991), рассчитанного на основе скорости эволюции мтДНК у видов рода Apis, предполагаемое по нашим расчетам время расхождения рас внутри A. mellifera составляет от 1.3 до 0.6 млн лет. При этом гаплотипы, относящиеся к расе A. m. caucasica, датируются более ранним временем происхождения (0.35–0.25 млн лет) по сравнению с A. m. carpathica (0.2–0.04 млн лет).

Согласно последним данным (Tihelka et al., 2020) местом происхождение Apis mellifera скорее всего являлась Северная Африка и, возможно, регион Ближнего Востока. Один из предполагаемых путей проникновения в Европу пчел эволюционной линии С шел через Кавказ.

В ранневалдайское время произошло позднеплейстоценовое похолодание и оледенение, которое затронуло Кавказ и Карпаты. Это было последнее оледенение на Кавказе, которое датируется примерно 50–тыс. лет. Последнее четвертичное оледенение (поздневалдайское), датируемое 24–тыс. лет, охватило северо-западную часть Европы, включая современную территорию Польши, далее до стран Балтии, через Валдайскую возвышенность, до низовьев Северной Двины и Пинеги (Чочиа, Евдокимов, 1993) и, следовательно, в это время пчелы могли обитать только на юге Европы и на Кавказе.

Вторичное проникновение пчел линии С на остальную территорию Европы после окончания ледникового периода могло происходить из южной Европы. По мнению П.М. Комарова, проникновению пчел на Кавказ из центральных регионов западной Европы мешали степи. Поэтому автор считал аборигенных кавказских пчел древнее других европейских рас (Комаров, 1937). Более раннее время происхождения кавказской расы подтверждается и нашими данными.

По молекулярным данным A. m. carpathica отличается от A. m. caucasica по наличию SNP A/G в позиции 99 начального участка гена COI мтДНК размером 658 п.н. (Folmer et al., 1994). То есть, последовательности CO1 демонстрируют стабильные SNP, типичные для этих рас (Syromyatnikov et al., 2018). В нашем случае при длине сиквенсов 680 п.н. это позиция соответствует 110.

Наличие общего гаплотипа для образцов пчел из Польши A. m. carpathica, A. m. carnica и A. m. ligustica для данного участка CO1 может свидетельствовать о несоответствии образцов породному статусу.

Таким образом, большинство образцов в нашей работе, распределившихся между гаплотипами с соответствующим SNP, относятся к двум расам A. m. carpathica и A. m. caucasica. Наличие отдельных гаплотипов, отходящих от двух основных может, с одной стороны, свидетельствовать о некотором разнообразии внутри рас. С другой стороны, один из гаплотипов, отходящий от основного гаплотипа A. m. caucasica, образован образцами пчел крымской горной породы (Быкова и др., 2016), которую крымские исследователи вслед за В.В. Алпатовым (Алпатов, 1948) по морфологическим признакам и биологии сравнивают с самостоятельной расой – A. m. taurica (Быкова и др., 2016). Стабильные различия в определенных нуклеотидных позициях могут свидетельствовать о начале формирования особых экотипов пчел, адаптированных к определенному региону, особенно в условиях предгорий и горных местностей.

Диапазон генетической дистанции (Jukes–Cantor) по мтДНК между подвидами насекомых в целом составляет 0.005–0.100 (Han et al., 2016; Eimanifar et al., 2017; Ilysov et al., 2019). Однако генетическая дистанция может различаться у разных групп насекомых как по всей мтДНК, так и по отдельным генам. В литературе приводятся различные диапазоны генетической дистанции по гену СО1 мтДНК для разных групп насекомых, в том числе для разных семейств и родов Hymenoptera. Так, например, генетическая дистанция участка гена СО1 внутри видов Vespa orientalis и Polistes bucharensis составляет от 0.0 до 0.002 и от 0.0 до 0.005 соответственно, что по мнению авторов связано с различием в корме и географическими локалитетами (Abd-El-Samie et al., 2018). В другой работе (Eimanifar et al., 2017) было показано, что генетическая дистанция в семействе Apidae между подвидами, относящимся к разным эволюционным линиям, в среднем выше и может составлять 0.0047–0.0132 (A. m. lamarckii и A. m. mellifera), а между A. m. lamarckii и A. m. intermissa, которые находятся внутри одной эволюционной линии А – 0.0117.

Генетическая дистанция между гаплотипами образцов рас медоносной пчелы A. mellifera представлена в табл. 2.

Таблица 2.

Генетическая дистанция (Jukes–Cantor, Kimur 2-parameter) между гаплотипами образцов рас медоносной пчелы A. mellifera

  A. m. caucasica A. m. carpatica A. m. ligustica Крымская пчела A. m. mellifera A. m. iberica A. m. syriaca
A. m. caucasica   0.001–0.003
0.005* 		0.003
0.005* 		0.001 0.031–0.033 0.012–0.018 0.012–0.015*
A. m. carpatica     0.001
0.005* 		0.003 0.031–0.033 0.013–0.017 0.012–0.015*
A. m. ligustica       0.004 0.031–0.033 0.013 0.012–0.015*
Крымская пчела         0.033 0.015 –

Примечание. * Из работы Ильясов и др., 2021.

В работе (Ильясов и др. 2021) генетическая дистанция, определенная авторами как 0.005, имеет отношение только к A. m. caucasia, A. m. carpathica, A. m. ligustica, тогда как генетическая дистанция между этими расами и A. m. syriaca из другой эволюционной линии Z, находится в диапазоне от 0.012 до 0.015. Исходя из выше изложенных данных, диапазон генетической дистанции по СО1 мтДНК в образцах, представленных в нашей работе, между A. m. carpathica, A. m. caucasica, A. m. ligustica в большей мере соответствует внутривидовой изменчивости, что говорит о близости этих рас, относящихся к одной эволюционной линии С. Генетическая дистанция между A. m. carpathica, A. m. caucasica, A. m. ligustica (линия С) и A. m. mellifera, A. m. iberica, которые относятся к другой эволюционной ветви (М), превосходит внутривидовую дистанцию по гену СО1. Анализ генетической дистанции между гаплотипом крымской горной породы и A. m. carpathica, A. m. caucasica и A. m. ligustica (табл. 2) показывает тесную связь гаплотипа крымской горной породы с A. m. caucasica. Это указывает на возможное влияние генотипа аборигенной расы A. m. taurica, выделенной по морфометрическим признакам В.В. Алпатовым (1948), на формирование пчел крымской горной породы.

Вероятно, определение пород/рас, экотипов или подвидов медоносной пчелы может быть связано, в том числе с их эволюционной историей, так как степень дивергенции между подвидами/ расами/ породами внутри одной эволюционной линии и между подвидами из разных линий различна (Arias, Sheppard, 1996). Дивергенция A. mellifera на основные эволюционные линии оценивалась некоторыми авторами от 0.33 до 1.35 млн лет (Cornuet, Garnery, 1991), что подтверждается и нашими данными при оценке времени дивергенции между линией М и С в 0.6 млн лет (рис. 3).

Различия в эволюции линий М и С могут быть связаны и с экологической специализацией предковых форм пчел. Пчелы линии М адаптированы больше к обитанию в лесных массивах равнин. Пчелы линии С – в условиях предгорных и горных лугов, что способствовало их расселению с Кавказа на Крым, а через Турцию на Альпы и Карпаты.

Наличие отличающегося гаплотипа A. m. carpathica (AP018403) и одного из гаплотипов A. m. caucasica (AP018404) из Генбанка от гаплотипов аналогичных рас, представленных в нашей работе связано с нахождением в позиции 1828 полного генома мтДНК аденина А (Ilyasov et al., 2019), тогда как во всех полученными нами образцах (при длине сиквенса 680 п.н. это позиция 4) и в одном сиквенсе (KX819203) из ГенБанка в этой позиции находится гуанин G, что ведет к замене аспарагина на аспарагиновую кислоту.

Следует отметить, что гаплотип A. m. carpathica из GenBank (AP018403) получен от пчел из пасек Майкопского региона Республики Адыгея (Научного отдела ППХ “Майкопское” – филиала ФГБНУ “ФНЦ пчеловодства”), где в последние годы проводятся селекционно-племенные работы по выведению линии карпатских пчел. Гаплотип A. m. caucasica GenBank (AP018404) получен из пасек Сочинского региона Краснодарского края, где занимаются разведением серой горной кавказкой породы.

Наличие G вместо A (в позиции 4 при 680 п.н.) во всех полученных нами образцах может говорить об изменчивости пород относительно генетически “выверенных” линий. Однако, по нашему мнению, отличие наших образцов скорее связано с тем, что мы сиквенировали определенный участок гена СО1 мтДНК c использованием универсальных праймеров (Folmer et al., 1994). Такая же замена присутствует в одном сиквенсе (KX819203) из Генбанка, который представлен тем же начальным участком гена COI. Остальные немногочисленные образцы данных пород из GenBank представлены или полным геномом мтДНК или участком COI-COII мтДНК с возможной ошибкой в определении нуклеотида в данной позиции.

Использование универсальных праймеров и подбор условий амплификации для участка гена СО1 мтДНК образцов медоносной пчелы позволили нам по наличию несинонимичного SNP G/A в позиции 4 (680 п.н.) отличить A. m. carpathica от другой близкой расы, A. m. ligustica, тогда как образцы A. m. carpathica и A. m. ligustica из ГенБанка по данному участку гена СО1 мтДНК объединены в один общий гаплотип (гаплотип 4).

Таким образом, результаты, полученные на основе анализа собственных данных по 94 сиквенсам участка гена СО1 мтДНК проб медоносной пчелы A. mellifera в сравнении с имеющимися данными из GenBank по представленным там расам A. mellifera c использованием универсальных праймеров позволили распределить выборки медоносных пчел из разных регионов между двумя основными гаплотипами, соответствующими двум расам: A. m. carpathica и A. m. caucasica и дифференцировать их от A. m. ligustica. A. m. carpathica и A. m. caucasica практически равномерно распространены на европейской территории России, в бывших республиках СССР Центральной Азии, на Крымском полуострове. В Польше преобладают пчелы A. m.carpathica, в то время как в Армении породное разнообразие пасек определяется пчелами A. m. caucasica.

Эволюция A. mellifera линии С происходила от пчел, близких к породному статусу A. m. caucasica, возможно сохраненному в районе Кавказских гор и обладающих большим гаплотипическим разнообразием. Послеледниковое расселение пчел привело к образованию рас A. m. ligustica и A. m. carpathica, с естественным распространением в условиях горных массивов Альп и Карпат. Близка к A. m. caucasica и выявленная группа пчел Крыма, возможно соответствующая породному статусу A. m. taurica.

Благодарности. Авторы выражают благодарность Kamil Karaban, Institute of Biological Sciences, Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw за предоставление материала из Польши и А.А. Яцук, Институт проблем экологии и эволюции РАН, за сбор материала из Ставропольского края и Наирийского района Армении.

Список литературы

  1. Алпатов В.В. Породы медоносной пчелы и их использование в сельском хозяйстве. М., 1948.

  2. Быкова Т.О., Триселева Т.А., Ивашов А.В., Сафонкин А.Ф. К оценке морфогенетического разнообразия медоносной пчелы Apis mellifera L. из горно-лесной зоны Крыма // Изв. РАН. Сер. биол. 2016. № 6. С. 625–630. https://doi.org/10.7868/S0002332916060059

  3. Ильясов Р.А., Поскряков А.В., Николенко А. Г. Макро- и микроэволюция медоносной пчелы Apis mellifera // Биомика. 2017а. Т. 9. № 2. С. 60–70.

  4. Ильясов Р.А., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Основные методы идентификации подвидов пчел Apis mellifera // Биомика. 2017б. Т. 9. № 2. С. 71–82.

  5. Ильясов Р.А., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Современные методы оценки таксономической принадлежности семей пчел // Экологическая генетика. 2017в. Т. 15. № 4. С. 41–51. https://doi.org/10.17816/ecogen15441-51

  6. Ильясов Р.А., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Три сценария эволюции подвидов пчелы Apis mellifera // Пчеловодство. 2018. № 1. С. 16–18.

  7. Ильясов Р.А., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Митохондриальная ДНК в изучении популяций пчел на Урале // Материалы межрегионального совещания энтомологов Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 2006. С. 72–74.

  8. Ильясов Р.А., Хан Г.Ю., Ли М.Л., Ким К.В., Парк Д.Х., Такахаши Д.И., Квон Х.В., Николенко А.Г. Филогенетические отношения подвидов пчел Apis mellifera caucasia и Apis mellifera carpathica по последовательностям митохондриального генома // Генетика. 2021. Т. 57. № 6. С. 697–710. https://doi.org/10.31857/S0016675821060047

  9. Комаров П.М. Разведение пчел. М.: Сельхозгиз, 1937. 312 с.

  10. Михайлов А.С. К биометрической характеристике кавказской горной серой пчелы // Пчеловодный мир. 1927. № 3. С. 84–86.

  11. Сафонкин А.Ф., Триселева Т.А., Быкова Т.О. Внутрирасовое разнообразие карпатской расы медоносной пчелы Apis mellifera carpatica // Изв. РАН. Сер. биол. 2019. № 5. С. 524–532. https://doi.org/10.1134/S0002332919050096

  12. Чочиа Н.Г., Евдокимов С.П. Палеогеография позднего кайнозоя Восточной Европы и Западной Сибири (ледниковая и ледово-морская концепции) / Под общ. ред. Н.Г. Чочиа. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1993. 248 с.

  13. Abd-El-Samie E.M., Elkafrawy I., Osama M., Ageez A. Molecular phylogeny and identification of the Egyptian wasps (Hymenoptera:Vespidae) based on COI mitochondrialgene sequences // Egypt. J. Biol. Pest Control. 2018. V. 28. P. 36. https://doi.org/10.1186/s41938-018-0038-z

  14. Arias M.C. Sheppard W.S. Molecular phylogenetics of honeybee subspecies (Apis mellifera L.) inferred from mitochondrial DNA sequence // Mol. Phylogenet. Evol. 1996. V. 5. № 3. P. 557–566. https://doi.org/10.1006/mpev.1996.0050

  15. Avise J.C. Molecular markers, natural history and evolution. N.Y.: Chapman and Hall. 1994. 511 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-2381-9

  16. Bandelt H.J., Foster P., Rohl A. Median-joining networks for inferring intraspecific phylogenies // Mol. Biol. Evol. 1999. V. 16. № 1. P. 37–48. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026036

  17. Bouckaert R., Heled J., Kuhnert D., Vaughan T., Wu C.H., Xie D., Suchard M.A., Rambaut A., Drummond A.J. BEAST 2: A Software Platform for Bayesian Evolutionary Analysis // PLoS Computational Biology. 2014. V. 10. № 4. P. e1003537. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003537

  18. Bouga M., Alaux C., Bienkowska M., Büchler R., Carreck N.L., Cauia E., Chlebo R., Dahle B., Dall’Olio R., De la Rúa P., Gregorc A., Ivanova E., Kence A., Kence M., Kezic N., Kiprijanovska H., Kozmus P., Kryger P., Le Conte Y., Lodesani M., Murilhas A.M., Siceanu A., Soland G., Uzunov A., Wilde J. A review of methods for discrimination of honey bee populations as applied to European beekeeping // J. Apic. Res. 2011. V. 50. № 1. P. 51–84. https://doi.org/10.3896/IBRA.1.50.1.06

  19. Cornuet J.M., Garnery L. Mitochondrial DNA variability in honeybees and its phylogeographic implications // Apidologie. 1991. V. 22. P. 627–642. https://doi.org/10.1051/apido:19910606

  20. Eimanifar A., Kimball R.T., Braun E.L., Moustafa D.M., Haddad N., Fuchs S., Grünewald B., Ellis J.D. The complete mitochondrial genome of the Egyptian honey bee, Apis mellifera lamarckii (Insecta: Hymenoptera: Apidae) // Mitochondrial DNA Part B. 2017. V. 2. № 1. P. 270–272. https://doi.org/10.1080/23802359.2017.1325343

  21. Excoffier L., Lischer H.E.L. Arlequin ver. 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows // Mol. Ecol. Res. 2011. V. 10. P. 564–567. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x

  22. Folmer O., Black M., Hoeh W., Lutz R., Vrijenhoek R. DNA primers for amplification of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I from diverse metazoan invertebrates // Mol. Mar. Biol. Biotech. 1994. V. 3. № 5. P. 294–299.

  23. Franck P., Garnery L., Celebrano G., Solignac M., Cornuet J.M. Hybrid origins of honeybees from Italy (Apis mellifera ligustica) and Sicily (A. m. sicula) // Mol. Ecol. 2000. V. 9. № 7. P. 907–921. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.2000.00945.x

  24. Garnery L., Vautrin D., Cornuet J. M., Solignac M. Phylogenetic relationships in the genus Apis inferred from mitochondrial DNA sequence data // Apidology 1991. V. 22. P. 87–92. https://doi.org/10.1051/apido:19910111

  25. Hajibabaei M., Singer G.A., Hebert P.D.N., Hickey D.A. DNA barcoding: how it complements taxonomy, molecular phylogenetics and population genetics // Tr. Genet. 2007. V. 23. № 4. P. 167–172. https://doi.org/10.1016/j.tig.2007.02.001

  26. Han T., Lee W., Lee S., Park I.G., Park H. Reassessment of species diversity of the subfamily Denticollinae (Coleoptera: Elateridae) through DNA barcoding // PLoS One. 2016. V. 11. № 2. P. e0148602. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148602

  27. Ilyasov R., Nikolenko A., Tuktarov V., Goto K., Takahashi J.-I., Kwon H.W. Comparative analysis of mitochondrial genomes of the honey bee subspecies A. m. caucasica and A. m. carpathica and refinement of their evolutionary lineages // J. Apicultural Res. 2019. V. 58. № 4. P. 567–579. https://doi.org/10.1080/00218839.2019.1622320

  28. Ilyasov R.A., Lee M.-L., Takahashi J.-I., Kwon H.W., Nikolenko A.G. A revision of subspecies structure of western honey bee Apis mellifera // Saudi J. Biological Sciences. 2020. V. 27. P. 3615–3621. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.08.001

  29. Kandemir I., Ozkan A., Fuchs S. Reevaluation of honeybee (Apis mellifera) microtaxonomy: a geometric morphometric approach // Apidologie. 2011. V. 42. № 5. P. 618–627. https://doi.org/10.1007/s13592-011-0063-3

  30. Kukrer M., Kence M., Kence A. Genetic evidences for the impact of anthropogenic factors on honey bee diversity // BioRxiv. 2017. V. 1. P. 1–28. https://doi.org/10.1101/154195

  31. Maa T.C. An inquiry into the systematics of the tribus Apidini or honey bees (Himenoptera) // Treubia. 1953. V. 21. P. 525–640.

  32. Meyer C.P., Paulay G. DNA barcoding: error rates based on comprehensive sampling // PLoS Biology. 2006. V. 3. № 12. P. 2229–2238. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030422

  33. Pentek–Zakar E., Oleksa A., Borowik T., Kusza S. Population structure of honey bees in the Carpathian Basin (Hungary) confirms introgression from surrounding subspecies // Ecol. Evol. 2015. V. 5(23). P. 5456–5467. https://doi.org/10.1002/ece3.1781

  34. Rubinoff D., Cameron S., Will K. A genomic perspective on the shortcomings of mitochondrial DNA for “barcoding” identification // J. Hered. 2006. V. 97. № 6. P. 581–594. https://doi.org/10.1093/jhered/esl036

  35. Ruttner F. Biogeography and taxonomy of honeybees. Berlin: Springer Verlag, 1988. 284 p.

  36. Ruttner F. Naturgeschichte der Honigbienen // Ehrenwirth Verlag, Munich. Grenoble; Bukarest: Apimondia, 1992. S. 380–383.

  37. Smith D.R. Mitochondrial DNA and Honey Bee Biogeography / In Diversity in the genus Apis. Smith D.R. editor. Boulder, CO: Westview Press; 1991. P. 131–176.

  38. Smith D.R. Genetic diversity in Turkish honey bees // Uludag Arıcılık Dergisi. 2002. V. 2. № 3. P. 10–17.

  39. Syromyatnikov M.Y., Borodachev A.V., Kokina A.V., Popov V.N. A molecular method for the identification of honey bee subspecies used by beekeepers in Russia // Insects. 2018. V. 9. № 1. E10. https://doi.org/10.3390/insects9010010

  40. Tamura K., Stecher G., and Sudhir Kumar / MEGA11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11. Mol. Biol. Evol. 2021. V. 38(7). P. 3022–3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120

  41. Tihelka E., Cai Ch., Pisani D., Donoghue Ph.C.J. Mitochondrial genomes illuminate the evolutionary history of the Western honey bee (Apis mellifera) Scientific Reports. 2020. V. 10. P. 14515. https://doi.org/10.1038/s41598-020-71393-0

  42. Yule G.U. A mathematical theory of evolution, based on the conclusions of Dr. JC Willis, FRS // Phylosophical Transactions of the Royal Society. B. Biological Sciences. 1925. V. 213. P. 21–87. https://doi.org/10.1098/rstb.1925.0002

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Серия биологическая

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал