Изучение генофонда бурзянской бортевой пчелы с использованием изоферментных генетических маркеров

Первые исследования в области популяционной генетики пчелы медоносной относятся к началу 50-х годов. С начала 70-х годов отмечается интенсификация этих исследований, что в первую очередь связано с развитием молекулярной биологии и появлением возможности использования для описания генетической структуры популяций изоферментов в качестве маркеров отдельных генов. Электрофорез ферментов с последующим гистохимическим выявлением их изоформ позволяет определить параметры структуры популяций, что было не»/' возможно при использовании морфологических признаков и фенотипически выраженных мутаций. В результате применения метода стало возможным уточнение таксономии, изучение географической изменчивости отдельных подвидов и популяций, определение потока генов при интродукции и т.д. Для создания концепции сохранения генофонда любого вида и его популяций необходимо владение информацией об уровне генетической изменчивости. Для исследования полиморфизма пчелы медоносной наиболее часто используются генетически детерминированные множественные молекулярные формы ферментов. Находящиеся под контролем одного гена изоферменты принято называть аллозимами.

Данные об уровне аллозимного полиморфизма пчелы медоносной показывают чрезвычайно низкую генетическую изменчивость вида. В одной из первых работ было продемонстрировано, что лишь один из 39 проанализированных локусов имел аллельные варианты, а гетерозиготность не превышает 1%. При электрофокусировании 30 систем только в одном локусе выявлена изменчивость, при электрофоретическом обследовании пчел в другой работе - в трех из 21 системы. В этих и в других исследованиях гетерогенными оказались локусы одного и того же небольшого круга ферментов (эстераз, малатдегидрогеназы, аконитазы, гексокиназы, фосфоглкжотмутазы и малик-энзима). Несмотря на небольшое число информативных полиморфных локусов, аллозимы оказались полезным инструментом для изучения подвидов, рас и популяций пчелы медоносной.

В частности, применением аллозимов малатдегидрогеназы исследователи продемонстрировали то, что завоз маток извне увеличивает полиморфизм, что краевые популяции A.m.ligustica отличаются от центральных. Было показано, что современные сицилийские пчелы подразделены на западную и восточную группы, причем одна из них по генетическим характеристикам представляет природные популяции, а структура другой претерпела изменения, благодаря деятельности человека. Исследователями из Турции получены подтверждения существующей гипотезы об исторической биогеографии пчелы. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что использование аллозимов позволяет эффективно изучать широкий круг проблем по сохранению генофонда пчелы медоносной. Особенно это актуально для изучения локальных популяций, в частности популяции бурзянской бортевой пчелы.

Для изучения изоферментов у медоносных пчел использовали метод полиакриламидного дискэлектрофореза щелочным разделяющим гелем с рН=8,9. Материал для исследований собирали в Бурзянском и Салаватском районах Республики Башкортостан. Были также представлены среднерусские пчелы из Демидовского района Смоленской области. Для анализа различий среднерусской породы и кавказского подвида нами на Кавказе из двух локальностей были отобраны пробы пчел: на пасеке Краснополянского ОПППХ возле с. Кепша и на пасеке Пирогова П.С. в г. Сочи. При отборе проб стремились брать небольшое число пчел из возможно большого числа семей и локальностей.

Для определения уровня дифференцированности выборок пчел из разных регионов России использовали только полиморфные локусы малатдегидрогеназы-1, малатдегидрогеназы-3, эстеразы-1(Mdh-1, Mdh-3, Est-1). Так как мономорфные локусы изменяют лишь абсолютные, а не относительные величины показателей дифференциации, их исключили. Для определения изменчивости и дифференциации выборок использовали стандартные методы и показатели, наиболее часто и успешно применяемые в популяционно-генетических исследованиях: частота аллелей, ожидаемая и наблюдаемая гетерозиготность, среднее число аллелей на локус по всем обнаруженным аллелям, доля полиморфных локусов Р по 95 и 100%-ному критериям.

Аллельные частоты выборок приведены в табл. 1.

Несмотря на относительную близость их частот, некоторые выборки имели специфичные аллели. В качестве примера приводим редкий аллель 1 локуса Mdh-1, который обнаружен лишь у бортевых пчел и аллель 3 локуса Est - в выборках кавказских пчел (который изменяется от 0,042 до 0,085). В локусе Mdh-3 различия обнаружены лишь по частотам аллелей, а не по представленности их. Аллель 1 у среднерусских пчел имеет большую частоту, чем в кавказских выборках. По аллелям локуса различия выборок были статистически достоверны. Возможно, это является следствием недостаточной силы теста ко квадрат из-за малых ожидаемых численностей редких генотипов При рекомендуемом для таких случаев объединении всех редких генотипов в один класс различия по этому локусу становятся менее существенными. Таким образом, пчелы исследованных регионов обладают общим или близким генофондом.

Различия выборок по параметрам генетической изменчивости показали, что по ожидаемой гетерозиготности полиморфизм выборок пчел не изменяется в широких пределах (табл. 2). По двум другим параметрам установлено, что изменчивость "горных уральских и кавказских" пчел намного выше, чем у двух равнинных выборок среднерусской породы (см. среднее число аллелей на локус и наблюдаемая гетерозиготность). Возможным объяснением этого феномена может быть то, что в горных нестабильных (более экстремальных) условиях требуется больший запас генетической изменчивости. В целом, пчела медоносная обладает небольшим уровнем генетической изменчивости. С учетом мономорфности малик-энзима, глкжозо-6-фосфатдегид-рогеназы, алкогольдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы, изо-цитратдегидрогеназы, шикиматдегидрогеназы, лейцинаминопептидазы, 6-фосфоглюконатдегидрогеназы и диафоразы (11 зон с отсутствием изменчивости) средние по 14 локусам параметры генетической изменчивости составляют: среднее число аллелей на локус А=1,29, средняя наблюдаемая гетерозиготность Но=0,036, средняя наблюдаемая гетерозиготность Не=0,043, доля полиморфных локусов по 5%-ному критерию Р=14,3%. Полученные нами результаты хорошо согласуются с данными других исследований Ар/'з теШГега, где изоферменты использованы в качестве генетических маркеров. Преобладание мономорфных ферментов этого вида отмечается и для Apis Mellifera из других регионов - среди 39 изученных локусов, лишь у локуса МОИ обнаружен полиморфизм, а доля полиморфных локусов составила всего 1%. Средняя гетерозиготность изменялась от 0,010 до 0,012. В основном, наблюдается полиморфизм у локуса, кодирующего изоферменты малатде-гидрогеназы - лишь MDH оказалась изменчивой при использовании изоэлектрического фокусирования для 30 ферментных систем и электрофореза для 8 ферментных систем.

Наглядная демонстрация этого утверждения приведена на рисунке, построенная на основании аллельных частот выборок с использованием генетического расстояния Кавалли-Сфорца и Эдвардса (1967). Обращает на себя внимание то, что выборка бортевых пчел генетически отличается от салаватской выборки среднерусской породы (которая генетически гораздо ближе к расположенной на значительном удалении смоленской выборке, чем к близлежащей популяции бурзянской пчелы).

Таким образом, по данным генетического анализа с использованием изоферментных маркеров, можно считать оправданным выделение бурзянской бортевой пчелы в отдельную популяцию среднерусской породы пчелы медоносной.