Аналитическая селекция в пчеловодстве

     Секвенирование генома — лишь один из начальных этапов исследовательской работы. Функции многих последовательностей, представленных в геноме пчел, до сих пор не определены, так же как и не выяснены механизмы экспрессии и взаимодействия многих генов, и механизмы взаимодействия белков — продукты известных генов и генов с неизвестными функциями.

     Дальнейшие исследования на основании сведений о структуре генома могут развиваться в двух направлениях: первое — фундаментальное, второе — прикладное.

     К фундаментальным следует отнести: сравнительный анализ направлений и скорости эволюции геномов у видов, ведущих одиночный и общественный образ жизни; изучение генетических механизмов адаптации к абиотическим и биотическим факторам внешней среды; цитогенетическое картирование; изучение эволюции систем детерминации и развития пола; изучение генетической структуры естественных и искусственно созданных популяций.

     В прикладном направлении большое значение приобретает генетическая паспортизация естественных и искусственных популяций, а также изучение генетической природы полиморфизма пчелиной семьи; поиск генетических маркеров специфической и неспецифической устойчивости; изучение генетической природы полиморфизма пчелиной семьи; разработка селекционно-генетических подходов для оценки производителей при инструментальном осеменении маток, апимониторинге. Особое значение в свете последних научных разработок имеет сохранение генофонда среднерусской породы пчел (Кривцов 2007г., Монахова 2007 г.).

   

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

  1.3.2. Хромосомная последовательность у пчёл

 

LG1  хромосома  : всего генов на хромосоме - 1404; размер - 30,0 Мбаз

LG2 хромосома : всего генов на хромосоме -  699; размер - 15,0 Мбаз

LG3 хромосома  : всего генов на хромосоме   - 599; размер - 13,2 Мбаз

LG4 хромосома  : всего генов на хромосоме - 611; размер - 12,6 Мбаз

LG5 хромосома  : всего генов на хромосоме   - 760; размер - 14,4 Мбаз

LG6 хромосома  : всего генов на хромосоме   -678; размер - 18,5 Мбаз

LG7 хромосома  : всего генов на хромосоме - 508; размер - 13,2 Мбаз

LG8 хромосома  : всего генов на хромосоме   - 781; размер - 13,5 Мбаз

LG9 хромосома : всего генов на хромосоме   - 508; размер - 11,1 Мбаз

LG10 хромосома : всего генов на хромосоме   - 651; размер - 13,0 Мбаз

LG11 хромосома : всего генов на хромосоме   - 808; размер - 14,7 Мбаз

LG12 хромосома : всего генов на хромосоме   - 440; размер - 11,9 Мбаз

LG13 хромосома : всего генов на хромосоме   - 358; размер - 10,3 Мбаз

LG14 хромосома : всего генов на хромосоме   - 546; размер - 10,3 Мбаз

LG15 хромосома : всего генов на хромосоме   - 615; размер - 10,2 Мбаз

LG16 хромосома : всего генов на хромосоме - 313; размер   - 7,2   Мбаз

 

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome?term=apis%20mellifera 13.12.2011г.)

 

 

   

     1.3.3. Передача наследственности у пчёл

     При выявлении наследственных признаков пчёл объектом отбора, как правило, служит не отдельная особь, а целая пчелиная семья, состоящая из трех категорий особей: матки, рабочих особей и трутней в летней период. Деятельность рабочих особей, главным образом, зависит от производителей, т. е. матки и трутней, которые передают свои половые клетки при спаривании. Спаривание маток с трутнями из нескольких особей происходит в воздухе во время их свободного неконтролируемого брачного полета. Отбор отцовских семей в воздухе невозможен, а гибель трутней после акта спаривания исключает проверку потомства по отцу. Таким образом, пчелиная семья в потомстве женских особей имеет нескольких отцов с неизвестными признаками, что делает семью пчёл генетически неоднородной, где рабочие особи являются сестрами по матери и разным отцам.

     Родоначальницей пчелиной семьи является матка, так как она живет несколько лет и дает большое потомство по яйцекладке, а из яиц рабочие пчёлы воспитывают многочисленное количество рабочих особей, а в роевой период в небольшом количестве молодых маток для замены старых или для воспроизводства новых семей с целью увеличения численности себе подобных в продолжении рода пчёл.

     Состав пчелиной семьи постоянно изменяется: одни рабочие особи, отмирают, а другие рождаются из отложенных маткой яиц и пополняют состав потерянных особей семьи. Поэтому семья может существовать несколько лет при условии периодической смены маток. Оценку состава и качества семьи или семей можно определить по их родословной, которая включает происхождение 3 – 4 и более поколений, где учитываются близкие и далекие предки с их признаками ( Вавилов 1973г., Вавилов 1987г.).

 

 

 

     1.3.4. Генетические отличия особей пчёл

     Максимальная медопродуктивность пчелиной семьи зависит от количества выращенного рабочими особями жизнеспособного расплода к периоду главного медосбора.

     Родоначальницей в каждой семье пчёл является плодная матка, которая живет несколько лет только в составе семьи и ежегодно в период цветения медоносов откладывает в ячейки сот своего гнезда множество яиц оплодотворенных сперматозоидами трутней, из которых рабочие пчёлы воспитывают многотысячное потомство женских рабочих особей-сборщиц кормовых запасов из нектара и пыльцы. Сбор кормовых запасов в каждой пчелиной семье зависит в первую очередь от наличия: наибольшего числа сборщиц; достаточной местной кормовой базы медоносов; условий внешней среды; наследственных качеств потомства полученного от родителей в естественном отборе. В отборе, как правило, выживали только те семьи, которые приспособились к окружающей их среде обитания.

     У медоносной пчелы пол определяется с развитием рабочих пчёл и маток из оплодотворенных яиц, а трутней из неоплодотворенных яиц. Эту закономерность впервые открыл великий силезский пчеловод Ян Дзержон в 1845 году.

Клетки  организма (соматические) женских особей пчёл имеют диплоидный набор хромосом (2x16=32). Соматические клетки мужских особей (трутней) содержат гаплоидный набор. В половых же органах матки и пчелы-трутовки развитые яйца в яичниках содержат по 16 хромосом. В семяприемнике плодной матки и в половых органах половозрелого трутня, сперматозоиды содержат по 16 хромосом. В результате из оплодотворенных яиц развиваются диплоидные женские особи-матки и рабочие пчёлы, а из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются мужские особи трутни, имеющие гаплоидный набор хромосом. Иногда, из неоплодотворенного яйца может развиться диплоидная особь с 32 хромосомами. Такие случаи можно наблюдать у осиротевшей длительное время семьи пчел. Из яиц пчёл трутовок, пчёлы выводят матку неспособную к оплодотворению трутнями ( Н. И. Кривцов, 1995).

     Близкородственное спаривание маток с родственными трутнями для медотоварного пчеловодства неизбежно увеличивает общую вероятность для каждой семьи генетически сокращения количества жизнеспособного расплода, снижения активности сбора кормов и их количества, увеличения возможности к заболеваниям, нападению воровок и в конечном итоге, к гибели. Основной причиной таких семей является близкородственное разведение пчёл и неконтролируемое спаривание с родственными трутнями . В результате близкородственного спаривания количество разнообразных аллелей пола в семяприемнике маток уменьшается, а количество ген "пола" увеличивается. В связи с этим в таких семьях наблюдается большой отход яиц и молодых личинок, которых рабочие пчёлы-кормилицы, как правило, не допускают к развитию. Отложенные маткой нежелательные диплоидные яйца рабочие пчёлы на третьи или четвертые сутки уничтожают (Рис.1) ( Бородачев 1988г., Гурченко 1981г., Войке 1976г., Вавилов 1966г.).

     Рис. 1. Варианты построения зигот и моделей с односторонним и разносторонним её частей смещением (Третьяков 2008г.)

 

 

 

 

     1.3.5. Принцип мутации генов пчёл

     Мутации половых клеток передаются только при половом размножении. Мутационный процесс может привести к возникновению новых генов или аллелей, который, переводит гены из состояния (А -> а) или изменению гена с (А -> С). Следовательно, мутационный процесс, не обладает направленностью и не может изменить природной популяции, поскольку он поставляет материал для естественного отбора. Известно, что содержателями мутаций половых клеток являются пчеломатки, а распространителями, природа установила мужских особей - трутней. В пчелиных семьях, особенно в популяции больших групп и с разным набором признаков, постоянно возникают мутации, которые носят случайный характер. Подавить, возникшие мутации в таких популяциях невозможно, поскольку гены непрерывно мутируют. Следовательно, частота одного гена имеет тенденцию возрастать, а другого – уменьшаться. Такое увеличение частоты гена называют мутационным давлением. Мутации увеличивают наследственную изменчивость популяции, определяя направление эволюционных изменений. Сохранить генетическое равновесие в большой популяции можно, но только в изолированном пространстве. При достижении достаточно высокой концентрации мутаций может возникнуть вероятность при скрещивании маток с трутнями несущих аллельные рецессивные гены. Мутации могут не проявляться фенотипически до тех пор, пока поколения пчёл будут гетерозиготными. Гетерозиготные признаки пчёл, как правило, имеют резерв наследственной изменчивости ( Рис. 2.), которые через естественный отбор могут изменить условия существования популяции. У пчёл живущих в относительно постоянных географических условиях возникшие изменения могут быть неблагоприятными. В этих случаях сохраняться только те семьи, которые имели меньше комбинативную изменчивость данного неблагоприятного признака, а семьи мутанты с более широкой изменчивостью будут вырождаться, как мало жизнеспособные ( Кривцов 2004 г., Малков 1988 г.).

 

 

     Рис.2 Варианты спаривания гомозиготных и гетерозиготных маток пчёл с родственными трутнями и количество жизнеспособных яиц в их поколениях F1 – F6 ( Третьяков 2008 г.).

 

 

     1.4. Эволюция систем определения пола медоносных пчёл

     Эволюция систем определения пола означает постепенный закономерный переход поколений пчёл от одного полового состояния в другое регулируемое естественным отбором.

     Пол определяется тремя наследственными системами:

3 - современная, когда трутни развиваются из неоплодотворенного яйца.

2 - предыдущая система определяла  пол серией множественных аллелей.  
1- исходняя предполагает считать, пол определялся гетерохромосомами (XY или XO). Следует отметить, что O – обозначает отсутствие хромосом. Следовательно, XO нужно отнести к 3 системе определения пола трутней имеющих одну X хромосому.

     Эти наследственные три системы заменяли друг друга в эволюционном процессе с развитием пчелиной семьи в зависимости от условий существования и питания. ( Шаскольский 1966 г.)

     Третья система заменила вторую систему определения пола с развитием численности в семье рабочих особей, а также не выводить трутней вне сезонов роения (размножения). По существу, этот же инстинкт сохранился от второй системы не выводить трутней, а зародыши диплоидных трутней уничтожаются рабочей пчелой.

     Современная общественная жизнь медоносных пчёл выражается во взаимном сотрудничестве - передаче друг другу информации, корма, постоянного контакта с маткой, коллективного выполнения всех работ обеспечивающих жизнь свою и всех последующих поколений.

     Современная система наследование пола использует ген с обозначением «X» по О. Маккензен (рис. 3), либо с обозначением «S» (рис.4). S от латинского слова sexus - пол по Шаскольскому (1990). Эти обозначения ген могут иметь целую серию множественных аллелей (Sa, Se, Sg, Si …..). Матка всегда гетерозиготна и может иметь гены по её матери и отцу, а после спаривания с трутнями в семяприемнике может иметь целую серию одинаковых или разных аллелей.      Рис. 3. Модель наследования генов пола от плодной гетерозиготной матки не дающая гомозиготных яиц ( Третьяков 2008г.).

     Рис. 4. Модель наследования гена пола от плодной матки, дающая часть гомозиготных яиц из которых могли бы развиться диплоидные трутни. ( Третьяков 2008г.)

 

     2.МЕТОДЫ РАБОТЫ В СЕЛЕКЦИИ ПЧЁЛ

     2.1. Контролируемое спаривание маток с трутнями

     Важным моментом для брачного периода у медоносных пчёл, являются: условия внешней среды; половая зрелость маток и трутней; расстояние от мест случки половых партнеров; встреча и избирательность полов; спаривание и возвращение плодной матки в свое гнездо.

     Встреча матки и трутней обеспечивается опознавательными сигналами, как химическими, так и зрительными. Если химические сигналы обеспечиваются половыми аттрактантами, то зрительные (благодаря, особенностями строения фасеточных глаз) обеспечивают опознание, полового объекта в стремительном полете, как частей его тела, так и его в целом. Половая связь может осуществляться в условиях определенного периода времени, светового дня. Для брачных полетов матки и трутней необходимы определенные условия внешней среды такие как: Температура воздуха 20 – 25°С, при средней – 19,3°С, температура 15,5°С для полета трутней считается низкой; относительная влажность воздуха должна составлять около 52%; облачность малая или отсутствует: скорость ветра не более 19 – 27 км/час, при скорости от 27 до 37 км/час спаривание не наблюдается; переносчиком феромона является воздух с минимальным движением 0,5 метра в сек; освещенность дня в пределах 8,8 х 10 люкс; время брачных встреч происходит обычно с12 до 17 часов, чаще с 14 до 16 часов.

     Контроль спаривания необходим для проведения селекционных работ при скрещивании чистопородных пород пчёл и линий пчёл с полезными для продуктивности признаками. В спаривании маток с трутнями использую естественный акт и искусственный. В данном случае будет рассматриваться только естественный акт спаривания. Естественный акт спаривания проводится самостоятельно будущими родителями пчёл в воздухе. Контроль в естественных условиях осуществляют методом спаривания половых партнеров во времени и в пространстве.

     Естественное спаривание маток с трутнями проводится в ранневесенний период  в летний вечерний период.

     Ранневесеннее спаривание требует проведение трудоемких работ по раннему выращиванию вначале трутней, а затем маток в самых сильных семьях при неустойчивых погодных условиях с частыми похолоданиями. Как правило, этот метод дает молодых маток худшего качества, чем в летний период.

     Летнее вечернее спаривание требует сдерживание вылета отборных маток в нуклеусах или в ульях и трутней в подобранных отцовских семьях до 5 – 6 часов вечера.

     Естественное спаривание в пространстве проводится на специальных случных пунктах, куда доставляют нуклеусы с молодыми неплодными матками и семьи с трутнями. Эти пункты спаривания используют по типам спаривания: без изоляции, с неполной изоляцией и с полной изоляцией.

• Без изоляции, где радиус спаривания может составлять менее 3 км, но для этого обычно формируют насыщенную трутневую зону из числа отцовских семей на небольшом пространстве с расположенными вокруг нуклеусами с неплодными матками;
• Неполная изоляция предусматривает расстояние изоляции случного пункта в 6 – 10 км. до ближайших пасек с нежелательными трутнями. Однако мощный трутнёвый фон учтенных семей при недостаточной изоляции от неучтенных соседних пасек лучше использовать с расстоянием в радиусе 15 – 20 км;
• Полная изоляция случных пунктов предусматривает расстояние с радиусом изоляции от других пасек в 20 – 30 км.;