Genetické vlastnosti včel |
Chromozomy jsou struktury, které obsahují geny organismu. Včely mají asi 15 000 genů. Většina zvířat má obvykle dvě sady chromozomů. Jedna sada pochází od matky a druhá od otce. Říká se jim diploidní. Di znamená dva a ploid znamená chromozom. Lidé mají 46 chromozomů, 23 z matčina vajíčka a 23 ze spermatu otce. Včely mají různý počet chromozomů. U samic, dělnic a královen je jich 32, 16 je přisuzováno vajíčkem dělohy a 16 spermatem trubců. Protože se trubci líhnou z neoplozených vajíček, mají pouze 16 chromozomů, které byly ve vajíčku. Trubci jsou haploidní, protože mají pouze jednu sadu chromozomů.
Vejce může nést pouze polovinu královniných 32 chromozomů, takže může svému potomstvu předat pouze polovinu svých genů. Zde stojí za zmínku, že dělení genomu probíhá podle určitého vzorce stanoveného přírodou během procesu meiózy a popsaného druhým Mendelovým zákonem. Královna může produkovat tři skupiny neoplozených vajíček. První skupina ponese převážně geny přijaté od matky a až 20 % obdržené od otce, druhá skupina obdrží soubor genů převážně od otce a až 20 % genů od matky. Třetí skupina je unikátní vyplývající z mutací. Vajíčka produkovaná královnou jsou geneticky jedinečná. Na druhou stranu, trubci mají zpočátku pouze 16 chromozomů, takže každá spermie musí obsahovat všechny geny trubce. To znamená, že všechna sperma jednoho drona jsou naprosto totožná, jsou to klony. To se liší od většiny ostatních zvířat, kde je každá spermie jedinečná, stejně jako každé vajíčko.
Další zvláštní věcí na včelách je jejich zvyk vícenásobného páření. Královna je poměrně promiskuitní a páří se s 10-20 trubci, obvykle v 1 nebo 2 pářeních během několika dní. Spermie jsou roky uloženy v orgánu zvaném spermatheca. Ve skutečnosti je spermie jednoho drona více než dostatečné k vyplnění spermatéky. Je tedy jasné, že královna se snaží ze všech sil a podstupuje velká rizika tím, že se páří s tolika trubci, jen aby nasbírala další genetickou rozmanitost pro svou rodinu. Předpokládá se, že tato dodatečná rozmanitost pomáhá zajistit genetickou odolnost vůči chorobám. Kromě toho mají včely tendenci se specializovat na vykonávání určitých prací v úlu a s větší rozmanitostí otců může včelstvo pracovat efektivněji.
Důsledkem vícenásobného páření je, že se včelstvo skládá z různých podrodin. Každá podrodina má stejnou matku, ale různé otce. Pamatujte, že všechny spermie z každého dronu jsou identické klony. To znamená, že včely zdědí 50 % genů královen, ale 100 % genů trubců. Včely patřící do stejné podčeledi jsou ze 75 % příbuzné a nazývají se supersestry.
Téměř u všech ostatních zvířat jsou rodiče a potomci nebo sourozenci příbuzní pouze z 50 %, s výjimkou jednovaječných dvojčat. To může být klíčovým faktorem, proč se včely a další hmyz sociálních pracovníků vzdali chovu ve prospěch pomoci své matce vychovat více jejích sester. Pokud by včely dělnice měly své vlastní potomky, byly by s nimi příbuzné pouze z 50 %. Ale když královně pomůžete vychovat její supersestry, stanou se ze 75 % spřízněnými. V biologii existuje zásada, že organismus bude mít tendenci dělat to, co je nejúčinnější při předávání více svých genů další generaci. Jednoduchý fakt, že trubci se líhnou z neoplozených vajíček, a proto jsou jejich spermie identické, vysvětluje mnoho ze sociálního chování včel.
Vidíte, že více páření vytváří extrémně složitou rodinu. Není třeba rozumět všemu, tento příklad dává představu o složitosti genetických vztahů uvnitř včelstev.
Všichni víme, že samice pocházejí z oplozených vajíček a samci z neoplozených vajíček. Nyní pojďme mluvit o další nuanci genetiky sexuálních včel
alely Alela je prostě slovo pro verzi genu. Například geny pro modré a hnědé oči jsou alely pro gen pro barvu očí.
Pohlavní alely včely medonosné.
Ukázalo se, že existuje gen, který řídí pohlaví včel, zvaný pohlavní alela. Existuje jednoduché pravidlo, podle kterého funguje. Jsou-li přítomny dvě různé alely, vyvine se z včely samička, buď dělnice, nebo královna. Pokud je přítomna pouze jedna alela, včela se promění v trubce. Existují dva způsoby, jak může být přítomna pouze jedna alela. Vajíčko může být neoplozené, takže obsahuje pouze jednu alelu, v takovém případě se z něj vyvine normální trubec. Existuje však i jiný způsob, že je přítomna pouze jedna alela. To znamená, že pokud je vajíčko oplodněno, ale matka i otec mají stejnou alelu pohlaví. Z tohoto oplodněného vajíčka se také vyvine trubec. Ale tento dron bude abnormální, protože je diploidní, obsahuje dvě sady chromozomů a nemůže fungovat jako normální. Tyto diploidní drony vždy zničí dělnice, které je sežerou, jakmile se vylíhnou.
Důsledkem toho je, že když jsou larvy pozřeny, ve struktuře plodu zůstávají díry, což je vzor nazývaný strakatý plod. Nejhorší účinky jsou pozorovány u příbuzenské plemenitby. Páření bratr-sestra vyprodukuje pouze 50 % životaschopných larev.
Předpokládá se, že existuje asi 70 různých alel pohlaví. Pravděpodobně je jich více, ale toto je maximum, které bylo ve zkoumané populaci napočítáno. To je velmi jasný příklad toho, proč je tak důležité zachovat genetickou rozmanitost. Čím více alel pohlaví máme ve včelí populaci, tím odolnější bude plod a v úlu bude více včel na sběr medu. Analogii lze nakreslit s hraním kostek. Pokaždé, když obě kostky dostanou stejné číslo, prohrajete. Pokud byste měli kostky s 20 stranami místo 6, bylo by mnohem méně pravděpodobné, že dostanete dublet. Proto se doporučuje čas od času dát včelám novou krev.
Hygienické chování je pravděpodobně nejúspěšnějším úspěchem v chovu včel. Tato vlastnost byla velmi dobře studována a prokázala svou účinnost proti: ascosferóze, americkému moru plodu a částečně v boji proti varroa.
Genetika hygienického chování je řízena dvěma recesivními geny. Jeden gen umožňuje včelám detekovat a otevřít buňku s nemocnou larvou. Druhý gen způsobí, že dělnice odstraní plod a vyhodí ho z úlu. Rodina může obsahovat pouze jeden z těchto genů, v takovém případě rodina nebude vykazovat hygienickou funkci. Různá „plemena“ včel mohou mít jeden gen, ale bez druhého se tato vlastnost neobjeví.
Aby došlo k recesivnímu rysu, musí být dělnice homozygotní pro gen. Homozygotnost znamená, že organismus přijímá stejnou alelu genu od své matky a otce. Heterozygotnost znamená, že včela má alelu pouze od jednoho z rodičů a je tedy nositelkou znaku, ale znak není vyjádřen.
V tomto příkladu začínáme s královnou, která je homozygotní pro hygienické vlastnosti, a křížíme ji s nehygienickými trubci. Potomci nebudou vyjadřovat hygienický znak, ale budou heterozygotní, a proto budou nositeli znaku. Je důležité si uvědomit, že když máme co do činění s recesivními rysy, neobjevují se v první generaci ani v F1. Ale pokud budeme trpěliví a budeme pokračovat v programu, můžeme tento rys předat dalším generacím výběrem potomků homozygotních pro tento rys v generaci F2.
Po několika generacích selekce a šlechtění z kolonií, které tento znak vyjadřují, se může usadit v populaci. Pak budou všechny včely v této populaci vykazovat tuto vlastnost.
Jediný recesivní gen, který určuje barvu Cordovan, funguje na stejném principu jako modré a hnědé barvy očí u lidí. Každý člověk má pár genů, které určují barvu očí, jeden od každého rodiče. Protože hnědá je dominantnější než modrá, pokud jeden z rodičů přispěje hnědým genem, budou oči jeho dítěte hnědé. Pouze pokud oba rodiče přispívají recesivními modrými geny, bude mít jejich dítě modré oči. Dva hnědoocí rodiče mohou mít modrooké dítě, ale pouze v případě, že oba nesou neodhalené modrooké geny. Podobně u včel, pouze pokud královna a trubec, s nímž se páří, přispějí kordovanskými geny, budou dělnice nebo královny kordovanské. Trubci se líhnou z neoplozených vajíček, takže budou vždy kordovaní, pokud je naklade kordovanská královna, protože je jediným rodičem.
Na diagramu vidíme, že královna, nositelka recesivního genu, se páří s trubcem normální barvy. Z vajíček snesených touto královnou se vylíhnou královny a včely pravidelné barvy, protože gen pro normální barvu získaný od otce je dominantní. Ale i přes obvyklou barvu budou tyto včely heterozygotní na základě barvy. Všechny drony této královny přitom budou mít kordovanovou barvu.
Dále, pokud spářime jednu z dcer naší královny s kordovským dronem, získáme rozdělení barev 50/50. Jedna včela v jejím potomstvu bude mít normální barvu a každá druhá včela bude nositelkou kordovanové barvy a bude homozygotní. Dcery s tradičními barvami budou heterozygotní jako jejich matka. Trubci královen, které jsou heterozygotní, budou z 50 % kordované a z 50 % tradiční barvy, tento efekt je ukazatelem heterozygotnosti královny.
Nedávno bylo zjištěno, že odolnost vůči tracheálním roztočům je evidentní při ošetřování. Včely používají své prostřední nohy k přesunu roztočů z průdušnicového otvoru. Bylo také zjištěno, že tato vlastnost je řízena dominantními geny. Nebylo zjištěno, zda se jedná o více než jeden gen. V tomto příkladu budeme předpokládat, že je řízen pouze jedním genem. Zde řekneme, že začínáme s jedním dronem, který nese gen rezistence.
Dominantní rysy je snazší zavést do vaší populace, protože první generace bude tento rys vyjadřovat. Tato vlastnost bude vyjádřena rovnoměrně včelami, které nesou gen pro tuto vlastnost na jednom nebo obou chromozomech. Raději byste chovali pouze královny, které jsou pro tuto vlastnost homozygotní. Ale neexistuje snadný způsob, jak odlišit homozygoty od heterozygotů. Z tohoto důvodu je ve skutečnosti obtížnější stanovit dominantní gen v populaci než recesivní znak.
Diagram ukazuje, že když je homozygotní nerezistentní královna zkřížena s rezistentním trubcem, všichni její potomci v ženské linii získají odolnost vůči této nemoci. Zatímco drony ponesou predispozici k acarapidóze. Při dalším rozmnožování jeho potomků, při křížení s odolným trubcem, budou mít včely a matky rezistenci a jedna ze dvou matek bude pro tento znak homozygotní. A drony budou mít rozdělení jedna ku jedné.
Mitochondriální DNA se používá ke sledování mateřské linie včel nebo jakékoli jiné formy života. Mitochondrie jsou malé organely, které se nacházejí v každé živé buňce. Říká se jim motory života, protože umožňují dýchání. Energii uvolňují spalováním cukru s kyslíkem. Jedná se o velmi zajímavého malého tvora, o kterém se předpokládá, že kdysi býval volně žijícími bakteriemi. Ale před velmi dlouhou dobou se zapojili do jiných živých buněk a od té doby jsou v symbiotickém vztahu.
mitochondriální DNA mtDNA u včel
Důležité je vědět o mitochondriích, že se množí odděleně od zbytku buňky. Při dělení buněk se současně dělí i mitochondrie. Obsahují malé množství DNA, ale tato DNA zůstává oddělená od jádra. Mitochondrie jsou přítomny ve vejcích, když se tvoří. Ale když se spermie připojí k jádru během oplodnění a vytvoří novou genetickou kombinaci, mitochondrie zůstanou nezměněny. Předávají se tedy z generace na generaci prostřednictvím vajíček, přičemž samci nikdy neovlivní jejich DNA. Předávají se pouze prostřednictvím svých matek a jejich DNA se díky náhodným mutacím mění velmi pomalu. Tyto změny se hromadí, takže vědci mohou rozlišit mitochondriální DNA jednoho druhu včel od druhého. Tím se liší africké včely od evropských.
Ze všeho výše uvedeného je zřejmé, jak složité jsou mechanismy dědičnosti a kolik faktorů ovlivňuje přenos vlastností. Při vzniku vajíčka se geny rozdělí podle štěpení popsaného Mendelovým zákonem, ale některé vlastnosti se přenášejí v nezměněném stavu (například geny odpovědné za zbarvení To nám říká, že některé skupiny genů jsou přenášeny celými alelami). a nepodléhají rozdělení v rámci alely, když se vytvoří nová kombinace. Zde dodejme, že některé kvality včelstev jsou dány nikoli jedním genem, ale několika, umístěnými ve více různých alelách. Pochopíme, jak náročná je práce chovatele a jak mnoho na první pohled těžko viditelných faktorů ovlivňuje úspěšnost budoucích generací při chovu včel.
