Исследование аллелофонда и генетической дифференциации дальневосточных пчел

Пчеловодством в России занимаются с древних времён, и сегодня наша страна входит в десятку ведущих производителей мёда. Неоценима роль пчёл и в опылении 150 видов энтомофильных культур, которые в районах интенсивного земледелия занимают более 9 млн га. Стоимость урожая, дополнительно получаемого благодаря пчелоопылению, оценивают в 10-12 млрд руб. [1].

Пчеловодство Дальнего Востока всегда было доходной отраслью. По сведениям Кодесь Л.Г. [2] в этом регионе получали до 10 тыс. т товарного мёда в год. Однако в последние десятилетия в регионе происходит сокращение численности пчелиных семей, что критично для дальнейшего развития отрасти. С другой стороны, угрозу представляет стихийный, бесконтрольный ввоз беспородных маток и пчелиных семей, несмотря на то, что в России введен план породного районирования, регламентирующий породный состав пчёл для разведения по регионам страны [3]. Ряд авторов [1, 4] подчёркивают бесценность разводимого в нашей стране генофонда пчёл, который представлен среднерусской (60%), серой горной кавказской (16%) породами, экотипом дальневосточных (6%) пчёл и интродуцированными из западной Украины пчелами карпатской (18%) породы.

Изыскивая пути дальнейшего развития и повышения продуктивности пчеловодства, необходимо обратиться к более глубокому изучению дальневосточных пчёл. По сообщению Н.И. Кривцова [4] в 2006-2007 гг. в Государственном реестре селекционных достижений, допущенных к использованию, зарегистрированы породные типы пчёл среднерусской породы «Орловская» и «Башкирская», серой горной кавказской породы «Краснополянский», карпатской породы «Майкопский». В то же время А.М. Ишемгулов [5] предлагает выделить в самостоятельную породу башкирскую популяцию пчёл, сформировавшуюся в процессе длительного эволюционного развития, уникальную по своим биологическим и хозяйственно-полезным признакам.Такого же мнения относительно дальневосточных пчёл придерживаются Л.Г. Кодесь и И.В. Попова [6].
Дальневосточные пчёлы представляют собой популяцию, сформировавшуюся в результате скрещивания разных пород [7]. Первое упоминание о пчёлах на территории Приморского края относится к VII-IX вв. [8]. Это были дикие пчёлы, по сей день обитающие в глухой приморской тайге. Г.А. Кожевников в 1926 г. установил, что это индийские пчёлы Apis indica Fabr. (по современной классификации Apis cerana Fabr.) [9]. А.И. Ганаев и В.М. Смирнов [10], ссылаясь на исследования А. Лелякова 1928 г., сообщают, что медоносные (домашние) пчёлы были доставлены в Приморье из Центральной России на пароходе из Одессы в 1870 г. вместе с переселенцами. Следующие более крупные партии из Черниговской, Киевской, Харьковской, Воронежской, Полтавской, Тульской и других губерний поступили на Дальний Восток в 80-90-е гг. XIX в. Переселенцы селились на юге Дальнего Востока, в местностях с более мягким климатом и плодородной почвой.
В одном населенном пункте сосредотачивались пчёлы, завезенные из нескольких губерний. В результате их длительного совместного разведения происходило бесконтрольное скрещивание, и под влиянием условий, естественного отбора и географической изоляции в течение векового существования образовалась высокопродуктивная дальневосточная пчела. Авторы считают, что на повышение продуктивности этих пчёл огромное влияние оказали серые горные кавказские пчёлы, а также итальянские, которых Дальпчелотрест завез в 1930 г. [10].
Сейчас дальневосточных пчёл выделяют в породную группу. По сведеньям Н.И. Кривцова [9] по размерам тела они лишь незначительно уступают среднерусским, а по окраске подразделяются на чисто серых и имеющих жёлтые полоски на первых двух-трёх тергитах. Масса тела однодневной пчелы -около 105 мг, неплодной матки - 180 мг, плодной -230 мг. По сведеньям Ю.П. Сушицкого [11] чаще встречаются особи с серой окраской брюшка. Автор отмечает, что масса однодневных рабочих пчёл составляет 108-111 мг, длина хоботка - 6,44-6,51 мм. Л.В. Данилова [12] указывала на величину длины хоботка в 6,13 мм, Е.В. Старостенко [13] - 6,677±0,009 мм, а по сведениям Н.И. Кривцова с соавторами [14] величина этого показателя изменяется в пределах 6,1-6,8 мм. Условная ширина третьего тергита в среднем составляет 4,9 мм [14]. Величина кубиталь-ного индекса переднего крыла дальневосточных пчёл по одним сведеньям находится на уровне 50,5% [15], по другим - 45,5% [3, 16].
Породные особенности пчёл, представляющие большой практический интерес, связаны с внешними факторами, с поведением семьи, которое, как отмечал В.А. Губин [17], обусловлено наследственностью. Например, на медовую продуктивность огромное влияние оказывают не только условия медосбора, но и ройливость, зимостойкость, плодовитость маток, лётно-собирательная деятельность пчёл. По сведеньям В.С. Коптева [18], при интродукции дальневосточных пчёл в другие районы страны отмечают их высокое трудолюбие, продолжительную лётную деятельность, способность работать при пониженной температуре и повышенной влажности, миролюбие, слабую ройливость и пониженную злобливость, в отличие от местных пород.
По мнению Н.И. Кривцова [9], дальневосточные пчёлы могут и должны быть отнесены к категории примитивных пород, хотя официально они в этом качестве не утверждены, несмотря на отсутствие сколько-нибудь серьезных аргументов против такого решения. В результате разнородного (гетерогенного) происхождения дальневосточные пчёлы отличаются от других пород большим размахом изменчивости признаков, однако, по основным показателям вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к примитивной породе (комплекс присущих только ей специфических особенностей, их устойчивая наследуемость от поколения к поколению, высокая численность пчелиных семей, исключающая вероятность родственного спаривания в широких масштабах и др.).
Хорошим дополнением и даже альтернативой морфологическим методам идентификации пород может быть оценка поведенческих (этологических) реакций пчёл. Сейчас в той или иной степени используют сравнение таких поведенческих признаков, как злобливость, ройливость, гигиенические особенности поведения, лётная деятельность, поведение на соте при осмотре гнезда, печатка мёда.
Развитие современных методов молекулярной генетики позволяет оценивать степеньдифференциации подвидов и более мелких таксономических единиц (популяций, экотипов) медоносной пчелы [19, 20]. Один из наиболее перспективных типов маркеров для решения названных задач, на наш взгляд, - микросателлиты [21-24].
Цель работы - характеристика аллелофонда и степени дифференциации приморской популяции дальневосточной пчелы с использованием в качестве ДНК-маркеров микросателлитов.
Условия, материалы и методы. Материалом для исследований служили рабочие пчёлы дальневосточной популяции с пасеки ФГБНУ «Приморский НИИСХ» (DALN, n = 143). В качестве групп сравнения использовали пчёл среднерусской (A. mellifera melífera L., SR, n = 191), серой горной кавказской (a. m. caucasica Gorb., SGK, n = 113), краинской (карники) (a. m. carnica Pollm., CAR, n = 61) и карпатской пород (a. m. carpatica, KARP, n = 184). Выделение ДНК проводили с использованием метода экстракции перхлоратом [25]. Мультиплексный анализ 7-и локусов микросателлитов (A024, A88, A113, AP043, HB-C16-05, HB-THE-03, HB-C16-01) выполняли на генетическом анализаторе ABI3130xl (AppliedBiosystems, США). Расчет популяционно-генетических параметров (среднее число и число эффективных аллелей на локус, степень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности, показатели F-статистики) выполняли с использованием программного обеспечения GenAlEx (ver. 6.5). Степень генетической консолидации дальневосточных пчел оценивали по Paetkau D. [26], генетической дифференциации - по величинам индекса фиксации (FST) при парном сравнении [27] и генетических дистанций Нея (Nd) [28]. При этом в качестве групп сравнения использовали чистопородных особей SR (n = 61), SGK (n = 70), CAR (n = 30) и KARP (n = 55), изученных ранее [29] и предварительно отобранных на основании величин коэффициента подобия Q [30], которые в среднем составили, соответственно, 97,9±0,2% (с вариациями у отдельных особей от 92,6 до 99,9%), 98,0±0,1% (95,4-98,7%), 95,8±0,4% (91,1-98,7%) и 98,1±0,1% (94,1-99,1%).

Таблица 1. Число аллелей (№), эффективное число аллелей (Ае), показатели фактической (Но) и ожидаемой (Не) гетерозиготности по микросателлитным (МС) локусам среди пчёл разных пород

N3 - число аллелей, Ае - эффективное число аллелей, I - информационный индекс Шеннона, Но - фактическая гетеро-зиготность, Не - ожидаемая гетерозиготность, - индекс фиксации.

Таблица 2. Результаты assignment-теста для локусов МС пчёл из разных популяций

также индекса фиксации Р13 показало, что для дальневосточной популяции характерен наибольший дефицит гетерозигот (Г|5 = 0,32), что сопоставимо с величиной аналогичного показателя (Г|5 = 0,31) в группе SR (табл. 1). Изученная выборка DALN наряду с SGK характеризовалась высокой степенью генетической консолидации: к собственной популяции на основании данных ДНК-анализа были отнесены 96,5% особей, что можно рассматривать как указание на практически полное отсутствие обмена генами с породами, участвовавшими в исследовании. Среди генетически ошибочно соотнесенных особей большинство (2,1%) соответствовали карпатской породе (табл. 2).

Таблица 3. Результаты оценки генетической дифференциации дальневосточных пчёл

Результаты и обсуждение. Для исследованной выборки DALN был характерен относительно высокий уровень генетического разнообразия (11,14±1,30), сопоставимый с величинами этого показателя в группах KARP (12,43±2,71), SR (11,29±2,49) и CAR (10,00±2,07). Вместе с тем в группе DALN установлено наибольшее эффективное число аллелей - 4,94 против 3,19-4,51 в других породах. Известно, что величина этого показателя представляет собой число аллелей, встречающихся в популяции с равной частотой и при случайном скрещивании обеспечивающих ожидаемую гетерозигот-ность, равную фактической [31]. Полученные результаты свидетельствуют, что в группе DALN больше равно встречаемых аллелей, внёсших вклад в уровень гетерозиготности, в то время как у других исследованных пород больший вклад в общее аллельное разнообразие вносили редкие аллели. Расчёт информационного индекса Шеннона (/), который служит мерой оценки разнообразия, подтвердил наибольшее генетическое разнообразие дальневосточных пчёл: 1,76 против 1,24-1,64 у других исследованных пород. Сравнение величин наблюдаемой и ожидае-

Рисунок. Генеалогическое древо исследуемых популяций медоносной пчелы, построенное на основании величин генетических дистанций Нея методом UMPGA.

Под диагональю - индекс фиксации (FST) при парном сравнении, над диагональю - генетические дистанции Нея (ND).
Расчёт индекса фиксации RST с учётом длин аллелей микросателлитов показал значимую генетическую дифференциацию (p<0,001), при этом 9,2% всей изменчивости в отношении частот аллелей микросателлитов было обусловлено межпопуляци-онными различиями, а 90,8% - внутрипопуляционной изменчивостью.
Вне зависимости от использованных критериев оценки (индекс фиксации FST при парном сравнении и генетические дистанции nd), установлена наибольшая близость DALN к популяциям KARP и CAR и наибольшая удаленность от популяции SGK (табл. 3).
Отличное от исследованных пород происхождение дальневосточных пчёл подтверждает то, что они формируют самостоятельную ветвь на генеалогическом древе (см. рисунок).
Выводы. В результате проведенных исследований аллелофонда дальневосточной популяции медоносной пчелы с использованием 7 локусов микросателлитов показан относительно высокий уровень генетического разнообразия, сопоставимый (среднерусская порода) или превышающий другие породы (серая горная кавказская, карника). Для исследованной выборки DALN характерно наибольшее число эффективных аллелей, обусловливавших уровень гетерозиготности. Высокая степень генетической дифференциации дальневосточных пчел, оцененная по показателям индекса фиксации FST при парном сравнении и генетическим дистанциям Нея, позволила рекомендовать включение дальневосточной пчелы в племенной регистр в качестве самостоятельной породы.

М.С. ФОРНАРА1, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: margaretfornara@ gmail.com)
А.С. КРАМАРЕНКО2, кандидат сельскохозяйственных наук, асистент кафедры (e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)
М.А. ШАРОВ3, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией (e-mail: sharov.imker@ yandex.ru)
Н.А. ЗИНОВЬЕВА1, доктор биологических наук, академик РАН, директор (e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)
всероссийский научно-исследовательский институт животноводства имени академика Л.К. Эрнста, п. Дубровицы, 60, Подольский р-н, Московская обл., 142132, Российская Федерация
2Николаевский национальный аграрный университет, ул. Георгия Гонгадзе, 9, Николаев, 54020, Украина
3Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Воложенина, 30, п. Тимирязевский, Уссурийск, Приморский край, 692539, Российская Федерация