БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2020.6.1090rus

УДК 638.123:575.2

Работа проводилась в рамках выполнения государственного задания по теме № 0445-2019-0024.

 

ПОЛИМОРФНЫЕ STR МАРКЕРЫ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕДОНОСНЫХ ПЧЕЛ
Apis mellifera L. (обзор)

О.Ю. ФОМЕНКО ✉, М.С. ФОРНАРА, А.В. ДОЦЕВ

Медоносные пчелы (Apis mellifera L.) жизненно важны для существования многих сельскохозяйственных культур (рапс, подсолнечник, бобовые), а также для сохранения естественного биоразнообразия растений. Актуальность всестороннего изучения биологии медоносной пчелы возрастает с каждым годом. В первую очередь это вызвано намечающимися во всем мире (включая Российскую Федерацию) негативными процессами в популяциях медоносных пчел. Исторически на территории Европы и Африки обитал только один представитель рода Apis — медоносная пчела Apismellifera, образовавший в процессе эволюции значительное число рас (подвидов), способных свободно скрещиваться друг с другом. В дальнейшем вид Apis mellifera был расселен человечеством по всему миру. В настоящее время наиболее опасна потеря уникальных генофондов аборигенных подвидов пчел и их чистопородности вследствие бесконтрольной гибридизации (P. de la Rúa с соавт., 2009). При этом важное значение в сохранении естественного генетического разнообразия отечественных пород медоносной пчелы приобретает изучение генетической структуры и эволюционных взаимосвязей популяций A. mellifera на территории Российской Федерации, определение чистопородности имеющегося и импортируемого в страну племенного поголовья пчел, генетическая паспортизация пчел, выявление геномных ассоциаций с хозяйственно полезными признаками (яйценоскость маток, летная деятельность пчел, медовая и восковая продуктивность, устойчивость к паразитам, зимостойкость, компоненты маточного молочка, пчелиного яда), а также разработка методов оценки племенной ценности медоносных пчел. Необходимым условием сохранения и поддержания полиморфизма как компонента устойчивости популяции становится определение параметров групповых характеристик популяций и линий (Н.И. Кривцов с соавт., 2011). Также особую значимость при оценке состояния генофонда пород пчел и оптимизации подбора исходного материла для селекции приобретает изучение генетической структуры популяций племенных хозяйств и выяснение эволюционных отношений между географически изолированными популяциями. В представленном обзоре рассматриваются общие вопросы структурной организации микросателлитных маркеров (STR, short tandem repeats), основные модели их эволюции (H. Fan с соавт., 2007), а также возможные механизмы возникновения микросателлитных последовательностей в геномах эукариот (А.В. Омельченко, 2013). Микросателлиты представлены короткими тандемными повторами (размер мономерного звена от 2 до 6 п.н.), дисперсно расположенными по всей ядерной ДНК (W.S. Sheppard с соавт., 2000). Они могут быть локализованы как в некодирующих участках (в том числе в регуляторных областях), так и в кодирующих областях генома (I. López-Flores с соавт., 2012). Считается, что одним из ключевых процессов, приводящих к возникновению и способствующих экспансии микросателлитов, является образование разнообразных неканонических структур ДНК, благоприятствующих проскальзыванию вилок репликации (R.D. Wells, 1996). Микросателлитные локусы представляют собой очень удобный инструмент для анализа генетической структуры популяций, оценки степени инбридинга и гетерозиготности, вычисления коэффициентов генетического родства и определения степени интрогрессии. В обзоре описано применение STR маркеров для выявления эволюционной истории медоносной пчелы. Обобщены основные работы по изучению генетической структуры популяций Apis mellifera различных подвидов, встречающихся на территории Европы, Азии, Америки и Африки. Отдельно уделено внимание изучению популяций отечественных пород и породных типов медоносных пчел. STR маркеры продолжают оставаться чрезвычайно мощным средством геномного картирования, определения достоверности происхождения, популяционно-генетических и эволюционных исследований благодаря значительному числу характерных аллелей, высокой частоте происходящих мутационных событий и кодоминантному типу наследования.

Ключевые слова: медоносная пчела, микросателлитные маркеры, STR маркеры, эволюция, популяционная генетика, генофонд, интрогрессия.

 

 

POLYMORPHIC STR MARKERS AS A TOOL FOR POPULATION-GENETIC STUDIES OF Apis mellifera HONEYBEES (review)

O.Yu. Fomenko ✉, M.S. Fornara, A.V. Dotsev

The relevance of honey bee biology comprehensive study is increasing every year. Primarily, this is caused by the decline of honey bee populations which occurs all over the world including the Russian Federation. Historically, the Europe and Africa continents were the habitat of the only representative of genus Apis, the honey bee Apis mellifera from which a significant number of freely interbreeding races (subspecies) derived during evolution. Nowadays, due to human introduction of honey bees to other continents, Apis mellifera are found all around the world. The loss of unique gene pools and purebred status of native honey bee subspecies due to uncontrolled hybridization is a matter of great concern worldwide (P. de la Rúa et al., 2009). Therefore, evolutionary relationships and population genetics of A. mellifera, genetic control of domestic and imported breeding stock purity, breed authentication, genome-wide association mapping for traits of apicultural interest (e.g., queen performance, flight activity, honey and wax productivity, resistance to parasites, winter hardiness, royal jelly components, bee venom, etc.), and breeding value estimation are the key points of approach to biodiversity conservation in honey bees. The set of parameters characteristic of the population/line as a whole is the necessary base to preserve and maintain polymorphism as a component of population stability (N.I. Krivtsov et al., 2011). Genetic structure of breeding populations and relations between geographically isolated populations are relevant to characterize breed gene pool and optimize selection programs. The paper discusses general aspects of microsatellite structure, the main models of evolution (H. Fan et al., 2007) and putative mechanisms of origin in eukaryotic genomes (A.V. Omelchenko, 2013). Microsatellites are tandem repeats of short (2-6 bp) noncoding sequences that are dispersed throughout the nuclear genome (W.S. Sheppard et al., 2000). Microsatellites are located in both protein-coding and non-coding regions, including regulatory sequences (I. López-Flores et al., 2012). It is believed that microsatellites emerge and spread via formation of various non-canonical DNA structures that favor the slipping of replication forks (R.D. Wells, 1996). Microsatellite loci are a very convenient tool to analyze the genetic structure of populations, estimate genomic inbreeding and the level of heterozygosity, calculate genetic similarity coefficients, and determine the level of introgression. This paper overviews the use of STR markers for reconstruction of the honey bee evolutionary history. The principal research papers on population genetics of various A. mellifera subspecies from Europe, Asia, America, and Africa are comsidered. Special attention is paid to the Russian honey bee breeds and populations. To summarize, the STR markers due to the large number of alleles, the high frequency of mutational events and codominant type of inheritance continue to be extremely powerful tool for genomic mapping, verification of the genomic authenticity, and in genetic and evolutionary studies of populations.

Keywords: honey bee, microsatellite markers, STR markers, evolution, population genetics, gene pool, introgression.

 

ФГБНУ ФИЦ животноводства
ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста,
142132 Россия, Московская обл., г.о. Подольск,
пос. Дубровицы, 60,
e-mail: fomenych@rambler.ru ✉, margaretfornara@gmail.com, asnd@mail.ru

Поступила в редакцию
21 июля 2020 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML