Расшифровка генома медоносной пчелы является самым приятным шагом в исследованиях над этим видом насекомых, как открытие генеологического древа и расшифровки танца пчел. Первые анализы этого генома, основанные на исследованиях, в которых участвовало более 200 ученых, опубликованы 26 октября 2006 г. в журнале «Nature».
С генома можно считать всю генетическую информацию, хранящуюся в клетках организма. Геном складывается из хромосом, которых у пчелы насчитывается 16. Гены, в свою очередь, состоят из молекул ДНК, имеющих вид длинных нитей, отстроенных из четырех органических оснований: аденина, цитозина, гуанина и тимина. Эти нити образуют спираль.
Микробиологи соответствующими методами с помощью аппаратуры смогли установить порядок (расположение) оснований в нити ДНК. Гены являются фрагментами хромосом с одинаковым расположением оснований в нити ДНК. В клетках организма информация, получаемая из расположения оснований, как бы считывается и соответственно участвует в процессе синтеза белков, являющихся основой всех структур в организме. Из них составляются энзимы, которые регулируют процессы в организме.
Каждая клетка тела пчелы имеет в своем ядре 16 хромосом, содержащих в общей сложности 10157 генов. Некоторые гены в настоящее время не идентифицированы. Геном пчелы характеризуется наибольшей частотой рекомбинаций (т.е. появляются новые свойства в результате обмена генетической информацией между двумя гомологическими хромосомами во время деления ядра), какие когда-либо отмечалась у животных.
Касты у общественных насекомых, т.е. выделение маток и работников, это исключительное явление в процессе эволюции. Ни у одного из видов животных, геном которых к настоящему времени изучен, нет деления на касты, и это особенно заинтересовало ученых. Из оплодотворенных яиц пчелиной матки могут появляться и матки, и рабочие пчелы. Каждая личинка пчелы имеет гены, необходимые обеим кастам. То, какие из них будут активизированы, зависит от вида корма, которым питается личинка. Пчелиное молочко, которым кормятся матки, содержат известное уже специфические белки. В ходе анализа генома рабочих пчел открыты гены, ответственные за образование некоторых из этих белков. Среди этих генов 9 соседствуют рядом на одной хромосоме. Если сравнивать структуру этих генов со структурой генов фруктовой мухи (Drosoрhila melanogaster), то видно некоторое сходство между ними. Но похожие гены у фруктовой мухи играют совершенно другую роль – они являются ответственными за окраску этого насекомого. Это означает, для того чтобы обеспечить разделение пчел на касты, новые гены не нужны. Проще говоря, уже существующие гены играют новую роль.
Если пчелиная личинка выкармливается пчелиным молочком, то в ней активизируются определенные гены, благодаря которым из нее может развиться пчелиная матка. Активизацию генов обеспечивает находящиеся среди них фрагменты хромосом с определенным расположением оснований. Когда соответствующие белки из пчелиного молочка отложатся в упомянутых фрагментах, находящийся в них ген начинает делиться. Если сравнивать между собой, а также с соответствующими фрагментами хромосом других организмов, фрагменты генов, характерных для рабочих пчел, и генов, характерных для маток, то оказывается, что у рабочих пчел нет никаких особых свойств, они и не отличаются от аналогичных фрагментов у фруктовой мухи. У маток же, наоборот, открыты полностью неизвестные до сего времени фрагменты, из чего можно сделать вывод, что в процессе эволюции каста маток является новой, более молодой, а каста рабочих пчел более старой, первичной.
Естественный корм пчел (нектар и пыльца) содержит очень мало микробов и выделяемых ими токсичных веществ. Мед же, который служит пчелам, в основном, в качестве зимнего корма, отличается антибиотической активностью, а высокое содержание в нем сахаров, дополнительно подавляет рост вредных грибов. Однообразным питанием и малой вероятностью присутствия в нем токсичных веществ можно объяснить то, что пчелы имеют довольно мало рецепторов вкуса и соответствующих генов, так как относительно редко они могут быть встречаться с такого вида составляющими корма. Таких рецепторов и генов у них меньше, чем у фруктовой мухи, которая питается в основном гнилыми фруктами. Пчела же имеет значительно больше рецепторов запахов, поскольку в темном улье тысячи пчел общаются между собой посредством феромонов. Для восприятия и идентификации различных ароматических сигналов им необходимо очень развитое обоняние.
В последние годы отвергнуты давнишние взгляды, касающиеся системы иммунитета у насекомых. Долгие годы считали, что иммунная система имеется только у позвоночных, а насекомые вырабатывают только несколько антибиотических веществ, с помощью которых способны достаточно примитивным способом защищать себя от болезнетворных микроорганизмов. Однако со временем выяснилось, что иммунная система насекомых значительно более сложная. Оказалось, что у них может развиваться своего рода иммунная память. Это позволяет им в процессе первого контакта с болезнетворными микроорганизмами, которые им удалось победить, запомнить молекулярный знак, отличающий эти микроорганизмы. Позже эти «знания» позволяют пчелам быстро и эффективно противостоять им. Огромные запасы корма, а также количество расплода, которые в определенное время находятся в улье, образуют для всякого рода паразитов и болезнетворных микроорганизмов благоприятную среду. Но каждый из них имеет на выбор множество особей в определенном состоянии, и очень мало возможностей перехода на других особей. Поэтому неожиданным оказался результат сравнения количества генов, ответственных за иммунную систему у пчел, фруктовых мух и комаров. Таких генов у пчел на 50% меньше. Поскольку пчелам, несмотря на присущие их болезни, в мировом масштабе вымирание не грозит, предполагаемая иммунная система не является для них, в конечном итоге, так уж важной.
Знакомство с расположением оснований в молекулах ДНК в геноме пчелы облегчает изучение их генов. Чем больше генов, ответственных за разные способы поведения пчел или их свойства, важные для селекции, окажется открыто, тем легче будет можно разрабатывать такие программы селекции, которые в будущем позволят значительно эффективнее проводить отбор лучших линий разводимых пчел.
M. Lattorff
Deutsches Bienen-Journal № 1/07
Пер. В. Ефимов
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
