Měsíční résumé prof. Trubce, Bh.D. – únor 2020

V únorovém přehledu dění ve včelařském výzkumu se setkáme s celou řadou včelích parazitů. Od „klasiky“, jako je Varroa destructor a DWV, přes Varroa underwoodi, až po málo známou střevní trypanosomu Crithidia mellificae. Abychom však nepsali jen o nemocech, máme tu i ekologická témata: Jak si včela medonosná konkuruje s původními druhy včel či jak jsou včely citlivé na projevy změn klimatu, konkrétně na teplotu a vlhkost. A ze základního výzkumu se dovíme, že včely jsou pravačky, jak jim s věkem slábne imunita, co mohou říci vibracemi hrudních svalů nebo jak přesně si regulují vlhkost v úlech. Přejeme inspirativní čtení.


Spojení samiček Varroa destructor ve vícenásobně napadených buňkách včely medonosné

Association of Varroa destructor females in multiply infested cells of the honeybee Apis mellifera
Beaurepaire AL, Ellis JD, Krieger KJ, Moritz RFA
Insect Sci. 2019 Feb;26(1):128-134. doi: 10.1111/1744-7917.12529. Epub 2017 Nov 2

Genetická diverzita Varroa destructor je omezena oproti svému přirozenému rámci kvůli úzkým hrdlům populace a tendencí k inbreedingu. Ve světle závodů ve zbrojení mezi V. destructor a jeho včelou (Apis mellifera) může být roztoči užitečný jakýkoliv mechanismus zvyšující populační příměs. Jedna z cest, jakou může být takové příměsi dosaženo, je napadení jedné buňky dvěma geneticky nepodobnými jedinci, kdy se jejich potomstvo kříží.

Stanovili jsme příbuznost 393 párů zakladatelek V. destructor nalezených ve stejné buňce (n = 5 včelstev). K identifikaci genotypu jsme použili 6 mikrosatelitů a spočítali frekvenci párů s rozdílným nebo shodným genotypem. Nenašli jsme odchylku od náhodné koinvaze, ale frekvence buněk napadených roztoči s různými genotypy byla vysoká. Tato míra rekombinace spolu s vysokou mírou přenosu homogenizovala fond alel na včelnici.


Nepůvodní druhy včely medonosné nepřiměřeně dominují na nejhojnějších zdrojích potravy v místě s vysokou biodiverzitou

Non-native honey bees disproportionately dominate the most abundant floral resources in a biodiversity hotspot
Hung KJ, Kingston JM, Lee A, Holway DA, Kohn JR
Proc Biol Sci. 2019 Feb 27;286(1897):20182901. doi: 10.1098/rspb.2018.2901

Většina mutualistických vztahů rostlina-opylovatel je generalizovaná. Jako takové jsou náchylné k narušení hojnými nepůvodními opylovateli-generalisty jako je včela medonosná, jejichž počty mohou dosáhnout velkého rozměru a mohou pak navštěvovat mnoho druhů rostlin v místech, kam byly introdukovány. Navzdory velkému rozšíření nepůvodní včely medonosné zůstává její vliv na mutualismus při opylování v přirozených ekosystémech ne zcela pochopen.

V této práci porovnáváme vzorce návštěv rostlin včelou medonosnou a různorodými skupinami přirozených opylovatelů v jižní Kalifornii. Zjistili jsme, že množství jedinců včely medonosné roste s vydatností zdroje mnohem rychleji než množství jiných druhů hmyzu, takže procentuální podíl včely medonosné na květech roste s jejich vydatností. Včela medonosná tak má neproporcionální dopad na nejvydatnější druhy kvetoucích rostlin a na velké množství specializovaných i generalizovaných opylovatelů, které tyto rostliny navštěvují. Včela medonosná má tendenci přednostně využívat vydatné zdroje díky své schopnosti rekrutovat další sběračky. Tato forma sběru potravy může způsobit, že přirození opylovatelé sbírají potravu na méně vydatných zdrojích, aby se tak vyhnuli konkurenci.

Naše výsledky ukazují důležitost porozumění způsobu sběru potravy introdukovaných opylovatelů, abychom tak poznali jejich ekologický dopad.


Včela medonosná vykazuje v závislosti na kontextu sklon k „pravorukosti“

Honeybees show a context-dependent rightward bias
O’Shea-Wheller TA
Biol Lett. 2019 Feb 28;15(2):20180877. doi: 10.1098/rsbl.2018.0877

Lateralizované chování je u sociálního hmyzu biologicky významné, protože některé z těchto sklonů vznikly společně s eusocialitou. To nám také může pomoci vysvětlit jeho význam. V práci zkoumáme stranovou asymetrii v chování ekologicky významného sociálního hmyzu, včely medonosné. Experimenty ukazují, že sběračky při vletu do otevřených dutin výrazně častěji provádějí obraty vpravo, což je doprovázeno sníženou latencí při rozhodování, ale v experimentu v sekvenčním bludišti žádnou stranovou preferenci nevykazují. Preference pravé strany při průzkumu neznámých dutin je v souladu se současnou znalostí fyziologie včely medonosné, která říká, že pro smyslové zkoumání a reakce na ohrožení je lépe vybaveno pravé tykadlo a oko. Aplikováno na scénáře kolektivního hledání hnízda, tento jednotný sklon usnadňuje rozhodování o výběru hnízda a dosažení kvora. Lateralita naopak zdá se neposkytuje žádnou výhodu v uzavřených bludištích, kde spíše dominuje orientace dle hmatových stimulů (thigmotaxe). Výsledky každopádně ukazují, že včela medonosná má výrazné, i když kontextově podmíněné lateralizované chování, které jí pomáhá v různých sociálních situacích.


Stárnutí imunity včely medonosné je způsobeno vnitřním stárnutím a fyziologií chování

Immunosenescence in honey bees (Apis mellifera L.) is caused by intrinsic senescence and behavioral physiology
Lourenço AP, Martins JR, Torres FAS, Mackert A, Aguiar LR, Hartfelder K, Bitondi MMG, Simões ZLP
Exp Gerontol. 2019 May;119:174-183. doi: 10.1016/j.exger.2019.02.005. Epub 2019 Feb 8

Zatímco mladé dělnice včely medonosné (staré 0 až 2-3 týdny) provádějí práce uvnitř včelstva, včetně péče o plod (krmení), starší dělnice po následující 3-4 týdny vylétávají za potravou a poté vnitřní proces stárnutí kulminuje jejich smrtí. Naše hypotéza byla, že létavky hůře reagují na stimulaci imunitního systému než mladušky a že příčinou je nedostatečná imunitní odpověď létavek. Abychom tuto hypotézu otestovali, provedli jsme experiment, který nám umožnil oddělit chronologický věk a pracovní zařazení (krmení/sběr potravy) včel. Dělnice ze včelstva s normálním demografickým profilem (kde dělnice, jak stárnou, přirozeně přecházejí od krmení ke sběru potravy) a ze včelstva s dělnicemi stejného věku (krmičkami nebo létavkami) byly testovány na přežívání a schopnost aktivace imunitního systému po vpravení bakterií. K posouzení aktivace imunitního systému byla použita míra exprese genu antimikrobiálního peptidu defenzinu 1 (def-1). Sledovali jsme také, jestli součástí imunitní odpovědi je i exprese genů spojených se stárnutím a chováním, konkrétně vitellogeninu (vg), juvenilního hormonu (jhe) a peptidu podobného inzulínu (ilp-1).

Zjistili jsme signifikantní rozdíl ve stupni přežití včel různého věku, i když prováděly stejnou práci. Výsledky tedy ukazují, že imunitní odpověď včel je negativně ovlivněna vnitřním stárnutím. Dále po infikování bakteriemi měly létavky v porovnání s krmičkami zkrácenou dobu života nezávisle na věku, i když byly obě skupiny schopny indukovat transkripci def-1. Ve včelstvu s normální demografickou strukturou vedla aktivace imunitního systému k redukci exprese genů vg, jhe a ilp-1 u létavek, nikoliv však u krmiček, což ukazuje, že věk i pracovní náplň mají důležitý vliv na imunitní odpověď včel. Oddělením vlivu věku a druhu práce ve včelstvech s upraveným složením jsme zjistili, že exprese vg, jhe a ilp-1 na stimulaci imunitního systému je nezávislá na prováděné práci. Mladší včely byly schopny silnější imunitní reakce než starší včely, což ukazuje, že věk je důležitým faktorem imunity. Naše závěry poskytují nový pohled na vliv věku a chování na imunitní odpověď včel.


Regulace vlhkosti, klíčová schopnost eusociálního hmyzu: případová studie včely medonosné

Hygroregulation, a key ability for eusocial insects: Native Western European honeybees as a case study
Eouzan I, Garnery L, Pinto MA, Delalande D, Neves CJ, Fabre F, Lesobre J, Houte S, Estonba A, Montes I, Sime-Ngando T, Biron DG
PLoS One. 2019 Feb 8;14(2):e0200048. doi: 10.1371/journal.pone.0200048. eCollection 2019

Eusocialita přinesla různým druhům blanokřídlého hmyzu mnoho výhod, včetně jejich schopnosti regulovat fyzikální veličiny svého hnízda, např. teplotu. I když je méně studovaná, je i vlhkost  důležitým faktorem vývoje vajíček, larev a kukel a také koncentrace nektaru. K otestování schopnosti superorganismu (tedy včelstva) regulovat vlhkost svého hnízda (hypotéza hygroregulace) byly použity dva poddruhy včely medonosné evoluční linie M na čtyřech místech svého původního výskytu: dvě ve Francii (A. m. mellifera) a dvě v Portugalsku (A. m. iberiensis). Během jednotlivých období jednoho kompletního roku jsme denně sledovali schopnost pokusných včelstev regulovat vlhkost v úlech. Naše výsledky a jejich statistická analýza demonstrují schopnost včel regulovat vlhkost svých hnízd nezávisle na dni, období nebo poddruhu. Dále se ukázalo, že vlhkost v úlech zůstává stabilní dokonce i v zimě, kdy chybí plod a kdy je teplota v úlech méně stabilní. Výsledky ukazují, že vlhkost je důležitá pro včely všech vývojových stádií, což může být vtiskem evoluční historie blanokřídlých.


Rozdílná citlivost včel na změny tělesné teploty a obsahu vody způsobené urbanizací

Differential sensitivity of bees to urbanization-driven changes in body temperature and water content
Burdine JD, McCluney KE
Sci Rep. 2019 Feb 7;9(1):1643. doi: 10.1038/s41598-018-38338-0

Abychom uchránili organismy a fungování ekosystémů, je důležité předvídat reakci organismů na změny klimatu. Jak se ukázalo, silnou předpovědní hodnotu má teplotní tolerance, ale méně studovanou, byť potenciálně důležitou vlastností je i tolerance sucha.

V práci prezentujeme výsledky měření tolerance teploty sucha a jejich bezpečné hranice v oblastech různého stupně urbanizace u tří druhů včel: ploskočelky Agapostemon sericeus, včely medonosné a čmeláka Bombus impatiens. Měřením kritického teplotního maxima (CTmax) jsme zjistili významné rozdíly v teplotní toleranci sledovaných druhů. Na zahřívání byl nejméně citlivý čmelák (CTmax 53,1 °C), dále ploskočelka (5,3 °C) a nakonec včela medonosná (49.1 °C). Měřením kritického obsahu vody (CWC) jsme také zjistili signifikantní rozdíly v toleranci sucha jednotlivých druhů. Ploskočelka byla na vysychání nejméně citlivá (CWC 51,7 %), dále následoval čmelák (CWC 63,7 %) a opět nakonec včela medonosná (CWC 74,2 %). Ve více urbanizovaných oblastech byli čmeláci a ploskočelky blíže ke svému CTmax, včela medonosná pak ke svému CWC.

Výsledky ukazují, že včely mají rozdílnou citlivost ke změnám prostředí a k jejich ochraně proti změnám klimatu je nutné zmírnění změn teploty a vlhkosti.


Dělnice včely medonosné produkují nízkofrekvenční vibrace, které jsou spolehlivým indikátorem úrovně jejich aktivity

Honey bee workers generate low-frequency vibrations that are reliable indicators of their activity level
Hrncir M, Maia-Silva C, Farina WM
J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 2019 Feb;205(1):79-86. doi: 10.1007/s00359-018-1305-x. Epub 2018 Nov 21

Vyladění úrovně aktivity dělnic při provádění různých úkolů je u sociálního hmyzu základem organizace společenstva, vyžaduje však výměnu spolehlivých informací o úrovni aktivity jedinců. Signály, které tuto výměnu informací zprostředkovávají, zůstávají dosud do značné míry neobjasněny. V této studii popisujeme nízkofrekvenční vibrace hrudi produkované dělnicemi včely medonosné ve včelstvu, jejichž amplituda a zejména frekvence se znatelně zvyšuje spolu s úrovní individuální aktivity. Charakter těchto vibrací vyděluje tři hlavní skupiny včel: létavky, aktivní úlové včely a neaktivní úlové včely. Sběračky nektaru navíc modulují své nízkofrekvenční vibrace během předávání potravy trofolaxí úlovým včelám dle kvality nasbírané potravy. Tyto nízkofrekvenční vibrace jsou vzhledem k jejich zřejmému spojení s úrovní aktivity jedinců a jejich potenciální zřetelnosti při přímých kontaktech možným prostředkem skýtajícím jednoznačnou lokální informaci o motivačním stavu dělnic.


Pozoruhodně vysoká úroveň heterozygotnosti navzdory 20 letům inbreedingu linií včely medonosné

Strikingly high levels of heterozygosity despite 20 years of inbreeding in a clonal honey bee
Smith NMA, Wade C, Allsopp MH, Harpur BA, Zayed A, Rose SA, Engelstädter J, Chapman NC, Yagound B, Oldroyd BP
J Evol Biol. 2019 Feb;32(2):144-152. doi: 10.1111/jeb.13397. Epub 2018 Dec 7

Inbreeding (páření blízce příbuzných jedinců) má často škodlivý vliv způsobený ztrátou heterozygotnosti dominantních lokusů a expresí negativních recesivních alel. Naše schopnosti stanovení, které lokusy jsou v homozygotním stavu škodlivé a posouzení jejich vlivu na fenotyp, jsou stále nedostatečné. V této práci zkoumáme unikátní inbrední thelytokickou populaci včely kapské (A. m. capensis), abychom určili, které lokusy snižují v homozygotním stavu individuální finess. Tato nepohlavní populace vznikla z jediné dělnice asi před 20 lety a přežívá již nejméně 100 generací. Thelytokie je druh partenogeneze, který vede ke ztrátě 1/3 heterozygotnosti v každé generaci. Tato populace si však udržuje heterozygotnost v celém genomu díky selekci působící proti homozygotům. Hloubkové sekvencování jedné včely z každé ze tří známých podlinií této populace odhalilo, že 3766 z 10884 genů (34 %) si udrželo heterozygotnost ve všech podliniích, což naznačuje, že tyto geny mají selekční výhodu v heterozygotním stavu. Udržování heterozygotnosti stejných genů a oblastí genomu napříč subliniemi ukazuje, že téměř každý chromozom nese geny s dostatečnou selekční výhodou pro heterozygotnost, kdy homozygotní stav je škodlivý.


Genetická diverzita viru deformovaných křídel z včely medonosné a Varroa destructor

Genetic Diversity of Deformed Wing Virus From Apis mellifera carnica (Hymenoptera: Apidae) and Varroa Mite (Mesostigmata: Varroidae)
Jamnikar-Ciglenecki U, Pislak Ocepek M, Toplak I
J Econ Entomol. 2019 Feb 12;112(1):11-19. doi: 10.1093/jee/toy312

Virus deformovaných křídel (DWV) je jeden z nejrozšířenějších virů napadajících včelstva včely medonosné. Cesta nákazy je přímá kontaminovanou potravou, výkaly či vzduchem, nebo nepřímá prostřednictvím roztoče Varroa, který slouží jako vektor. Během výzkumu, který proběhl v letech 2007 až 2014, byly získány DWV pozitivní vzorky ze včelstev kraňského plemene (A. m. carnica) a z roztočů Varroa destructor z oblasti celého Slovinska. Byly porovnány sekvence 471 nukleotidů genu proteinu L a 573 nukleotidů genu helikázy. Mezi vzorky viru získanými z těchto slovinských včelstev i mezi téměř všemi kmeny nalezenými po celé Evropě byla pozorována vysoká genetická diverzita. Fylogenetická analýza dvou oblastí virového genomu ukázala, že některé ze vzorků získaných ze včel a z roztočů jsou si geneticky velmi podobné, což potvrzuje roli roztoče v přenosu DWV. Nález blízce příbuzných sekvencí také potvrdil, že tentýž kmen DWV byl úspěšně přenesen mezi včelstvy a včelnicemi. Bylo rovněž zjištěno, že poměrně častá je souběžná infekce včel dvěma i více kmeny DWV na jedné včelnici.


Ektoparazitický roztoč Varroa underwoodi parazituje na včele východní, nikoliv však na včele medonosné

Ectoparasitic Mites Varroa underwoodi (Acarina: Varroidae) in Eastern Honeybees, but not in Western Honeybees
Wang S, Lin Z, Dietemann V, Neumann P, Wu Y, Hu F, Zheng H
J Econ Entomol. 2019 Feb 12;112(1):25-32. doi: 10.1093/jee/toy288

Ektoparazitický roztoč Varroa destructor se rozšířil z včely východní (Apis cerana) na včelu medonosnou (A. mellifera) s katastrofálními globálními důsledky. Tento přesun byl pravděpodobně podpořen vysokou genetickou diverzitou V. destructor a bohatými příležitostmi k mezidruhovému přenosu. Není známo, zda tyto rysy vykazuje také roztoč Varroa underwoodi.

V této práci jsme provedli rozsáhlý výzkum v celé Číně, který zkoumal výskyt, morfologii, reprodukci a genetiku V. underwoodi ve včelstvech A. ceranaA. mellifera, abychom tak zaplnili mezery ve znalostech tohoto roztoče a abychom zjistili, zda také došlo k mezidruhovému přenosu. Navzdory velkému počtu vyšetřených včelstev byl V. underwoodi nalezen výhradně u A. cerana, a to v nízkých úrovních infestace. V populaci V. underwoodi byly detekovány tři genetické klady, které se však nelišily morfologicky ani ve schopnosti reprodukce. Genetická diverzita V. underwoodi nicméně zvyšuje šance na mezidruhový přenos, ačkoli se zdá, že příležitostí k tomuto přenosu je málo. Další výzkum tohoto opomíjeného druhu roztoče by nám pomohl lépe pochopit mechanismy přenosu roztočů Varroa spp. mezi druhy Apis a stanovit tak potenciální riziko pro obor včelařství.


Dvouvláknová RNA snižuje rychlost množení střevního parazita Crithidia mellificae

Double-stranded RNA reduces growth rates of the gut parasite Crithidia mellificae
de Sousa Pereira K, Piot N, Smagghe G, Meeus I
Parasitol Res. 2019 Feb;118(2):715-721. doi: 10.1007/s00436-018-6176-0. Epub 2019 Jan 4

Paraziti chovaných včel mohou nejen narušit včelstvo hostitele, ale mají vliv i na místní dynamiku parazitů včel, což může být hrozbou pro divoké včely. Ke zlepšení zdraví chovaných včel byla navržena řada léčebných opatření, například využití cesty interference RNA (RNAi) proti virovým patogenům.

Střevní trypanosomy jsou důležitou skupinou parazitů včel přinejmenším u dvou běžně chovaných druhů, Apis melliferaBombus terrestris (čmelák zemní). Některé trypanosomy vykazují aktivitu RNAi, zatímco jiné geny spojené s touto aktivitou (např. DCL nebo AGO) ztratily. V současnosti je možnost využití RNAi střevních trypanosom včel neprozkoumaná. V této práci jsme provedli screening genomu dvou prvoků včely medonosné (Crithidia mellificae a Lotmaria passim) a dvou prvoků čmeláků (Crithidia bombi a Crithidia expoeki) na přítomnost proteinů DCL a AGO. Navrhli jsme dvouvláknovou RNA (dsRNA) cílenou proti membránovému proteinu kinetoplastidů (KMP-11) Crithidia mellificae, jež potenciálně tohoto parazita zabíjí. Transfekce této KMP-11 dsRNA, ale i její pouhé přidání do růstového média vyústilo v malé snížení růstu trypanosomy Crithidia mellificae, což ukazuje omezený potenciál aplikace léčiv na bázi dsRNA zvládat infekci včely medonosné touto trypanosomou. U čmeláků se nenašel žádný aplikační potenciál proti Crithidia bombi, z genomu tohoto parazita jsme získali pouze nefunkční geny DCL a AGO.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *