Полиморфизм пяти экзонов гена vtg Apis cerana в популяциях России, Южной Кореи и Вьетнама

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Самыми известными представителями семейства Apidae являются медоносная пчела Apis mellifera и восковая пчела Apis cerana. По сравнению с медоносной пчелой A. cerana несколько меньше по размеру, хотя и схожа с ней. Восковая пчела обитает в умеренной и тропической Азии, распространена от Афганистана до Корейского полуострова и Японии, на севере – в предгорьях Гималаев, а также на востоке России и на юг через Индонезию. Изучение адаптации пчел к изменяющейся среде является фундаментальным вопросом в эволюционной биологии и имеет важное значение для защиты видов в условиях изменения климата. В данном исследовании было выполнено секвенирование пяти экзонов (с 3-го по 7-й) гена вителлогенина vtg с целью изучения таксономических отношений отдельных популяций и подвидов A. cerana. Наши предыдущие исследования генов дефензина 1 и 2 (def1 и def2) выявили своеобразие популяции A. cerana во Вьетнаме, вероятно, из-за географической изоляции этой популяции. В настоящем исследовании мы подтверждаем это предположение на основе анализа полиморфизма гена vtg, который кодирует белок, вовлеченный в генетический контроль иммунитета, овогенеза и продолжительности жизни. Различия в структуре белка могут иметь селективное значение для локальных популяций. Ген vtg также участвует в адаптации пчел к холодному климату. Считается, что выживание зимой долгоживущих поколений рабочих пчел связано в том числе с увеличением способности накапливать вителлогенин, что может определять различия в структуре белка у пчел, обитающих в различных условиях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. К. Кинзикеев

Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kinzikeev@bk.ru

Институт биохимии и генетики

Россия, 450054, Уфа

Р. А. Ильясов

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова

Email: kinzikeev@bk.ru
Россия, 119334, Москва

Д. В. Богуславский

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова

Email: kinzikeev@bk.ru
Россия, 119334, Москва

А. Ю. Ильясова

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова

Email: kinzikeev@bk.ru
Россия, 119334, Москва

Л. Р. Гайфуллина

Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: kinzikeev@bk.ru

Институт биохимии и генетики

Россия, 450054, Уфа

В. Н. Саттаров

Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы

Email: kinzikeev@bk.ru
Россия, 450077, Уфа

Е. С. Салтыкова

Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: kinzikeev@bk.ru

Институт биохимии и генетики

Россия, 450054, Уфа

Список литературы

  1. Ruttner F. Biogeography and Taxonomy of Honeybees // Berlin: Springer Sci. & Business Media, 1988. 284 p.
  2. Ruttner F. The evolution of honey bees // Neurobiology and Behavior of Honey Bees / Еds Menzel R., Mercer A. Berlin: Springer Sci. & Business Media, 1987. 334 p.
  3. Radloff S.E., Hepburn C., Hepburn H.R. et al. Population structure and classification of Apis cerana // Apidologie. 2010. V. 41. № 6. P. 589–601. https://doi.org/10.1051/apido/2010008
  4. Engel M.S. The taxonomy of recent and fossil honey bees (Hymenoptera: Apidae, Apis) // Hymenoptera Res. 1999. V. 8. P. 165–196.
  5. Ilyasov R.A., Park J., Takahashi J. et al. Phylogenetic uniqueness of honeybee Apis cerana from the Korean peninsula inferred from the mitochondrial, nuclear, and morphological data // J. Apicultural Sci. 2018. V. 62. P. 189–214. https://doi.org/2478/jas-2018-0018
  6. Ilyasov R.A., Lee M., Kim K.W. et al. Phylogenetic relationships of Russian Far-East Apis cerana with other North Asian populations // J. Apicultural Sci. 2019. V. 63. P. 289–314. https://doi.org/10.2478/jas-2019-0024
  7. Kim Y.H., Kim B.Y., Kim J.M. et al. Differential expression of major royal jelly proteins in the hypopharyngeal glands of the honey bee Apis mellifera upon bacterial ingestion // Insects. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3390/insects13040334
  8. Piulachs M.D., Guidugli K.R., Barchuk A.R. et al. The vitellogenin of the honey bee, Apis mellifera: Structural analysis of the cDNA and expression studies // Insect Biochem. and Mol. Biol. 2003. V. 33. P. 459–465. https://doi.org/10.1016/s0965-1748(03)00021-3
  9. Tanaka T., Roubik D.W., Kato M. et al. Phylogenetic position of Apis nuluensis of northern Borneo and phylogeography of A. cerana as inferred from mitochondrial DNA sequences // Insects Sociaux 2001. V. 48. P. 44–51. https://doi.org/10.1007/PL00001744
  10. Kent C.F., Amer I., Alexandra C., Amro Z. Adaptive evolution of a key gene affecting queen and worker traits in the honey bee, Apis mellifera // Mol. Ecol. 2011. V. 20. № 24. P. 5226–5235.
  11. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. Unipro UGENE: A unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. V. 28. № 8. P. 1166–1167.
  12. Kumar S., Stecher G., Li M. et al. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms // Mol. Biol. Evol. 2018. V. 35. № 6. P. 1547–1549.
  13. Liu C.H., Di Y.P. Analysis of RNA sequencing data using CLC Genomics Workbench // Mol. Toxicol. Protocols. 2020. P. 61–113.
  14. Jung C., Lee M. Beekeeping in Korea: Past, present, and future challenges // Asian Beekeeping in the 21st Century. 2018. P. 175–197.
  15. Кинзикеев А.К., Гайфуллина Л.Р., Гладких А.Н. и др. Филогенетические отношения подвидов китайской восковой пчелы Apis cerana из Южной Кореи, Вьетнама и России на основе данных нуклеотидной последовательности генов Defensin 1 и Defensin 2 // Изв. Уфимского науч. центра РАН. 2023. № 2. С. 72–78.
  16. Thai P.H., Toan V.T. Beekeeping in Vietnam // Asian Beekeeping in the 21st Century 2018. P. 247–267. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8222-1_11
  17. Toan T.V. Study on some biological and ecological characteristics of the hybrid between Dong Van indigenous honeybee breed (Apis cerana cerana Fabricius) with the local indigenous honeybee breeds (Apis cerana indica Fabricius) in some provinces in the North of Vietnam: PhD Тhesis. Vietnam: Hanoi Univ. Agriculture, 2012.
  18. Ilyasov R.A., Rašić S., Takahashi J. et al. Genetic relationships and signatures of adaptation to the climatic conditions in populations of Apis cerana based on the polymorphism of the gene vitellogenin // Insects. 2022. V. 13. № 11. https://doi.org/10.3390/insects13111053
  19. Kunkel J.G., Nordin J.H. Yolk proteins. Insect physiology, biochemistry and pharmacology // Pergamon Press. 1985. P. 83–111.
  20. Raikhel A.S., Dhadialla T.S. Accumulation of yolk proteins in insect oocytes // Annual Rev. Entomol. 1992. P. 217–251. https://doi.org/10.1146/annurev.en.37.010192.001245
  21. Valle D. Vitellogenesis in insects and other groups – a review // Scielo Brasil. 1993. V. 88. P. 1–26. https://doi.org/ 10.1590/s0074-02761993000100005
  22. Bose S.G., Raikhel A.S. Mosquito vitellogenin subunits originate from a common precursor // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1988. V. 155. № 1. P. 436–442. doi: 10.1016/s0006-291x(88)81105-7
  23. Dhadialla T.S., Raikhel A.S. Biosynthesis of mosquito vitellogenin // J. Biol. Chemistry. 1990. V. 265. № 17. P. 9924–9933.
  24. Heilmann L.J., Trewitt P.M., Kumaran A.K. Proteolytic processing of the vitellogenin precursor in the boll weevil, Anthonomus grandis // Arch. Insect Biochem. and Physiol. 1993. V. 23. № 3. P. 125–134. https://doi.org/10.1002/arch.940230304
  25. Yano K., Sakurai M.T., Izumi S., Tomino S. Vitellogenin gene of the silkworm Bombyx mori: Structure and sex-dependent expression // Federation Europ. Biochem. Soc. Letters. 1994. V. 356. № 2–3. P. 207–211. https://doi.org/ 10.1016/0014-5793(94)01265-2
  26. Kageyama Y., Kinoshita T., Umesono Y. et al. Cloning of cDNA for vitellogenin of Athalia rosae (Hymenoptera) and characterization of the vitellogenin gene expression // Insect Biochem. and Mol. Biol. 1994. V. 24. № 6. P. 599–605. https://doi.org/10.1016/0965-1748(94)90096-5
  27. Hiremath S., Lehtoma K. Complete nucleotide sequence of the vitellogenin mRNA from the gypsy moth: Novel arrangement of the subunit encoding regions // Insect Biochem. and Mol. Biol. 1997. V. 27. № 1. P. 27–35. https://doi.org/10.1016/s0965-1748(96)00067-7
  28. Wheeler D., Kawooya J.K. Purification and characterization of honey bee vitellogenin // Arch. Insect Biochem. and Physiol. 1990. V. 14. № 4. P. 253–267. https://doi.org/10.1002/arch.940140405
  29. Nose Y., Lee J.M., Ueno T. et al. Cloning of cDNA for vitellogenin of the parasitoid wasp, Pimpla nipponica (Hymenoptera: Apocrita: Ichneumonidae): Vitellogenin primary structure and evolutionary considerations // Insect Biochem. and Mol. Biol. 1997. V. 27. № 12. P. 1047–1056. https://doi.org/10.1016/s0965-1748(97)00091-x
  30. Мурашев С.В., Вышегородцева А.В. Молекулярное моделирование влияния заряда аминокислот и их функциональных групп на рН и зарядовое состояние белка // Изв. Санкт-Петербургского гос. аграрного ун-та. 2016. № 45. С. 72–78.
  31. Leipart V., Montserrat-Canals M., Cunha E.S. et al. Structure prediction of honey bee vitellogenin: A multi-domain protein important for insect immu-nity // Federation Europ. Biochem. Soc. Open Bio. 2022. V. 12. № 1. P. 51–70. https://doi.org/10.1002/2211-5463.13316

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Точки отбора образцов пчел A. cerana (1–14) в России, Южной Корее и Вьетнаме. Детализация мест отбора образцов пчел представлена в табл. 1.

Скачать (614KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Частота встречаемости полиморфных вариантов нуклеотидов в последовательностях экзонов 3–7 гена vtg у исследуемых образцов Apis cerana. Цветовая кодировка: синий – Южная Корея, красный – Вьетнам, зеленый – Россия. Нумерация нуклеотидов основана на референсной последовательности гена vtg (GenBank ID: NM_001328484.1). Первые три символа перед дефисом обозначают номер экзона, цифры указывают номер нуклеотида, буквы в скобках обозначают нуклеотидную замену, а последняя буква представляет референсную последовательность.  

Скачать (979KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кладистический анализ изменчивости нуклеотидных последовательностей экзонов 3–7 гена vtg у Apis cerana. Указаны маркировка образца (см. табл. 1) и название географической точки его сбора. В качестве референсной внешней группы использован образец Apis mellifera (изолят IT1 гена вителлогенина vtg), экзоны с третьего по пятый из GenBank под номерами MH755772, MH755807, MH755842, MH755877 и MH755912.  

Скачать (375KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025