Eines de diagnòstic genètic de les abelles de mel europees
2022/03/01 Gorrochategui, June - Applied Genomics and Bioinformatics taldeko ikertzailea (EHU) | Galartza, Egoitz - Applied Genomics and Bioinformatics taldeko ikertzailea (EHU) | Parejo, Melanie - Applied Genomics and Bioinformatics taldeko ikertzailea (EHU) | Estonba, Andone Iturria: Elhuyar aldizkaria
Apis mellifera o abella de mel és en l'actualitat el pol·linitzador més important del món, tant ecològic com econòmicament, i s'utilitza amb freqüència per la producció de mel i la pol·linització de cultius forestals. Tanmateix, aquestes abelles estan amenaçades per diversos factors. Entre elles, la reducció de la diversitat genètica i la pèrdua de subespècies locals adaptades al mitjà, tenen una notable influència, tant pel creixement i importació comercial de reines a gran escala com per l'apicultura migratòria a llarga distància. Per garantir la salut de la població mundial és necessari assegurar la conservació de les subespècies locals i mantenir la seva herència natural i la seva capacitat d'adaptació. Europa és rica en el patrimoni genètic de les abelles de mel (representades per almenys 13 subespècies de 4 llinatges evolutius de 5 llinatges definits en l'espècie) i ha estat una regió fonamental per la conservació i el desenvolupament d'eines que la facilitin. Per això, en el marc del projecte europeu SmartBees s'ha desenvolupat un microxip d'ADN que permetrà la identificació de subespècies d'abelles de mel europees. Diagnòstic.- Aquesta eina facilitarà i impulsarà les activitats encaminades a preservar la conservació sostenible, el comerç controlat de reines, la verificació de productes d'apicultors i el patrimoni genètic de les abelles locals.
Protegir la diversitat de la mel
Les abelles de la mel ( Apis melllifera) es troben en diversos ecosistemes, distribuïts en diverses llegendes evolutives i almenys 30 subespècies. En Europa existeix una gran part d'aquesta diversitat, amb nombroses subespècies endèmiques dividides en quatre llinatges: Àfrica (A), Europa central i oriental (C), Europa occidental i septentrional (M) i Orient Pròxim i Àsia Central (O). Tanmateix, l'activitat humana ha anat disminuint progressivament la diversitat genètica de les abelles de mel europees i el seu territori natural. Precisament pel comerç i importació de reines i la transhumància de llarga distància, un de les pors que existeixen és que les poblacions d'abelles de mel autòctones adaptades al mitjà es veuran reduïdes o perdudes, representades per abelles no autòctones o per simple hibridació. Està demostrat que les abelles de mel adaptades al mitjà tenen una major capacitat de supervivència. Per tant, és important fomentar el creixement de les abelles perquè l'abella pugui durar a llarg termini.
En Europa s'han posat en marxa nombrosos projectes per la conservació i el creixement de les abelles de mel autòctones, entre ells els programes de millora genètica. L'èxit depèn del control del camp de fertilització i del seguiment de l'origen genètic de la població. En aquest sentit, és necessària una eina d'anàlisi genètica ràpida, precís i accessible.
El projecte SmartBees va començar amb l'objectiu de desenvolupar noves eines moleculars que permetessin descriure i conservar la diversitat de les abelles de mel europees. Així, mitjançant un mostreig exhaustiu de l'abella, s'ha dissenyat una eina composta per marcadors genómicos d'un sol nucleòtid que permet descriure la seva diversitat genètica (SNP) i identificar la subespècie de qualsevol abella europea.
Procediment
S'han mostrejat 22 poblacions (Figura 1) que representen als quatre llinatges evolutius europeus i a les 14 subespècies que es poden trobar en Europa i regions pròximes. Pel mostreig de les poblacions s'han pres 100 obreres procedents de ruscos no relacionats entre si. En total, més de 2.000 mostres, el mostreig més complet fet fins a la data amb abella de mel europea.
Una vegada agrupades les mostres segons la població d'origen, s'ha extret i seqüenciat el seu ADN. A partir de les dades de la seqüenciació s'han seleccionat els marcadors genètics amb major informació sobre l'origen. És a dir, els marcadors genètics que millor caracteritzen a les 14 subespècies d'abelles de mel d'Europa, superant en total els 4.000 polimorfismes mononucleòtids (SNP). Els resultats de la genotipación s'han representat utilitzant el diagrama t-SNE. Aquest diagrama agrupa les mostres de la forma més compacta possible en un mapa bidimensional, substituint cada individu per un símbol (Figura 2). Amb aquest mètode, les abelles mostrejades s'han agrupat en grups aïllats (núvols de punts) en funció del seu llinatge evolutiu o subespècie. L'única subespècie mostra del llinatge africà, A . m . ruttneri ,? es ha situat en el centre del gràfic, entre la resta de grups. En el llinatge O, les abelles? A . m . cypria han aparegut completament separades de tres abelles menys diferents entre si (? A . m . anatoliaca ,? A . m . caucasia i A. m. remipes). Les dues subespècies del llinatge M han estat ben diferenciades, agrupant les poblacions de A . m . mellifera en tres subgrups. Aquests subconjunts representen regions de mostreig remotes (regió de Burzyan, Rússia, clúster suprem? de? A . m . mellife en la figura 1) o regions aïllades (Illa de Læsla, Dinamarca, clúster inferior de A. m . mellife ) . Les mostres del llinatge C s'han dividit en tres subgrups: (i) La? abella? A . m . ligustica , ( ii )? A . m . carnica al costat de diverses abelles? A . m . carpatica i (iii) un subgrup heterogeni d'abelles? A . m . macedonica ,? A . m . cecropia ,? A . m . adami ,? A . m . rodopica i altre? A . m . carpatica .
Assajos addicionals i model d'aprenentatge automàtic
A més, s'han genotipat altres 1.900 abelles procedents de ruscos per la cria de SmartBees en tota Europa. Amb aquestes 1.900 mostres, juntament amb les 2.000 ja genotipades (més de 3.900 mostres en total), han elaborat un model estadístic que classifica les abelles de mel europees utilitzant algorismes d'aprenentatge automàtic. Aquest model permet calcular la probabilitat de què una mostra sigui una de les 14 subespècies europees. Els models automàtics d'aprenentatge tenen un costat bo, no es basen en hipòtesis prèvies, per que poden detectar diferències subtils. Aquesta característica ha estat especialment important pel nostre estudi, ja que ens ha permès diferenciar aquestes grans quantitats de subespècies amb una estreta relació genètica. En l'article original ( Momeni et al. 2021), es poden trobar més detalls sobre mètodes específics de censura.
Precisió en l'assignació de subespècies
El model ha assignat correctament la majoria de les mostres amb una precisió mitjana del 96,2%. La millor forma de visualitzar aquests resultats és mitjançant una matriu de confusió, que representa els percentatges de mostres prèviament classificades correctament o incorrectament (Figura 3). Les xifres de la diagonal central indiquen el percentatge de mostres correctament classificades, mentre que els triangles superior i inferior representen les mostres mal classificades. La classificació serà errònia quan les mostres anunciades pel model i les etiquetades siguin subespècies diferents. Aquests errors s'han produït, d'una banda, quan els etiquetatges de les mostres assajades han estat erronis i, per altre, quan les diferències entre les poblacions de referència han estat mínimes, bé per la seva proximitat geogràfica, bé per interferències humanes.
Perquè aquest model sigui aplicat en els programes i programes de conservació hem establert un llindar mínim del 90%. Així, si el pronòstic d'una mostra és inferior al 90%, es classificarà com “no assignat”. Si supera el límit s'assignarà a la subespècie corresponent.
Reptes de la diversitat i pròxims passos
La diversitat de les abelles de mel europees ha suposat un gran repte a l'hora de dissenyar una eina de diagnòstic de subespècies. La divergència dels llinatges evolutius ha fet possible que la diferenciació genètica hagi estat senzilla, utilitzant uns pocs SNP. Tanmateix, la distinció entre subespècies ha estat més difícil pel fet que la divergència entre espècies del mateix sobirà ha estat recent i, per tant, genèticament similars. A més, en algunes regions europees no estan definides les fluctuacions del canvi? de subespècies? A . mellifera, i l'entrada artificial d'abelles estrangeres ha difuminat les fronteres naturals entre subespècies. També pot ocórrer que els programes nacionals hagin interferit en el flux natural dels gens i alterat el patrimoni genètic de la subespècie original. En conseqüència, algunes subespècies s'han classificat fàcilment mitjançant el nostre instrument, mentre que altres mostres han quedat sense assignar. Tanmateix, es tracta d'una eina dinàmica adaptable que permet millorar la base de dades de referència i/o introduir noves subespècies. En aquest sentit, tenint en compte les recerques en curs, el mètode és aplicable a la siciliana? A . m .? de Sicília .
Disponibilitat
Amb aquest instrument es podrà determinar l'origen genètic de més mostres, que resultarà imprescindible en molts aspectes: els apicultors podran determinar la seva subespècie i grau d'hibridació d'abelles i fer aval als seus productes; els responsables de la conservació europea podran controlar les taxes d'hibridació de ruscos en dipòsits; els veterinaris podran controlar el comerç de reines; i els criadors de les abelles asseguraran la seva subespècie de reines.
Publicació científica completa
Agraïments
Aquesta recerca l'hem dut a terme amb mostres d'apicultors, criadors i col·laboradors. Agraïm la seva col·laboració. El projecte SmartBees ha estat finançat per la Comissió Europea dins del programa FP 7 KBBE (02.01.2013, Grant nr. 613960). Melanie Parell ha rebut subvenció del Govern Basc (IT1233-19).
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
