Создание библиотеки геномов пчёл

Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA ARS) возглавляет проект «Beenome100», целью которого является создание высококачественных карт геномов как минимум 100 видов пчёл, отражающих разнообразие пчёл в Соединённых Штатах и представляющих каждую из основных таксономических групп пчёл в этой стране.

В стране насчитывается около 4000 видов местных пчёл — от гигантской разноцветной сонорской шмели до одиночной пчёлы Perdita minima размером 0,08 дюйма. Также существует более 55 видов неместных пчёл, некоторые из которых имеют важное сельскохозяйственное значение, например, европейская медоносная пчела и люцерновая пчела-листорез.

«Цель Beenome100 — создать первую в своём роде библиотеку высококачественных, детальных карт геномов, которая поможет исследователям ответить на важные вопросы: какие генетические различия делают одни виды пчёл более уязвимыми к изменению климата или будет ли вид пчёл, вероятно, более восприимчив к пестициду», — пояснил энтомолог Джей Эванс из Лаборатории исследований пчёл ARS в Белтсвилле, штат Мэриленд, и соруководитель проекта.

После картирования генома данные становятся общедоступными, чтобы учёные могли перейти к следующему шагу: установлению связи функций с конкретными генами. Данные размещаются в «i5k Workspace@NAL» — онлайн-«инструментарии» в Национальной сельскохозяйственной библиотеке ARS, который позволяет учёным из многих организаций совместно работать над биоинформатикой.

Энтомолог Майкл Бранстеттер из Исследовательского подразделения ARS по биологии, управлению и систематике насекомых-опылителей в Логане, штат Юта, добавил, что эти геномные карты, охватывающие таксономическое разнообразие пчёл, полезны по многим причинам. Бранстеттер недавно вернулся из поездки по сбору пчёл в южной Аризоне, привезя около 80 видов, которые были заморожены; некоторые из них будут секвенированы для включения в библиотеку Beenome100.

«Бывает трудно идентифицировать пчёл в полевых условиях, особенно крошечные виды. Когда присутствуют исчезающие виды пчёл, нам нужно быть осторожными, чтобы не собрать слишком много особей в ходе исследований, и этот риск, вероятно, растёт», — сказал Бранстеттер. — «Но при наличии задокументированного генома можно будет брать мазки с цветков на ДНК пчёл, которые их посещали, и эта информация может использоваться для неразрушающего мониторинга видов».

Один из видов, на котором это испытывается, — шмель Франклина, которого не видели десять лет в его крошечном ареале на юге Орегона и севере Калифорнии. Его геном был картирован по музейным образцам. Если система сработает и на мазке с цветка будет найдена соответствующая ДНК пчелы, это станет задокументированным доказательством обнаружения конкретной пчелы без изъятия образца из дикой природы.

В более широкой перспективе геномы пчёл помогут лучше понять, как пчёлы в целом вписываются в мир, как они меняются и варьируют в зависимости от окружающей среды — от эволюции специализации между видами пчёл и конкретными цветами до воздействия неместных видов пчёл.

«Возьмём, к примеру, находящуюся под угрозой маковую пчелу Мохаве — пустынную пчелу длиной в четверть дюйма, обитающую в частях Юты, Невады и Калифорнии, где она является очень важным специализированным опылителем исчезающих видов мака Лас-Вегаса и карликового мака. Она принадлежит к таксономическому семейству, которое никогда не секвенировали для геномики», — сказал Бранстеттер.

Он надеется, что больше знаний о её генах прояснит генетическую основу этой специализированной черты и то, как она эволюционировала.

Во время последней поездки по сбору в Аризоне Бранстеттер особенно охотился за необычным типом пчёл для добавления в библиотеку Beenome: паразитическими кукушковыми пчёлами — группой одиночных видов пчёл, которые размножаются, откладывая яйца в гнёзда других пчёл.

Паразитические кукушковые пчёлы считаются довольно редкими.

«Мы нашли не одну или две, их было много. Мы нашли экземпляры паразитических пчёл из трёх разных родов», — сказал он.

Это может быть одной из самых важных информаций, полученных в рамках проекта Beenome100, отметил Бранстеттер: «Информация, которая расскажет нам больше о том, какие пчёлы на самом деле есть в нашей среде, и о том, как лучше сохранить тех пчёл, которые у нас есть».