Где пчёлы? Новый метод отслеживает, какие цветы они опыляют

Исследователи из Университета Восточной Англии (UEA) и Института Эрлхэма (EI) разработали новый метод быстрой идентификации источников пыльцы, собранной пчёлами, чтобы понять, какие цветы для них важны.

Пчёлы в Великобритании и Европе стремительно исчезают, как и дикие цветы, от которых они зависят. Пчёлы играют ключевую роль в экосистемах, и треть всех продуктов питания зависит от их опыления. Только экономическая стоимость опыления пчёлами оценивается в 265 миллиардов фунтов стерлингов в год по всему миру.

Основные угрозы для пчёл включают широкое использование пестицидов в сельском хозяйстве, паразитов, болезни, изменение климата и, что особенно важно, — потерю ценного биоразнообразия. Один из способов помочь увеличить их численность — посадка правильных диких цветов для улучшения среды обитания.

Однако неясно, какие виды растений наиболее предпочтительны для разных опылителей и как это может меняться со временем. Фермерам важно знать, посещают ли опылители нужные им растения. Исторически учёные использовали световую микроскопию для идентификации отдельных пыльцевых зёрен — метод был трудоёмким и непрактичным.

Для более точного и быстрого анализа учёные разработали метод «Обратной метагеномики» (Reverse Metagenomics, RevMet). Он позволяет идентифицировать растения, которые посещали отдельные пчёлы, с помощью портативного секвенатора ДНК MinION от Oxford Nanopore Technologies.

Портативность оборудования означает, что анализ можно проводить непосредственно на месте сбора пчёл, что значительно расширяет понимание их предпочтений в масштабах страны.

Как работает метод RevMet

• В отличие от стандартной метагеномики, где короткие фрагменты ДНК сравнивают с полными геномами, в RevMet используют «референсные скиммы» (reference skims).
• Референсная скимма — это результат дешёвого секвенирования, которое лишь частично покрывает полный геном растения и не требует его сборки.
• Для тестов были быстро созданы скиммы 49 видов диких растений Великобритании. Сборка полных геномов заняла бы месяцы и большие деньги.
• Пыльцу отдельно секвенируют на MinION, который генерирует длинные последовательности ДНК. Затем эти длинные последовательности идентифицируют по 49 референсным скиммам.

Этот метод не только определяет виды растений в смешанном образце, но и позволяет измерить относительное количество пыльцы каждого типа. Результаты показали, что медоносные пчёлы и два вида шмелей демонстрируют высокое предпочтение к одному виду растений за одну кормовую поездку.

Перспективы применения

Метод RevMet можно применять не только для сохранения опылителей, но и для устойчивого повышения урожайности культур, зависящих от опыления. Он также поможет понять, конкурируют ли определённые дикие цветы с сельскохозяйственными за опылителей, и изучить поведение опылителей на больших территориях.

Кроме того, метод пригоден для анализа других смешанных образцов, таких как:

• Навоз травоядных — для изучения диеты.
• Воздух — для идентификации аллергенной пыльцы и патогенов сельскохозяйственных культур.

Исследование «Semi-quantitative characterization of mixed pollen samples using MinION sequencing and Reverse Metagenomics (RevMet)» опубликовано в журнале Methods in Ecology and Evolution 7 августа 2019 года.