Откуда произошла западная медоносная пчела (Apis mellifera)?

Родной ареал медоносной пчелы Apis mellifera охватывает Европу, Африку и Ближний Восток, в то время как девять других видов Apis встречаются исключительно в Азии. Поэтому принято считать, что A. mellifera возникла в Азии и распространилась в Европе и Африке. Однако были предложены и другие гипотезы происхождения A. mellifera, основанные на филогенетических деревьях, построенных на основе генетических маркеров. В частности, анализ, основанный на >1000 маркерах однонуклеотидного полиморфизма, поместил корень дерева подвидов A. mellifera среди образцов из Африки, что свидетельствует о внеафриканской экспансии. Здесь мы заново оцениваем доказательства этой и других гипотез, проверяя устойчивость топологии дерева к различным методам построения дерева и удаляя образцы с потенциально гибридным происхождением. Эти анализы не однозначно помещают корень дерева подвидов A. mellifera в Африку, и потенциально согласуются с различными гипотезами эволюции медоносной пчелы, включая экспансию из Азии. Наш анализ также подтверждает высокую дивергенцию между западными и восточными европейскими популяциями A. mellifera, что позволяет предположить, что они, вероятно, произошли от двух различных путей колонизации, хотя источники этих экспансий пока неясны.

Введение

Западная медоносная пчела, Apis mellifera, является видом, имеющим огромное экономическое, сельскохозяйственное и экологическое значение. Благодаря деятельности пчеловодов она сегодня распространена по всему миру, но ее родной ареал велик и разнообразен, охватывая Европу, Африку и Ближний Восток. Включая A. mellifera, общепризнанными являются 10 видов медоносных пчел, принадлежащих к роду Apis (Engel 1999; Arias and Sheppard 2005). Филогенетический анализ, основанный на маркерах ядерной ДНК и митохондриальной (мтДНК), подтверждает их объединение в три отдельные группы: пчелы, гнездящиеся в полости (A. mellifera, A. cerana, A. koschevnikovi, A. nulensis), гигантские пчелы (A. dorsata, A. laboriosa, A. binghami, A. nigrocincta) и карликовые пчелы (A. florea, A. andreniformis) (Arias and Sheppard 2005; Raffiudin and Crozier 2007) (рис. 1A). Кроме A. mellifera, все эти виды в настоящее время обитают только в Азии, а линия, давшая начало существующей A. mellifera, представляет собой ранний раскол от других гнездящихся в полостях пчел, поэтому наиболее вероятно, что A. mellifera в конечном итоге может вести свое происхождение из Азии.

На основе морфометрии было выделено не менее 29 подвидов A. mellifera (Ruttner 1988; Engel 1999; Sheppard et al. 2003). В настоящее время эти подвиды обычно делятся на четыре основные группы, поддерживаемые морфометрическими и генетическими исследованиями в дополнение к анализу экологических, физиологических и поведенческих признаков: группа А, включающая подвиды по всей Африке; группа М, включающая подвиды из Западной и Северной Европы; группа С, включающая подвиды из Восточной Европы; и группа О, включающая виды из Турции и Ближнего Востока (Ruttner et al. 1978; Ruttner 1988; Garnery et al. 1992; Arias and Sheppard 1996; Franck et al. 2000; Miguel et al. 2011). Однако некоторые исследования не делают различий между группами C и O (обозначая их обе как C) (Ruttner 1988; Cornuet and Garnery 1991; Garnery et al. 1992), и было предложено существование пятой линии (Y) в северо-восточной Африке (Franck et al. 2001).

Линия A. mellifera отделилась от других гнездящихся в полостях пчел, в конечном итоге диверсифицировалась на подвиды и колонизировала свой нынешний родной ареал. Оценки генетической дивергенции мтДНК и ядерных локусов показывают, что первое разделение произошло между 6 и 9 миллионами лет назад (Cornuet and Garnery 1991; Arias and Sheppard 2005). В отличие от этого, генетические различия между сохранившимися подвидами A. mellifera в основном общие, что говорит о том, что они не переживали длительных периодов изоляции. Генетическая датировка линий мтДНК позволяет предположить, что четыре основные группы подвидов разошлись примерно 0,7-1,3 миллиона лет назад (Garnery et al. 1992; Arias and Sheppard 1996). Имеется мало данных, позволяющих сделать вывод о географических ареалах, в которых обитала A. mellifera в период между отделением от предков других гнездящихся в полости пчел (более 6 миллионов лет назад) и колонизацией ими нынешних ареалов (начиная примерно с 1 миллиона лет назад). Однако генетические и морфологические связи между сохранившимися подвидами могут быть использованы для определения времени и места их общего происхождения.

Для эволюционного происхождения A. mellifera было предложено три основных сценария, кратко описанных на рисунке 1B. Первый, первоначально предложенный Раттнером и др. (1978), предполагает, что A. mellifera имеет исторический центр на Ближнем Востоке или в северо-восточной Африке, откуда она колонизировала Европу двумя путями: прямым восточным путем и западным путем через Северную Африку и Пиренейский полуостров (рис. 1B, i). Эта гипотеза была основана на морфологическом анализе, который предполагает непрерывность между линиями A (Африка) и M (Западная и Северная Европа) и предковую форму, близкую к A. m. syriaca из Ливана, Израиля и Иордании. Другая гипотеза, основанная в основном на анализе мтДНК (Cornuet and Garnery 1991; Garnery et al. 1992), также предполагает ближневосточное происхождение, но не включает колонизацию Европы западным путем (рис. 1B, ii). Этот сценарий основан на филогенетическом древе, которое группирует линию A с C, а не с M, аргументируя против миграции через Гибралтарский пролив.

Гипотеза африканского происхождения была выдвинута Э. О. Уилсоном (цитируя К. Д. Миченера) на основании предположения, что способность домашних A. mellifera образовывать зимнее скопление представляет собой производную адаптацию к умеренному климату (Wilson 1971). Утверждалось, что поскольку A. mellifera в настоящее время не встречается в тропической Азии, африканское происхождение гипотетической предковой тропической формы более вероятно. Наиболее полное на сегодняшний день генетическое исследование, основанное на 1136 ядерных однонуклеотидных полиморфизмах (SNPs), типировано у 341 особи из 14 географических подвидов A. mellifera и трех аутгрупп (A. cerana, A. florea, A. dorsata), высказалось в пользу этой гипотезы (Whitfield et al. 2006). Этот анализ подтвердил классификацию на четыре линии (A, C, M, O), основанную на предыдущих морфологических и генетических анализах. Линии М (Западная Европа) и С (Восточная Европа) оказались сильно дивергирующими, при этом линия М сгруппировалась с А (Африка), а линия С — с О (Ближний Восток). Аутгруппы были использованы для укоренения дерева, которое произошло внутри линии А, отделив A. m. intermissa (с крайнего северо-запада Африки) от других членов группы А. Таким образом, дерево распадается на два основных клада, один из которых объединяет род M (A. m. mellifera и A. m. iberiensis) вместе с A. m. intermissa, а другой содержит все остальные подвиды родов A, C и O. На основании положения корня в линии A было сделано предположение, что современные популяции A. mellifera могут происходить из Африки через две различные миграции — западную экспансию линии M в Европу и одну или несколько восточных экспансий линий O и C в Европу и Азию (рис. 1B, iii).

Понимание происхождения A. mellifera важно для отслеживания эволюции новых и местных адаптаций у вида, которому все больше угрожают болезни, изменение климата, потеря среды обитания и интрогрессия (De la Rúa et al. 2009; Potts et al. 2010). Между африканскими и неафриканскими подвидами существуют значительные различия в физиологии и поведении (Ruttner 1988; Hepburn and Radloff 1998). В целом, африканские подвиды демонстрируют миграционное поведение, высокий уровень размножения и сильное оборонительное поведение, в то время как подвиды в умеренном климате, напротив, более стационарны, с более низким уровнем размножения и менее агрессивной обороной. Важной адаптацией к умеренному климату является способность образовывать зимнее скопление и выживать без полетов в течение как минимум 5 месяцев в году. Кроме того, различные подвиды отличаются по устойчивости к заболеваниям. Понимание их эволюционного прошлого может стать ключом к пониманию того, как возникли эти адаптации. Вновь приобретенные адаптации к холоду позволили A. mellifera колонизировать Европу из Африки, или же исходная популяция уже обладала такими адаптациями?

Здесь мы повторно анализируем данные, представленные в Whitfield et al. (2006), и рассматриваем предыдущие генетические анализы, чтобы оценить поддержку различных гипотез происхождения A. mellifera. Сначала мы проанализировали уровни уникальных и общих вариаций среди линий и подвидов A. mellifera. Большая доля генетической вариации является общей между подвидами A. mellifera, что говорит о том, что они не переживали длительных периодов изоляции, и значительный поток генов, вероятно, делает интерпретацию раздвоенных деревьев проблематичной. Мы проводим анализ с использованием различных мер генетического расстояния и построения деревьев и изучаем устойчивость топологии дерева к удалению подвидов, особенно A. m. intermissa, который, по-видимому, имеет неясное происхождение. Мы используем эти анализы для проверки доказательств африканского или азиатского происхождения A. mellifera, а также существования пути колонизации в Европу через Африку на Пиренейский полуостров.

Материалы и методы

Образцы

Подробная информация об образцах, местоположении и идентификации SNPs описана в Whitfield et al. (2006). Набор данных состоял из 35 образцов подвидов A. mellifera из Восточной Европы (17 A. m. carnica, 18 A. m. ligustica), 31 из Западной Европы (20 A. m. mellifera, 11 A. m. iberiensis), 42 из Азии (19 A. m. anatoliaca, 11 A. m. caucasica, 9 A. m. syriaca, 3 A. m. pomonella) и 67 из Африки (19 A. m. intermissa, 22 A. m. scutellata, 19 A. m. lamarckii, 3 A. m. capensis, 2 A. m. litorea, 2 A. m. unicolor). Также были включены образцы трех родственных видов Apis (7 A. cerana, 2 A. florea, 4 A. dorsata).

Оценка дифференциации и филогенетический анализ

Уровни генетической вариации внутри каждого подвида с поправкой на размер выборки оценивались путем расчета θ Уоттерсона (Watterson 1975) с помощью пользовательского скрипта perl. Для анализа взаимоотношений между 14 подвидами A. mellifera мы измерили степень генетической дифференциации между каждой парой популяций, оценив FST (индекс фиксации), включая три вида-аутгруппы с помощью пользовательского perl-скрипта (Weir and Cockerham 1984). Кроме того, мы также непосредственно определяли парные генетические расстояния между отдельными образцами пчел на основе данных SNP, используя аллель-обменное расстояние в plink (Purcell et al. 2007). Филогенетические деревья были сгенерированы с помощью алгоритма объединения соседей в программе phylip (Saitou and Nei 1987). Филогенетические деревья были построены с помощью программы SplitsTree (Huson and Bryant 2006). Эта программа также использовалась для построения сетей из матриц расстояний, основанных как на аллельном обмене, так и на расстояниях, основанных на FST. Набор данных SNP был случайным образом повторен сто раз для создания набора бутстреп-реплик, на основе которых были вычислены новые матрицы расстояний и консенсусное дерево по мажоритарному правилу. Для иллюстрации альтернативных положений аутгруппы в отсутствие подвида A. m. intermissa, PAUP* (Swofford 2003) был использован для отсеивания деревьев, совместимых с решением, принятым по мажоритарному правилу, и вычисления второго консенсуса из оставшихся деревьев.

Результаты

В целом, 1029 SNPs из Whitfield et al. (2006) демонстрируют вариации внутри и/или между подвидами A. mellifera (Таблица 1 и Рис. 2A). Большинство SNP изменяются в нескольких подвидах и между несколькими группами, что говорит о том, что генетическая изменчивость в основном общая для всего ареала подвидов. В среднем 414 (40%) SNP полиморфны в одном подвиде в этом наборе данных, и в среднем 703 (68%) SNP полиморфны в одной группе. Триста шесть (30%) SNP полиморфны во всех четырех группах. Напротив, только в среднем пять (0,5%) SNP являются уникальными для подвида, и в среднем 47 (4,5%) SNP встречаются только в одной группе. Есть только один пример SNP, который фиксирован в подвиде (у A. m. unicolor), но не присутствует в других подвидах, и нет примеров SNP, которые фиксированы в группе, но отсутствуют в других группах. То, что большинство генетических вариаций являются общими, указывает на то, что подвиды A. mellifera не испытывали длительных периодов изоляции, и делает интерпретацию бифуркационных деревьев проблематичной.

Таблица 1
Количество SNP локусов, которые являются полиморфными в образцах каждого подвида Apis mellifera

Линия	Подвид	Количество образцов	Полиморфные SNP	Частные SNP	Фиксированные частные SNP
М	mellifera	20	564	4	0
	iberiensis	11	265	2	0
	All group	31	592	7	0
C	ligustica	18	637	8	0
	carnica	17	715	4	0
	All group	35	782	24	0
O	anatoliaca	19	501	2	0
	caucasica	11	239	0	0
	syriaca	9	314	4	0
	pomonella	3	293	0	0
	All group	42	595	31	0
A	scutellata	22	584	34	0
	lamarckii	19	549	3	0
	capensis	3	302	3	0
	litorea	2	216	1	0
	unicolor	2	72	1	1
	intermissa	19	552	5	0
	All group	67	845	126	1
Total	All groups	175	1029	—	—

На рисунке 2B показаны уровни генетической изменчивости внутри каждого подвида с поправкой на размер выборки (Watterson 1975). Хотя между подвидами существуют некоторые различия, многие из подвидов с необычными уровнями вариации имеют небольшой размер выборки, и поэтому показатели менее надежны. Уровни вариаций между группами существенно не различаются, поэтому нет никаких подтверждений большего генетического разнообразия в Африке, что было обнаружено в предыдущих исследованиях (Estoup et al. 1995; Franck et al. 2001). При таком анализе необходимо учитывать погрешности в определении SNP. В данном исследовании установление SNPs происходило из двух источников: выравнивание геномных следов африканизированных медоносных пчел (с европейским и африканским происхождением) с геномной сборкой (европейского происхождения) (54% полиморфных SNPs) и выравнивание ESTs, полученных от европейских медоносных пчел, с геномной сборкой (46% полиморфных SNPs). Следовательно, ожидается, что эта схема установления идентичности будет в основном выявлять SNP, которые изменяются в пределах Европы, с меньшим вкладом от SNP, изменяющихся между Европой и Африкой. Однако, поскольку мы наблюдали, что SNPs в основном общие между подвидами и группами, схема установления вряд ли вызовет большие погрешности в оценках уровней вариации между подвидами.

Мы исследовали взаимоотношения между подвидами путем составления соседних деревьев на основе FST расстояний между 14 подвидами A. mellifera и тремя видами-аутгруппами (рис. 3A). Кластеризация подвидов полностью подтверждает предыдущие анализы, основанные на морфометрических и генетических данных, с четырьмя отдельными группами, соответствующими линиям A, M, C и O. Более того, две европейские группы (M и C) находятся в отдаленном родстве, кластеризуясь с группами A и O, соответственно, как и в предыдущих анализах. Важно отметить, что форма деревьев FST отличается от формы деревьев Whitfield et al. (2006), основанных на расстояниях обмена аллелями между отдельными образцами (воспроизведено на рис. 3B): корень дерева FST разделяет кластеры A+M и C+O, а не находится в Африке, как показано на дереве обмена аллелями. Вместо того, чтобы группа А выглядела как парафилетическое сообщество, дающее начало европейской линии М и линиям С+О, а A. m. intermissa занимала промежуточное положение между группами А и М, африканские подвиды образуют монофилетическую кладу.

Предыдущий анализ Уитфилда и др. (2006) с использованием структуры четко разграничил почти все подвиды и объединил их в ранее определенные группы. Однако один подвид, A. m. intermissa, выделяется как смесь между предками A и M (Whitfield et al. 2006, p. 642; рис. 1С). Это может указывать на то, что данный подвид имеет недавнее гибридное происхождение, или что конкретные образцы не были истинными представителями подвида. Кроме того, образцы A. m. intermissa ветвятся ближе к группе M, чем другие африканские подвиды, что может указывать на то, что они содержат смесь предков групп A и M, как показал анализ структуры (Whitfield et al. 2006). Поэтому мы решили реконструировать филогенетические сети, а также провести дальнейший анализ обмена аллелями при удалении A. m. intermissa, чтобы убедиться в устойчивости деревьев, построенных по принципу «сосед-соединение», при столкновении с противоречивыми генеалогическими сигналами, потенциально обусловленными гибридизацией.

Когда A. m. intermissa включена в анализ, аутгруппа присоединяется с высокой поддержкой бутстрепа среди других африканских подвидов (рис. 3B). Однако, когда A. m. intermissa удаляется, мы обнаруживаем, что бутстреп-реплики восстанавливают две основные конкурирующие позиции для аутгруппы, ни одна из которых не помещает ее прочно и однозначно среди этих африканских подвидов (рис. 3C). Вместо этого, аутгруппа либо объединяется с группой M (68% бутстрап-деревьев), либо на ветви, разделяющей A+M и C+O (17% деревьев), последняя из которых близко соответствует дереву на основе FST (рис. 3A). Таким образом, мы обнаружили, что положение корня в Африке сильно зависит от образцов A. m. intermissa и не находит решающей поддержки в остальных данных. Тем не менее, данные не дают решающей поддержки единой топологии для взаимоотношений между группами линий. Для визуализации противоречий в данных мы использовали сети. Сеть, визуализирующая матрицу расстояний FST, обнаруживает несколько интересных особенностей (рис. 4A). Во-первых, A. m. intermissa занимает промежуточное положение между A и M, как и предполагалось в предыдущих анализах. Во-вторых, в центре дерева есть несоответствия, указывающие на то, что данные подтверждают несколько топологий взаимоотношений между четырьмя группами и корнем. Аналогичная картина наблюдается при рассмотрении каждого образца в отдельности (рис. 4B; более подробно показано на рис. S1). В этом анализе корень ветвится близко к группе А, хотя и не однозначно внутри нее. Интересно, что на этом дереве можно выделить ряд других образцов с потенциально гибридным происхождением. Некоторые образцы A. m. anatoliaca (группа О) и A. m. lamarckii (группа А) оказываются ближе к группе С. Это потенциально может указывать на недавнюю гибридизацию в результате пчеловодства с популярной расой, такой как A. m. carnica (группа С). Кроме того, образцы A. m. intermissa выглядят промежуточными по отношению к группам А и М, как и наблюдалось ранее. Из этих анализов ясно, что образцы тесно группируются в четыре группы, но внутри каждой группы подвиды менее легко отличить друг от друга по генетическим различиям.

Связь между кластерами A и M поддерживается морфологическим анализом и анализом Whitfield et al. (2006), хотя и не поддерживается некоторыми другими генетическими исследованиями (Cornuet and Garnery 1991; Garnery et al. 1992). Такая связь может быть сигналом древней колонизации западной и северной Европы через северо-западную Африку. Однако более недавняя гибридизация также могла породить эту картину. Мы построили дополнительное дерево, удалив A. m. intermissa и A. m. iberiensis, поскольку эти подвиды встречаются вблизи границы между Западной Европой и Северной Африкой (рис. S2). Мы обнаружили, что топология соответствует представленной на рисунке 2C, где ближайшие родственники группы M находятся внутри группы A. Это указывает на более тесную связь между западноевропейскими и африканскими медоносными пчелами, обитающими к югу от Сахары, чем между западными и восточноевропейскими медоносными пчелами. Таким образом, имеются веские доказательства связи между группами А и М.

Обсуждение

Основными эволюционными событиями, определившими текущую генетическую структуру современной A. mellifera, являются (1) древний раскол с другими видами медоносных пчел, гнездящихся в полостях, затем (2) расселение и дифференциация подвидов по их родным ареалам в Европе, Африке и на Ближнем Востоке, и, наконец, (3) дальнейшее расселение и смешение подвидов в результате деятельности человека. Самым древним свидетельством связи между человеком и медоносными пчелами является наскальная живопись в Испании, изображающая охоту за медом, датируемая примерно 7000 лет назад (Crane 1999). Однако археологических данных о времени более ранних событий мало. Самые древние ископаемые останки медоносных пчел относятся к олигоцену, но не было найдено ископаемых медоносных пчел из плиоцена, периода, когда, согласно молекулярной датировке, A. mellifera уже дивергировала от своих ближайших сохранившихся родственников (Garnery et al. 1992; Kotthoff et al. 2011). На основании сравнения локусов мтДНК, линия A. mellifera отделилась от других существующих медоносных пчел не менее 6 миллионов лет назад, а подвиды начали расходиться примерно 1 миллион лет назад. Эти оценки основаны на общепринятой скорости дивергенции последовательностей мтДНК у насекомых — 2% за миллион лет (Brower 1994). Надежность этой оценки не вполне определена (Papadopoulou et al. 2010), и в отсутствие недавних ископаемых невозможно уточнить ее конкретно для клады медоносных пчел. Однако наиболее вероятно, что дивергенция подвидов медоносной пчелы обусловлена древними миграциями, а не более поздними событиями, такими как экспансия из плейстоценовых ледниковых рефугиумов или еще более недавнее расселение с человеком.

Представляется разумным предположить, что первоначальное возникновение линии A. mellifera произошло в Азии, где в настоящее время обитают остальные девять видов медоносных пчел. Однако источник современных популяций A. mellifera остается неясным. Существуют два основных пункта разногласий между гипотезами их происхождения. Во-первых, была ли исходная популяция обнаружена в Африке или на Ближнем Востоке? Во-вторых, включала ли колонизация Европы западный маршрут через северо-западную Африку через Пиренейский полуостров? Были предложены следующие комбинации этих признаков: (а) ближневосточное происхождение, включая колонизацию Европы западным путем (Ruttner et al. 1978; Ruttner 1988) (рис. 1B, i), (б) ближневосточное происхождение, не включая западный путь колонизации (Garnery et al. 1992) (рис. 1B, ii), и (в) африканское происхождение, включая западный путь колонизации (Whitfield et al. 2006) (рис. 1B, iii).

Наличие, по крайней мере, четырех отдельных линейных групп подвидов A. mellifera (A, C, O, M) хорошо подтверждается генетическими и морфологическими данными. Однако исследования привели к противоречивым результатам о том, как эти кластеры связаны между собой. Одним из спорных моментов является наличие доказательств тесной связи между линиями A и M, что могло бы подтвердить западный путь колонизации Европы. На такую связь указывают морфологические данные (Ruttner et al. 1978; Ruttner 1988). Однако исследования, основанные на мтДНК, не объединяют эти группы вместе (Cornuet and Garnery 1991; Garnery et al. 1992), вместо этого отдавая предпочтение кластеризации групп C и A. Однако эта топология имеет очень низкую бутстреп-поддержку, что говорит о том, что хотя основные группы линий хорошо поддерживаются, взаимоотношения между ними выделить более проблематично. Несколько исследований, основанных на микросателлитных и мтДНК-маркерах, показывают, что подвиды из групп А и М четко различимы, хотя многие гаплотипы являются общими (Franck et al. 1998; De la Rua et al. 2002; Cánovas et al. 2007; Miguel et al. 2011). Анализ данного набора SNP данных показывает, что группа M наиболее тесно связана с A, и наиболее отдаленно — с C, которая также встречается в Европе. Это служит хорошим доказательством того, что две европейские линии произошли независимо друг от друга, и подтверждает существование западного пути миграции в Европу из Африки.

Другим предметом дискуссии является вопрос о том, откуда произошли современные подвиды A. mellifera. Один из вопросов заключается в том, была ли исходная популяция экспансии A. mellifera приспособлена к умеренному климату. Согласно одной из теорий, развитие этих адаптаций позволило экспансии в Европу из Африки, где сегодня находятся единственные местные тропические популяции A. mellifera (Wilson 1971). Однако современные популяции A. cerana обитают в умеренном климате в Азии (Corlett 2011), поэтому холодоустойчивость может быть исконной адаптацией медоносных пчел, гнездящихся в полости. Существуют также доказательства того, что генетическая изменчивость по микросателлитным локусам у африканских подвидов выше, чем у других групп (Estoup et al. 1995; Franck et al. 2001). Более высокое африканское разнообразие не наблюдается в данном наборе данных SNP, хотя, поскольку он не представляет собой объективную выборку SNP, дополнительное разнообразие африканских подвидов может быть упущено. Вполне вероятно, что эффективные размеры популяций в Африке больше. В настоящее время дикие колонии A. mellifera в Африке многочисленны, тогда как в Европе медоносные пчелы в основном ограничены управляемыми колониями с гораздо меньшей плотностью (Moritz et al. 2007; Dietemann et al. 2009). Кроме того, африканские подвиды вряд ли пострадали от узких мест в популяциях из-за четвертичных ледниковых периодов в той же степени, что и европейские популяции. Поэтому более высокое генетическое разнообразие в Африке не обязательно указывает на экспансию за пределы Африки и может просто отражать более долгосрочный эффективный размер популяции.

Понимание происхождения A. mellifera также может быть получено путем определения местоположения корня дерева подвидов. Это проблематично из-за большого количества общих вариаций и несоответствий во внутренних ветвях. Корень оказывается близко к узлу, соединяющему ветви A и M, но различные анализы помещают его либо в линию A, либо в предков обеих групп линий. Таким образом, данные SNP не дают однозначного ответа на вопрос о корне дерева. Здесь мы показали, что форма SNP-дерева подвидов A. mellifera чувствительна к включению A. m. intermissa, который не выглядит генетически отличным. Образцы A. m. intermissa, включенные в этот набор данных, могли быть затронуты потоком генов из группы линии M, или же результаты могут указывать на гибридное происхождение A. m. intermissa. Вполне вероятно, что несмещенная выборка SNPs даст более исчерпывающий ответ. В целом, хотя невозможно окончательно исключить ни одну из основных гипотез происхождения A. mellifera, гипотеза, впервые предложенная Раттнером (1978) (рис. 1B, i), предполагающая экспансию из области, близкой к местам обитания других видов Apis, хорошо согласуется с современными данными.

Полное понимание происхождения A. mellifera важно по нескольким причинам. Во время колонизации нынешних ареалов они испытали сильный отбор для адаптации (Zayed and Whitfield 2008). Правильное понимание происхождения и путей, по которым A. mellifera колонизировала новые среды, имеет решающее значение для понимания того, как и когда возникли эти адаптации. Кроме того, подвиды различаются по восприимчивости к основным заболеваниям, а африканские подвиды, в частности, обладают большей устойчивостью к клещам Varroa destructor (Dietemann et al. 2009). Какие адаптации являются производными, а какие уже присутствовали в предковых популяциях? Ответ на эти вопросы важен для нашего понимания биологии медоносной пчелы и может иметь последствия для ее сохранения.

Благодарности

Мы благодарим Чарльза Уитфилда за предоставление набора данных SNP.

Вспомогательная информация

Дополнительную вспомогательную информацию можно найти в онлайновой версии этой статьи:

Рисунок S1. Сеть, построенная из расстояний обмена аллелями между образцами, включая индивидуальные метки образцов.

Скачать файл №1
Скачать файл №2
Скачать файл №3

Рисунок S2. Соседнее дерево, построенное на основе расстояний обмена аллелями между образцами, исключая A. m. intermissa и A. m. iberiensis.

Скачать файл №4
Скачать файл №5
Скачать файл №6

Обратите внимание: Wiley-Blackwell не несет ответственности за содержание или функциональность любых вспомогательных материалов, предоставленных авторами. Любые запросы (кроме отсутствующих материалов) следует направлять автору-корреспонденту статьи.

Ссылки

Arias MC, Sheppard WS. Molecular phylogenetics of honey bee subspecies (Apis mellifera L.) inferred from mitochondrial DNA sequence. Mol. Phylogenet. Evol. 1996;5:557–566. 
[PubMed] [Google Scholar]

Arias MC, Sheppard WS. Phylogenetic relationships of honey bees (Hymenoptera:Apinae:Apini) inferred from nuclear and mitochondrial DNA sequence data. Mol. Phylogenet. Evol. 2005;37:25–35. 
[PubMed] [Google Scholar]

Brower AVZ. Rapid morphological radiation and convergence among races of the butterfly heliconius-erato inferred from patterns of mitochondrial-DNA evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994;91:6491–6495. 
[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

Cánovas F, Serrano P, De la Rúa J, Galián J. Geographical patterns of mitochondrial DNA variation in Apis mellifera iberiensis (Hymenoptera: Apidae) J. Zool. Syst. Evol. Res. 2007;46:24–30. 
[Google Scholar]

Corlett RT. Honeybees in natural ecosystems. In: Hepburn HR, Radloff SE, editors. Honeybees of Asia. Berlin: Springer-Verlag; 2011. pp. 215–225. 
[Google Scholar]

Cornuet JM, Garnery L. Mitochondrial-DNA variability in honeybees and its phylogeographic implications. Apidologie. 1991;22:627–642. 
[Google Scholar]

Crane E. The world history of beekeeping and honey hunting. New York: Routledge; 1999. 
[Google Scholar]

Dietemann V, Pirk CWW, Crewe R. Is there a need for conservation of honeybees in Africa? Apidologie. 2009;40:285–295. 
[Google Scholar]

Engel MS. The taxonomy of recent and fossil honey bees (Hymenoptera: Apidae; Apis) J. Hym. Res. 1999;8:165–196. 
[Google Scholar]

Estoup A, Garnery L, Solignac M, Cornuet JM. Microsatellite variation in honey-bee (Apis-mellifera L) populations – hierarchical genetic-structure and test of the infinite allele and stepwise mutation models. Genetics. 1995;140:679–695. 
[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

Franck P, Garnery L, Solignac M, Cornuet JM. The origin of west European subspecies of honeybees (Apis mellifera): new insights from microsatellite and mitochondrial data. Evolution. 1998;52:1119–1134. 
[PubMed] [Google Scholar]

Franck P, Garnery L, Solignac M, Cornuet J-M. Molecular confirmation of a fourth lineage in honeybees from the Near East. Apidologie. 2000;31:167–180. 
[Google Scholar]

Franck P, Garnery L, Loiseau A, Oldroyd BP, Hepburn HR, Solignac M, et al. Genetic diversity of the honeybee in Africa: microsatellite and mitochondrial data. Heredity. 2001;86:420–430. 
[PubMed] [Google Scholar]

Garnery L, Cornuet JM, Solignac M. Evolutionary history of the honey bee Apis mellifera inferred from mitochondrial DNA analysis. Mol. Ecol. 1992;1:145–154. 
[PubMed] [Google Scholar]

Hepburn HR, Radloff SE. Honeybees of Africa. Berlin: Springer-Verlag; 1998. 
[Google Scholar]

Huson DH, Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 2006;23:254–267. 
[PubMed] [Google Scholar]

Kotthoff U, Wappler T, Engel MS. Miocene honey bees from the Randeck Maar of southwestern Germany (Hymenoptera, Apidae) ZooKeys. 2011;37:11–37. 
[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

Miguel I, Baylac M, Iriondo M, Manzano C, Garnery L, Estonba A. Both geometric morphometric and microsatellite data consistently support the differentiation of the Apis mellifera M evolutionary branch. Apidologie. 2011;42:150–161. 
[Google Scholar]

Moritz RFA, Kraus FB, Kryger P, Crewe RM. The size of wild honeybee populations (Apis mellifera) and its implications for the conservation of honeybees. J. Insect Conserv. 2007;11:391–397. 
[Google Scholar]

Papadopoulou A, Anastasiou I, Vogler AP. Revisiting the insect mitochondrial molecular clock: the mid-Aegean trench calibration. Mol. Biol. Evol. 2010;27:1659–1672. 
[PubMed] [Google Scholar]

Potts SG, Biesmeijer JC, Kremen C, Neumann P, Schweiger O, Kunin WE. Global pollinator declines: trends, impacts and drivers. Trends Ecol. Evol. 2010;25:345–353. 
[PubMed] [Google Scholar]

Purcell S, Neale B, Todd-Brown K, Thomas L, Ferreira MAR, Bender D, et al. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. Am. J. Hum. Genet. 2007;81:559–575. 
[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

Raffiudin R, Crozier RH. Phylogenetic analysis of honey bee behavioral evolution. Mol. Phylogenet. Evol. 2007;43:543–552. 
[PubMed] [Google Scholar]

De la Rua P, Galian J, Serrano J, Moritz RFA. Microsatellite analysis of non-migratory colonies of Apis mellifera iberica from south-eastern Spain. J. Zool. Syst. Evol. Res. 2002;40:164–168. 
[Google Scholar]

De la Rúa P, Jaffé R, Dall’Olio R, Muñoz I, Serrano J. Biodiversity, conservation and current threats to European honeybees. Apidologie. 2009;40:263–284. 
[Google Scholar]

Ruttner F. Biogeography and taxonomy of honeybees. Berlin: Springer-Verlag; 1988. 
[Google Scholar]

Ruttner F, Tassencourt L, Louveaux J. Biometrical-statistical analysis of the geographic variability of Apis mellifera L. Apidologie. 1978;9:363–381. 
[Google Scholar]

Saitou N, Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol. 1987;4:406–425. 
[PubMed] [Google Scholar]

Sheppard WS, Meixner MD, Hepparda WSS, Eixnera MDM. Apis mellifera pomonella, a new honey bee subspecies from Central Asia. Apidologie. 2003;34:376–375. 
[Google Scholar]

Swofford DL. PAUP*. Phylogenetic analysis using parsimony (*and other methods) Sunderland, MA: Sinauer Associates; 2003. 
[Google Scholar]

Watterson GA. On the number of segregating sites in genetical models without recombination. Theor. Popul. Biol. 1975;7:256–276. 
[PubMed] [Google Scholar]

Weir BS, Cockerham CC. Estimating F-statistics for the analysis of population structure. Evolution. 1984;38:1358–1370. 
[PubMed] [Google Scholar]

Whitfield CW, Behura SK, Berlocher SH, Clark AG, Johnston JS, Sheppard WS, et al. Thrice out of Africa: ancient and recent expansions of the honey bee, Apis mellifera. Science. 2006;314:642–645. 
[PubMed] [Google Scholar]

Wilson EO. The insect societies. Harvard: Belknap Press; 1971. 
[Google Scholar]

Zayed A, Whitfield CW. A genome-wide signature of positive selection in ancient and recent invasive expansions of the honey bee Apis mellifera. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008;105:3421–3426. 
[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]