Die genetische Diversität der Honigbienen in der Schweiz Dr. Markus Neuditschko Reiden, 25. August 2018 Bibba.com

Übersicht Einleitung Genetische Vielfalt zwischen Rassen Was ist Diversität? Definition Rasse? Rassenvielfalt der Honigbiene Erfassung der genetischen Diversität Genetische Vielfalt zwischen Rassen Genetische Vielfalt globaler Honigbienen Genetische Vielfalt schweizer Honigbienen Genetische Vielfalt innerhalb Rassen Hybridisierung der Dunklen Honigbiene Auffinden von Selektionssignaturen Schlussfolgerungen

Was ist Diversität? Diversität: ein Set mit mehr als zwei Elementen - Je unterschiedlicher die Elemente sind, umso diverser ist ein Set - Der Verlust eines Elements führt zu einer Abnahme der Diversität - Die Verdoppelung eines Elements führt nicht zu einer Zunahme der Diversität

Was ist Diversität? Quelle: Agrarforschung, 2014

Was ist Diversität? Was passiert wenn die genetische Vielfalt innerhalb einer Rasse abnimmt? Gehäuftes Auftreten von rezessiven Erbfehlern Inzuchtzunahme negative Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit, Langlebigkeit und Vitalität Verlust von lokalen Rassen sozio-kultureller Verlust Entstehung von neuen Rassen Inseleffekt

Was ist Diversität? Welche umweltbedingten Ursachen führen zu Verlusten von Rassen? Technischer Fortschritt (Zucht und Selektion) Politische Faktoren (Industrialisierung der Agrarproduktion, Liberalisierung, Kriege, Katastrophen etc.) Sozio-ökonomische Faktoren (Spezialisierung der Rassen, Land-Stadt-Migration, ungenügende Bildung etc.) Umwelteinflüsse (Dürren, Epidemien etc.)

Rasse? „A breed is a breed, if enough people say it is“ (K. Hammond) Einheitliche Definition für den Begriff Rasse gibt es nicht! Für europäische Rassen sind spezifische Charakteristiken in den sogenannten Rassenstandards der Zuchtorganisationen festgehalten Eine Gruppe von domestizierten Tieren der gleichen Art, deren Merkmale (Leistung, Verhalten, Fellfarbe) ähnlich sind und eine gemeinsame Zuchtgeschichte haben.

Rasse? Gene Geschichte Kultur Wirtschaft ...

Rassenvielfalt der Honigbiene Die Globalisierung der Honigproduktion verbunden mit einer Zunahme von wenigen, gut angepassten, modernen Rassen (grenzüberschreitend!) ist ein Hauptfaktor welcher die Rassen- vielfalt von Honigbienen negativ beeinflusst. Ausgestorben Gefährdet Nicht gefährdet ©John Severns Bibba.com Wildbienen, lokale Rasse Lokale Rasse Moderne grenzüberschreitende (z.B.: Ligustica in der Schweiz) (z.B.: Dunkle Honigbiene) Rasse (z.B.: Buckfast)

Schweizer Honigbienen (Probensammlung 2014) PhD Projekt Melanie Parejo Mellifera Carnica Buckfast Ligustica (?)

Erfassung der genetischen Diversität Technologische & molekulargenetische Fortschritte Zugang zu genomweiter Markerinformation (SNP Genotypen) Nutzung dieser Information auch für die Erfassung der Populationsstruktur von Rassen bzw. deren genetischen Vielfalt

Single Nucletide Polymorphisms (SNPs) Genetische Marker Markieren informative Stellen in einem Genom SNP-Chips bei Nutztieren -7k, 50k, 777k für Rind -50-60k für Schwein, Schaf und Ziege -50-60k und 670k für Pferde -44k und120k für Honigbiene (Kosten liegen bei 60-150€ pro Genotypisierung) Vollsequenzierung (diploiden Organismen ca. 2000€) Durch die Veröffentlichung von Referenzgenomen, lassen sich Millionen von SNPs für voll-sequenzierte Tiere ableiten

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – zwischen Rassen Bibba.com ©PurebloodRose ©John Severns

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – zwischen Rassen Wallberg et al. 2013

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – zwischen Rassen Genetische Vielfalt der Schweizer Honigbienen Deshalb sind M und C so divergent Parejo et al. 2016

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen Hybridisierung von Apis Mellifera Mellifera ©Eric Tourneret Deshalb sind M und C so divergent

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen 4 Schutzgebiete in der Schweiz Glarus ~1000 colonies 680 km2 Diemtigtal ~300 colonies 135 km2 A. m. mellifera Bibba.com Savoie 535 km2 Melchtal ~50 colonies 150 km2 Val Mustair ~300 colonies 199 km2 Parejo et al. 2016

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen Parejo et al. 2016 Hybridisierungsgrad Deshalb sind M und C so divergent Ausserhalb Schutzgebiete

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Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen Auffinden von Selektionssignaturen innerhalb A. m. mellifera (Schweiz vs. Frankreich) A.m.mellifera Schweiz Buckfast A.m.mellifera Frankreich Deshalb sind M und C so divergent A.m.carnica Parejo et al. 2016

Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen WTN4 Gen beeinflusst die Flügelform (wing shape) bei Stubenfliegen (Dorosophila Melanogaster). Selektion auf reinrassige A. m. Mellifera erfolgt anhand der Flügel- form. - In der Schweiz seit 40 Jahren - In Frankreich erst kürzlich WNT4 Parejo et al. 2017 Deshalb sind M und C so divergent

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Genetische Vielfalt auf molekular-genetischer Ebene – innerhalb Rassen Auffinden von Genen, welche den Varroatoleranz Mechanismus von Bienen beeinflussen (Aktuelle Studie ZBF, Matthieu Guichard). Mittels sogennannten genomweiten Assoziationsanalysen (GWAS) werden quantitative bzw. qualitative Merkmale aus der Zucht ver-wendet um Gene zu identifizieren, welche das entsprechende Merkmal (z.B.: Varroatoleranz) beeinflussen. Deshalb sind M und C so divergent

Der Phänotyp Phänotyp = Genotyp + Umweltfaktoren (Erblichkeit) Prior Johann Gregor Mendel beschreibt Gesetze (Mendelschen) der Vererbung: -Spaltungsregel -Unabhängigkeitsregel Diese Gesetze bilden die Basis von moderner Zuchtmethoden in der Tier- und Pflanzenwelt Gregor Mendel (1822-1884)

Schlussfolgerungen Diversität: Voraussetzung für Anpassung an veränderte Bedingungen in der Zukunft Risikomanagement Mit molekulargenetischer Information können Aussagen zur Rassengeschichte/Populationsstruktur gemacht werden Genomische Verwandtschaften können geschätzt werden für Rassen ohne bzw. limitiere Abstammungsinformation (z.B.: Honigbiene kann molekular-genetische Information sehr hilfreich sein

Schlussfolgerungen Schweizer Honigbienenrassen können anhand molekular- genetischer Informationen (SNPs) gut voneinander differenziert werden (M und C Linie) Grundsätzlich viele «reine» A. m. Mellifera Bienen, jedoch auch Hybride in den Schutzgebieten Hohe genetische Diversität in allen Populationen Die schweizerische A. m. mellifera Population unterscheidet sich von den Bienen in den Französischen Alpen an wenigen Genorten (WTN4 Gen)

Vielen Dank! Melanie Parejo, Laurent Gauthier, Peter Neumann, David Wragg, & Team Bern Liebefeld Paduot Fried & VSMB Alle die Proben gesendet haben! Sponsoren: Markus.neuditschko@agroscope.admin.ch