16. Genetická a fyziologická podmíněnost vzniku kast u včelstva Apis mellifera

Vypracoval: Adam Norek

Předmět: Aplikovaná fyziologie hmyzu

Určení pohlaví u včely medonosné

Rozmnožování včely Apis mellifera probíhá partenogeneticky
tzv. arrhenotokií neboli haplodiplodií. Pohlaví je determinováno jediným lokusem, genem, který se nazývá csd (complimentary sex-determining locus).

Již více než 150 let je známo, že z neoplozeného vajíčka včely medonosné se vyvíjejí samci, kdežto z oplozeného samice. Je to zapříčiněno tak zvanou haplodiplodií. Tento způsob determinace pohlaví je celkem rozšířený. Vyskytuje se u 20 % živočišných druhů.

Pohlaví u Apis mellifera je tedy určeno jediným genem zvaným csd. Samice, v tomto případě nás zajímá zejména včelí královna, je pro tento gen heterozygotní, nese alely A1 a A2. Samci jsou naopak hemizigotní a haploidních samců, nesou alelu A1 nebo A2. V případě, že dojde ke vzniku diploidních samčích jedinců, kteří jsou v homozygotní v genu csd (A1, A1) nebo (A2A2), pak jsou fyzicky zlikvidovány dělnicemi, které je sežerou.

Ke studiu této problematiky použil Beye inbrední kmeny včel. Při jejich vzájemném křížení vznikaly potomci, kteří z 50 % nedokončili vývoj, neboť
se jednalo o diploidní samce. Pomocí přesného mapování genetických markerů, které se shodně segregovaly spolu s genem kódujícím csd u diploidních samců, byla identifikována 13 kb dlouhá, která byla u inbredních samic vždy heterozygotní.

Hlavním důkazem pro potvrzení funkce csd jako primární determinanty při určení pohlaví u včel byl pokus se zavedením transkriptu dsRNA genu csd do vajíčka. U vajíček oplodněných, tedy s genetickým základem pro samice, došlo k vývinu samce. Samčí larvy, ošetřené touto technikou, nevykazovaly žádné ovlivnění. Tím se prokázalo, že pro jejich vývoj není transkripce a translace genu pro csd nutná.

Protein kódovaný genem scd může být detekován v obou pohlavích
a to po celou dobu jejich vývoje. Beye však vyloučil, že by rozdíl v expresi csd proteinů, sloužil jako základ pro pohlavní determinaci. Naopak, zjistil,
že aktivita csd je kontrolována až po syntéze proteinů. To odpovídá současnému modelu, který předpokládá, že csd je dimerní proteinu, jež je tvořen ze dvou monomerů, kódovaných na různých alelách. Csd je aktivní pouze v případě,
že oba monomery pocházejí z různých alel.

Byly určeny čtyři alely nesoucí sekvenci csd. Všechny se vykazují velkými rozdíly v sekvenci a délce. Ačkoliv N-konce jsou u všech těchto alel identické ze 70,3 % identické, C konce jsou se shodují pouze ze 40,7 %
a jsou charakteristické tím, že obsahují velké množství delecí nebo insercí.
Tyto oblasti jsou s největší pravděpodobností zodpovědné za interakce,
ke kterým dochází mezi specifickými proteinovými monomery, které slouží jako primární signál pro determinaci pohlaví.

Použitá literatura:

Kubišová S., Háslbachová H.:Včelařství. Mendlova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, pp 13-19, 2001

Beye M.: The gene csd is the primary signal for sexual development in the honeybee and encodes an SR-type protein. Cell 114, 1–20, 2003

Švand D. J., Shearman A. C. D, Oldroyd B. P.: Molecular basis of sex determination in haplodiploids. TRENDS in Ecology and Evolution,
19(1), 1-3, 2004