Genetische Besonderheiten der Honigbiene Apis mellifera

Ausbildung zum Bienenwirtschaftsmeister

Mai 2012

Christian Boigenzahn

Sonderfall Parthenogenese (Jungfernzeugung)

= eingeschlechtliche Vermehrung:aus unbefruchteten Eiern entstehen lebensfähige Nachkommen.

• Bedeutung: Die eingeschlechtliche Phase bringt eine große Zahl von weiteren Nachkommen hervor, sodass sich die Art innerhalb von kurzer Zeit stark vermehrt und verbreitet.

• In der zweigeschlechtlichen Generation erfolgt die Neukombination des genetischen Materials.

Beispiel Honigtauerzeuger :

Fundatrix (diploid)� legen unbefruchtete Eier (diploide Weibchen, teils geflügelt, teils ungeflügelt – rasche Ausbreitung)�mehrere Generationen� Herbst: aus unbefruchteten Eiern entstehen Geschlechtstiere mit haploiden Geschlechtszellen � Paarung � diploide Wintereier.

Parthenogenese bei der Honigbiene - Geschlechtsbestimmung

• 1845 von DZIERZON beschrieben Beobachtung 1: unbefruchtete Königin produziert nur Drohnen.

• Beobachtung 2: Paarung Ligustica x Nigra(Ligustica Königin x Nigra Drohn � Drohnen

gelb.)• 1852: Bestätigung der Ergebnisse durch

SIEBOLD

Multiple Geschlechtsallele

• Geschlecht bei der Honigbiene wird nicht durch Geschlechtschromosomen sondern durch Geschlechtsallele festgelegt.

• Es gibt einen Geschlechtslocus mit multiplen (verschiedenen; 12-19) Geschlechtsallelen.

Geschlechtsdetermination

• Arbeiterinnen und Königinnen:– Diploid, heterozygot (32 Chromosomen)

• Drohnen:– Entstehen aus unbefruchteten Eiern– Sind haploid, hemizygot (16 Chromosomen)– Bei der Spermabildung KEINE Reduktionsteilung– Keine Änderung des Genoms! – Spermien: 16 Chromosomen

Diploide Drohnen

• Entstehen durch Inzucht: diploid, homozygot• Produzieren ein Pheromon, das Bienen

erkennen � im frühen Larvenstadium von Arbeiterinnen gefressen.

• In der Natur existieren keine diploiden Drohen• Können künstlich aufgezogen werden: • sind größer u. schwerer, haben kleinere

Testes, 32 Chrom. in den Spermien• Aufzucht von triploiden Bienen möglich??

Diploider Drohn

Genetische Verwandtschaftsverhältnisse im Bienenvolk

• Königin, Arbeiterinnen, Drohnen:� 2 Generationen gleichzeitig vorhanden

• Königin: in den Gameten ein zufälliger Mix von väterlichern. u. mütterlichen Chromosomen der Königin bei der Meiose angelegt � es werden viele genetisch verschiedene Gameten produziert.

Drohnen:• entstehen parthenogenetisch aus Gameten, die eine

Mixtur von väterlichen u. mütterlichen Chromosomen des Genotyps ihrer Mutter darstellt.

• Repräsentieren das Genom der Königin • Keine Meiose bei der Sperambildung• Das Sperma jedes Drohns repräsentieret das Genom der

Königin (ihrer Mutter).� Keine Änderung, da keine Meiose!

• Ein Drohn multipliziert identisch das Genom der Königin (10 Mio.) über die Spermien �“fliegende Spermien“.

• Transformiert das Geschlecht von weiblich auf männlich.• Ermöglicht es der Königin, genetisch männlich zu

funktionieren.

Unterfamilien („Patrilines“):1. Eier werden befruchtet: von den identen

Spermien eines Drohns. �Supergeschwister SG (durchschnittl. 75% der Gene gleich).

2. Eier werden befruchtet: von Spermien aus Drohnen aus einem Volk. �Vollgeschwister VG (durchschnittl. 50% der Gene gleich)

3. Eier werden befruchtet: mit Spermien aus Drohnen aus verschiedenen (nicht verwandten) Völkern. �HalbgeschwisterHG (durchscnittl. 25% der Gene gleich).

• Genetisch gesehen sind nicht Drohnen, sondern ihre Mütter die „Väter“ von Arbeiterinnen und Drohnen.

• Drohnen sind nur fliegende Spermien der Drohnenmütter.

• Eine Königin wird von mehreren Drohnen begattet, die wiederum von verschiedenenMüttern (Königinnen) abstammen.

• „Vater“ einer Biene kann nicht eindeutig bestimmt werden.

• � In der Zucht repräsentiert die Mutter der Drohnevölker, also die Großmutter der Drohnen, die Vaterseite.

Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb eines Bienenvolks

A 1

A 2

A 3

A 4

D(B1)

D(B2)

D(C)

K(B)

K(C)

K(D)K(A)

A(1,2,3,4): Arbeiterinnen; D (B1,B2,C): Drohnen; K( A): Königin; K(B,C): Drohnenmütter („Väter“); K(D): Drohnengroßm utter

Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb eines Bienenvolks

• Arbeiterinnen A1, A2: Supergeschwister• Arbeiterinnen A1, A3 bzw. A2, A3: Vollgeschwister• Arbeiterin A4: Halbschwester der anderen

Arbeiterinnen• HG Beziehung stimmt nur, wenn K(B) und K(C) nicht

verwandt sind.� Trifft bei Standbegattung zu.• Sind K(B) und K(C) verwandt � Verwandtschaft enger• Grafik: Belegstelle: K(B), K(C) sind „Väter“ der

Arbeiterinnen, K(D) Drohnengroßmutter (gemeinsame Mutter der „Väter“).

Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb eines Bienenvolks

• Sind im Bienenvolk im Durchschnitt enger als bei anderen Nutztieren

• Grund: – Haploide Status der Drohnen und – fehlende Meiose bei der Bildung der

Spermien.– Mehrfachpaarung der Königin

• Kenntnis der Verwandtschaft: Wichtig für die Schätzung von Populationsparametern