I de seneste tre et
halvt år har 170 forskere fra 16 forskellige lande - her i blandt forskere fra
Københavns Universitet - kortlagt og fortolket honningbiens genom. Resultaterne
blev offentliggjort i en 19-sider lang artikel i det internationale anerkendte
tidsskrift Nature den 26. oktober 2006.
Honningbier har stor betydning for verdens økonomi og økologi samt for
studier af social adfærd. Et gennembrud i honningbiforskningen vil nu give en
bedre forståelse af dette vigtige insekt.
Fakta om projektet
Projektet er finansieret af det amerikanske NIH (National Institute of
Health), der sammen med andre amerikanske forskningsråd har bevilget ca. 8
millioner US dollar til kortlægningen af honningbiens genom.
Projektet blev udført af et internationalt forskerkonsortium (The Honey
Bee Geonome Sequencing Consortium) med deltagelse af 170 forskere fra 90
forskellige laboratorier i 16 lande.
Selve kortlægningen af arveanlægget blev udført i USA, mens de andre
laboratorier har bidraget med at analysere og fortolke resultaterne.
Som eneste danske forskergruppe har en gruppe på Biologisk Institut,
Københavns Universitet, bestående af professor Cornelis (Cok) Grimmelikhuijzen,
lektor Frank Hauser, adjunkt Giuseppe Cazzamali og forskningslaborant Michael
Williamson, deltaget i dette store forskningsprojekt.
Forskerteamet på Biologisk Institut på Københavns Universitet har
specielt fokuseret på neurohormonreceptorer og deres respektive ligander.
Projektet begyndte i foråret 2003 og blev afsluttet dette år med en
19-sider artikel i Nature den 26. oktober 2006.
Honningbiens biologi
Honningbier er ikke alene vigtige for produktionen af honning. Bierne
bestøver 70 % af alle blomstrende planter og årlige afgrøder til en værdi af
flere hundrede milliarder US dollar verden over. I Danmark har man estimeret
værdien af honningbiens bestøvning til ca. 1 milliard danske kroner årligt. I
USA har man udregnet, at hvis honningbien ikke eksisterede, ville der mangle 30
% af alle næringsmidler. Derfor har insektets velbefindende en stor betydning
både økologisk og økonomisk.
Ved siden af sin vigtige rolle som bestøver, er honningbien en
modelorganisme for en bedre forståelse af social adfærd. Honningbier er nemlig
sociale insekter med en meget fastlagt arbejdsfordeling mellem de ca. 50.000
honningbier, der danner en honningbiflok.
I centrum for alle honningbierne er dronningen, som er den eneste
frugtbare hun-bi i flokken. Dronningen lægger omkring 2.000 æg om dagen, og det
gør hun hele sin levetid. De fleste æg udvikler sig til ufrugtbare hun-bier,
som også kaldes arbejdere. En arbejder har forskellige opgaver afhængig af sin
alder. Lige efter udklækningen gør en arbejder rent og fodrer larver, ca. 12
dage gammel producerer den voks og bygger tavler, hvilket efterfølges af et job
som vagtbi ca. 18 dage gammel. Når arbejderen er 3 uger gammel bliver den en
trækbi, som flyver ud for at samle nektar og pollen fra blomster, hvilket er
det mest intellektuelt krævende job for en bi. Trækbier flyver op til 14
kilometer for at finde blomster. De navigerer ved hjælp af sollys og
lokaliserer blomsterne ved deres lugt. Når de finder blomster, som er rige på
nektar, meddeles det til deres søstertrækbier i bistadet ved hjælp af et
dansesprog, bidansen, som fortæller om flyveretning, afstanden og lugten af
denne gruppe blomster. Bidansen er, ved siden af menneskets egne mangfoldige
sprog, det eneste ”symbolske” sprog, der findes i dyreverdenen. Arbejder-bier
har disse sofistikerede kognitive evner til trods for en hjerne, som ikke er
større end et knappenålshoved.
Hvorfor et honningbi genom projekt?
Honningbier lever flere tusind sammen i en kube med høj fugtighed og
ca. 35˚C varme, hvilket medfører favorable forhold for infektion og
sygdomme. Især har den parasitiske Varroa-mide været skyld i udryddelse af
honningbiflokke de sidste 20 år, hvilket har resulteret i en 30 % reduktion i
bestøvere i Nordamerika. Kortlægningen og analysen af honningbiens genom er
bl.a. blevet udført for at få information, som vil gøre det lettere at avle
honningbier, der er resistente overfor parasitter og sygdomme. Dette kan
afhjælpe det store økologiske og økonomiske problem, som en reducering i
bestøvning af blomster og afgrøder medfører.
Kortlægningen af honningbiens genom er også udført for at danne
grundlag for en bedre forståelse af honningbien. Man har ønsket et øget
kendskab til processerne, der ligger bag social adfærd og indlæring i insekter.
Analyse af honningbiens genom
De publicerede resultater i Nature viser, at honningbiens arveanlæg
består af ca. 260 millioner nukleotider fordelt på 16 kromosomer, som danner
honningbiens genom. Hele genomet indeholder mindst 10.000 gener, som koder for
mindst 10.000 proteiner, hvoraf kun ca. 30 % er blevet tildelt en bestemt
funktion.
Med udgangspunkt i honningbi genomet er der blevet identificeret en
stor gruppe af SNPs (single-nucleotide polymorphisms). SNPs er enkelte
nukleotid-par forskelle, som forekommer naturligt i en population. En analyse
af disse SNPs er blevet brugt til at frembringe klarhed over forholdet mellem
honningbiens sub-arter og dens migration. Analysen viste, at den europæiske
honningbi stammer fra to separate migrationer fra det afrikanske til det
europæiske kontinent: Én migration fra Afrika over Gilbraltar-strædet til det
centrale Europa og én migration syd for Alperne til Østeuropa og Asien.
Sekventeringen af et genom giver ophav til en enorm mængde data. Man
kan bl.a. analysere disse data ved at forudsige (annotere) gener og ved at
sammenligne genomer fra forskellige organismer. Honningbien er det tredje
insekt som får sit genom sekventeret og analyseret. Bananfluens genom blev
færdig-sekventeret i 2000 og malariamyggens genom i 2002.
Ved analysen af honningbiens genom har man bl.a. sammenlignet med
bananfluens genom og malariamyggens genom. Sammenligning af honningbiens genom
med disse to insekt genomer har f.eks. vist at honningbiens genom indeholder
knapt 100 flere gener, som koder for odorant (duft) receptorer end bananfluens
og malariamyggens genomer. Honningbien benytter lugtesansen til at lokalisere
blomster, når den flyver ud for at samle nektar og honning, hvilket kan være en
forklaring på de mange odorant receptorer.
Man skal på nuværende tidspunkt dog være påpasselig med at drage
forhastede konklusioner ud fra genom sammenligningen, da der kun sammenlignes
med to andre insekt genomer. Resultaterne er i øjeblikket bare formodninger,
som fremtiden og flere genom projekter vil be- eller afkræfte.
Da spredningen af sygdomme i en honningbikube har gode betingelser pga.
af varme, fugt og det store antal bier, er det overraskende at honningbien har
færre gener kodende for proteiner, som er involveret i immunsystemets
signalveje end bananfluen og malariamyggen. Reduktionen af gener ses i alle
trin af et immunrespons, hvilket antyder en forringet fleksibilitet i
honningbiens evne til at genkende og modstå patogener. Dette overraskende fund
har forskerne endnu ikke en forklaring på.
Sekventeringen af honningbiens genom har givet ophav til en meget stor
mængde data, som vil være et meget vigtigt værktøj fremover. Med kendskabet til
honningbiens genom vil man nu kunne skabe transgene bier, som er resistente
overfor parasitter, f.eks. Varroa-mider, hvilket vil være økonomisk meget
vigtigt.
Links til danske hjemmesider:
Biens biologi
Bier og landbrug
Biens økonomiske og økologiske betydning
Links til Nature:
Plan bee
From hive minds to humans
How to make a social insect
Insights into social insects from the genome of the Apis mellifera
|
