Kortlægning af honningbiens genom

Publiceret Oktober 2006

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:

Links til Nature: