Взаимосвязь размера ячеек сота и устойчивости пчел к клещу

Введение

 Существует единодушное мнение о том, что клещ Varroa в настоящее время оказывает наиболее значительное влияние на здоровье домашних медоносных пчел (Apis mellifera) европейского происхождения (Dahle 2010; Genersch et al. 2010; Neumann and Carreck 2010; Rosenkranz et al. 2010).; VanEngelsdorp et al. 2011). Этот инвазивный азиатский клещ осуществляет весь свой репродуктивный цикл в запечатанных ячейках медоносной пчелы, подвергая заражению как взрослых, так и подростков (Rosenkranz et al. 2010). С момента своего вторжения этот клещ стал мощным переносчиком ряда вирусов и изменил вирулентность некоторых патогенов до такой степени, что они стали смертельной проблемой (Martin 2001; Chen et al. 2006; Dainat et al. 2012). Как правило, колонии европейского подвида медоносных пчел не имеют эффективной защиты от клещей, и популяции этих паразитов, в большинстве случаев увеличиваются экспоненциально, пока колонии не разрушатся под вирусным давлением в течение 2–3 лет (Самматаро и др. 2000; Розенкранц и др. 2010; Дайнат и др. 2012).

 В настоящее время пчеловоды используют целый ряд акарицидов, которые часто могут приводить к развитию устойчивости к ним у клещей, загрязнению продуктов пчеловодства и нежелательным побочным эффектам для самих пчел (обзор Rosenkranz et al. (2010). Регулярное лечение клещей также предотвращают адаптацию к селекции этого нового паразита (Neumann and Blacquière 2017). Действительно, за последние 17 лет было зарегистрировано несколько отдельных необработанных популяций европейского подвида медоносных пчел, которые выжили после заражения V. destructor благодаря естественному отбору (Fries и др. 2006, Ле Конте и др. 2007, Сили 2007, Локк и др. 2012; Михеев и др. 2015; Одди и др. 2017, обзор Локк 2016). Средства, с помощью которых они достигают этого, скорее всего, их способность снизить репродуктивный успех V. destructor примерно на 30% (Locke 2016; Oddie et al. 2017). Был предложен ряд механизмов, способствующих такому снижению репродуктивного успеха клещей (Rinderer et al. 2001; Salvy et al. 2001; Harris et al. 2010; Локк и соавт. 2014; Одди и соавт. 2018). Среди них уменьшение размера ячейки было предложено в качестве эффективного решения, которое могут использовать пчеловоды. Предполагается, что меньший размер ячейки ограничивает число самок клеща, которые могут проникнуть в клетку, и мешает клещам перемещаться внутри, что является необходимым действием на протяжении всего репродуктивного процесса. Это может также увеличить случаи захвата, когда клещ прикрепляется между клеточной стенкой выводка и шелковым коконом, вращаемым окукливающимися личинками, эффективно иммобилизуя и в конечном счете убивая самку, полностью предотвращая размножение. Как естественная черта, меньший размер ячеек был обнаружен в выживших африканских и африканизированных популяциях A. mellifera; однако, как механический метод контроля V. destructor, которым управляют европейские пчеловоды, доказательства были смешаны, с исследованиями, поддерживающими (De Jong и Morse 1988; De Ruijter и Calis 1988; Message и Gonçalves 1995; Piccirillo и De Jong 2003; Maggi et al. и др. 2010) и опровергающий эффект (Эллис и др. 2009; Тейлор и др. 2008; Берри и др. 2009). Помимо этой двусмысленности, взаимодействия с другими выживающими механизмами еще не были полностью исследованы: маленький размер клетки может увеличить восприимчивость пчелы к определенным гигиеническим тестам, таким как пример, предоставленный Olszewski et al. (2014); Пчелы с маленькими размерами ячейки, как правило, удаляют убитый булавочным расплодом быстрее, чем пчелы с большим размером ячейки. Хотя известные выжившие африканские / индейские популяции имеют меньший размер ячейки, роль маленьких размеров ячейки в популяциях выживающих в природе европейских пчел в настоящее время отсутствует или неизвестен. Интересно, что колонии недавно зарегистрированной норвежской выжившей популяции (Oddie et al. 2017) были отобраны для устойчивости, в то время как размер ячейки основания гребня составлял 4,93 мм, что меньше обычного размера 5,3 мм. Эта популяция не показала более высокие уровни содержания грума или целенаправленного удаления выводка, но наблюдаемое снижение репродуктивного успеха, очевидно, было связано с поведением ухода за выводком, называемым «повторный захват ячеек», при котором ячейки во время развития куколок (и размножения клещей) были открыты, подвергая их изменениям температуры и влажности (Oddie et al. 2018). Наше исследование направлено на сравнение влияния малых размеров ячейки на выживающих в природе пчел и их восприимчивых собратьев. Мы намерены проанализировать репродуктивный успех клещей на глубине, которая обычно не использовалась в предыдущих исследованиях размера ячейки. Учитывая, что небольшой размер клеток может играть существенную роль в уменьшении размножения клещей, мы ожидаем, что манипулирование размером клеток приведет к влиянию на репродуктивный успех клещей как в выживших, так и в восприимчивых колониях и может действовать синергически с опосредованным взрослыми признаками, присутствующими в выживших колониях.

Методы

 Эксперименты проводились в норвежском регионе Осло. Чтобы отследить взаимодействие размера клеток и выжившего фенотипа в выжившей популяции, 10 местных восприимчивых колоний queenright A. mellifera с донорской пасеки были выбраны за их высокую частоту заражения клещами V. destructor (~ 10–50% зараженности расплодом) это было сделано для того, чтобы обеспечить наличие достаточного количества клещей для проведения исследования, поскольку выжившая популяция в течение нескольких лет обеспечивала неизменно низкое число клещей и частоту заражения потомства. Две рамки выводка из каждой донорской колонии были распределены между колониями на двух отдельных пасеках на расстоянии около 50 км друг от друга. Первая приемная пасека содержала только местный восприимчивый к V. запас деструктора, выращенный на стандартном большом ячейке выводка (размер воскового основания 5,3 мм). Стрижка и удаление выводка не были обнаружены на каком-либо значительном уровне (Oddie et al. 2017). На второй пасеке-приемнике были пчелы местного выжившего скота (Oddie et al. 2017). Эти пчелы выращивались на клетках небольшого размера, использованных в этом исследовании (размер воскового основания 4,93 мм), и они также не демонстрировали высокого уровня вышеупомянутого поведения взрослых пчел. Пять колоний в каждой приемной пасеке были выбраны случайным образом, чтобы взять один кадр каждого из двух размеров основания основания. Перед заменой каждая донорская колония была снабжена одной рамкой с крупными ячейками (5,3 мм) и одной рамкой с маленькими ячейками (4,93 мм). Пчелы небольшого размера были построены пчелами, выращенными на небольшом размере гребня, чтобы получить точный «фактический» размер ячейки. Это было сделано из-за того, что пчелы, выращенные на более крупных клетках, строят небольшие гребенки гораздо менее точно (Taylor et al. 2008). Королевы содержались в клетках на встроенных рамах в течение 48 часов. Выводок оставляли в донорских колониях на 9 дней до окончания фазы укупорки (Dietemann et al. 2012), а затем переносили на пасеки приемника. Кадры хранили в приемных колониях в течение 10 дней, что давало достаточно времени для развития пчелиного расплода и стадий развития ювенильного клеща до точки, где можно было бы должным образом измерить размножение клеща (Martin 1995; Dietemann et al. 2012). Затем рамы удаляли и хранили при -20 ° C до вскрытия клеток. Клетки выводка открывали по горизонтальной линии, начинающейся в середине участка расплода, и постепенно пропускали три ряда выше и ниже каждой ранее исследованной линии, чтобы обеспечить равномерный отбор проб по всему участку. Пчелиный выводок был выдержан в соответствии с Мартином (1995) и измерен в стадии вместо точного возраста, потому что точный возраст выводка не может быть гарантирован. Стадии клеща были идентифицированы с использованием онтогенетической карты развития Martin (1995) и записаны для каждой клетки. Многочисленные события-основатели были включены в анализ жизнеспособного потомства женского пола, потому что наш интерес заключался в общем репродуктивном успехе популяции клещей в каждом кадре, а не в успехе индивидуума. Кроме того, число основателей также может взаимодействовать с размером клетки. Для бинарных показателей репродуктивного успеха (то есть отложенного размножения, непроизводства и присутствия самцов) были включены только ячейки, содержащие одну основательницу, так как множественные основоположники в клетке делают эти параметры невозможными для точного определения. Используя стадию расплода и клеща, мы смогли определить среднее число жизнеспособных женских потомков, произведенных на одну личинку, и было ли у каждой личинок в одиночной зараженной клетке отсроченное размножение клещей (замедленное производство жизнеспособных женских потомств), непроизводство ( неспособность произвести жизнеспособное потомство женского пола), и бесплодие (никакое потомство). Было зарегистрировано присутствие клещей мужского пола, а также количество основателей в каждой клетке. Показатель жизнеспособного потомства самки клеща определялся как число потомков женского пола, которые могли успешно появиться при соответствующей стадии расплода и находились в камере, в которой также содержался самец (Corrêa-Marques et al. 2003; Locke et al. др. 2012). Тейлор и соавт. (2008) обнаружили, что фактический размер ячейки, взятой из фундамента, может отличаться от размера фундамента. Таким образом, был измерен фактический размер ячейки: с помощью штангенциркуля взять длину 10 ячеек и получить средний размер ячейки из этих 10; это измерение повторялось на каждом кадре пять раз. Размер основания и фактический размер ячейки были рассмотрены в этом исследовании.

Статистический анализ

 Размер ячеек сравнивали между группами обработки, выполняя U-критерий Манна-Уитни для средних размеров клеток каждой колонии. Этот тест также использовался, чтобы посмотреть, повлиял ли размер основания на окончательный размер ячейки гребенки. Программное обеспечение R для статистического анализа (R Core Team 2008) и пакет LME4 (Bates et al. 2015) использовались для выполнения общих линейных моделей и моделей со смешанными эффектами для проверки влияния фактического размера ячеек и базового размера основания на среднее число жизнеспособное потомство женского пола за основателя. Модели подбирались по максимальной вероятности (приближение Лапласа). Размер основания, фактический размер ячейки, стадия расплода и номер основания для каждой ячейки были добавлены в качестве фиксированных эффектов; Известно, что число основателей и стадия выводка влияют на репродуктивный успех клещей и оценки потомства (Fuchs and Langenbach 1989; Martin 1995). Донорскую колонию, в которой размещался каждый кадр до эксперимента, определяли как случайный эффект для учета дисперсии между колониями. Данные с обеих пасек (выживших и восприимчивых) были проанализированы вместе, а затем разделены и проанализированы отдельно для изучения возможных взаимодействующих эффектов между типом колонии и фактическим размером основания клетки / основания. Подобные модели были созданы для переменных: непроизводительность, задержка размножения, присутствие мужчин и уровень заражения. Модели были скорректированы с учетом биномиального характера данных с использованием функции logit. Минимально адекватные модели были выделены путем удаления несущественных терминов и сокращения моделей для включения только параметров, которые значительно повлияли на изменение переменной отклика. Параметры дисперсии отслеживались для всех моделей и находились в разумных пределах.

Результаты

Средний размер ячеек, измеренный на расческах донорских колоний, не отличался значительно между выжившими и восприимчивыми приемными колониями (Манн-Уитни U = 9,00, n1 = 10, n2 = 9, p> 0,05, двусторонний, выживающий средний = 5,29 ± 0,23, восприимчивое среднее = 5,20 ± 0,22). Средний размер клеток в кадрах, данных выжившим колониям, составлял от 4,92 до 5,53 мм, а средний размер клеток, предоставленных восприимчивым колониям, составлял от 4,93 до 5,50 мм. Размеры ячеек на большом основании были в целом значительно больше, чем размеры ячеек на маленьком основании (Манн-Уитни U = 7,00, n1 = 10, n2 = 9, p <0,05, двусторонний, среднее для большого = 5,44 ± 0,06, среднее для мало = 5,09 ± 0,20). При анализе размера основания не было значительных различий в среднем количестве жизнеспособных потомков женского пола на основателя между крупными и мелкими клеточными основаниями (Таблица I, χ2 = 0,69, p = 0,405, среднее количество жизнеспособных потомков для большого основания = 1,09 ± 0,34, среднее количество жизнеспособных потомков для небольшого основания = 1,10 ± 0,15). Однако, когда был исследован фактический размер клеток, было обнаружено, что между размером клеток и тем, принадлежала ли колония к выжившей или восприимчивой группе, наблюдался значительный эффект взаимодействия (Таблица I, n = 832, χ2 = 5,48, p = 0,019). Когда группы колоний анализировали отдельно, было обнаружено, что в восприимчивых колониях небольшой размер клеток значительно коррелирует с уменьшением числа жизнеспособных женских потомков в клетках (n = 410, χ2 = 4,86, p = 0,028, рис. 1). В выживших колониях не было обнаружено значительного эффекта (n = 422, χ2 = 0,64, p = 0,423, рисунок 1). В восприимчивых колониях кадры с меньшим средним размером ячеек имели более высокие показатели непроизводства клещей (рис. 2а, таблица II, n = 301, χ2 = 6,32, р = 0,012) и задержку размножения (рис. 2b, таблица II, n = 301, χ2 = 5,30, р = 0,021). Присутствие самцов клещей также было меньше на рамах с меньшим размером ячеек (рис. 2c, таблица II, n = 301, χ2 = 6,61, p = 0,010). Размер клеток не оказывал существенного влияния на уровни бесплодия (Таблица II, χ2 = 0,59, р = 0,441). Было обнаружено, что ни один из биномиальных параметров не подвергался значительному влиянию фактического размера клеток в выживших колониях (таблица II). Наконец, уровни заражения были несколько ниже в кадрах с меньшим средним размером ячеек в восприимчивых приемных колониях (рис. 2d, n = 1898, χ2 = 260,13, p <0,001), но в выживших приемных колониях не было обнаружено никакой существенной картины (рис. 2d, n = 1529, χ2 = 1,98, р = 0,160).
Таблица I

Выходные данные модели со смешанными эффектами описывают влияние размера основания и фактического размера ячейки на количество жизнеспособных женских потомков на ячейку. Модели подобраны по максимальной вероятности. Минимальные адекватные модели были выделены путем исключения несущественных терминов.