Notiuni genetice de baza in cresterea si selectia matcilor

In acest articol, primul din seria Cresterea si Selectia Matcilor, vom incerca sa explicam unele notiuni de genetica pe care le consideram a fi fundamentale pentru aceasta activitate.

Caracter ereditar

Caracterele ereditare se refera la transimiterea anumitor insusiri de la parinti la descendenti. Faptul ca toti reprezentantii unei anumite specii seamana intre ei se datoreaza acestor caractere ereditare. Variatia din randul indivizilor ce apartin unei specii este data de caractere ereditare, factori de mediu sau o combinatie a acestora.

Cromozomi

Organismul albinei este unul pluricelular, fiecare celula constituienta avand un nucleu. Acesta contine majoritatea bagajului genetic al celulei, reprezentat de gene. Genele sunt cele care vor determina cum arata si cum functioneaza toate partile si organele individului respectiv.

Oul (ovulul) este in esenta o singura celula cu un nucleu si un singur set de gene. Acestea sunt dispuse in nucelu in structuri liniare, similare unui sir (cu pozitii clar determinate) numite cromozomi. Pozitia unei gene in cadrul cromozomului din care face parte se numeste locus si are o importanta vitala in fenomenul de mutatie genetica, pe care il tratam amanuntit mai tarziu in sectiunea Variatie genetica.

Un spermatozoid reprezinta de asemenea o singura celula cu un nucleu si un singur set de gene. In urma fertilizarii spermatozoidul patrunde in ou si nucleele acestora se unesc, formand un ou fecundat ce are doua seturi de cromozomi.

In urma procesului de diviziune celulara, oul fecundat se va diviza in doua celule, care la randul lor se vor diviza in alte doua celule fiice. Acest proces se va repeta si va continua pana in momentul formarii unui nou individ, compus din milioane de astfel de celule (organism pluricelular).

Diploid si Haploid

Pentru a asigura transmiterea genelor la celulele fiice, in momentul in care are loc o diviziune celulara fiecare gena se va duplica, iar cromozomul se va imparti longitudinal in doua jumatati identice, continand acelasi material genetic. Fiecare din cele doua celule fiice ce vor rezulta in urma diviziunii va primi astfel unul dintre cele doua nuclee identice. Acesta este mecanismul prin care caracterele ereditare se transmit in urma diviziunii celulare la celulele fiice, care vor fi identice cu cea din care provin.

In cazul albinei, matca si lucratoarele se vor dezvolta dintr-un ou fertilizat prin mecanismul detaliat anterior. Astfel, toate celulele din corpul acestora vor contine doua seturi de cromozomi (unul provenit din ou si celalalt din spermatozoid). O astfel de celula sau organism se numeste diploid. Un trantor se formeaza dintr-un ou nefertilizat si celulele sale vor contine prin urmare doar un singur set de cromozomi. Organismul rezultat poarta denumirea de haploid. Aceasta forma de dezvoltare, ce are loc fara fecundarea ovulului, se numeste partenogeneza.

Variatia genetica

In momentul in care un ou fecundat se va diviza in doua celule (ca prima parte din procesul formarii unui nou individ), hazardul este cel care determina care componenta a perechii de cromozomi a celulei ou va ajunge la o anumita celula fiica si care la cealalta. Astfel, fiecare din cele doua celule fiice va primi un pachet de 16 cromozomi, care pot proveni fie in totalitate de la mama, fie in totalitate de la tata, fie o combinatie a acestora. Un cromozom trebuie privit ca un intreg, genele componente fiind legate intre ele si ocupand o pozitie clara (locus).

Se intampla insa foarte des ca anumite parti dintr-o pereche de cromozomi sa-si schimbe pozitia intre ele si sa sfarseasca pe celalat cromozom din pereche. Astfel, celula fiica va primi cromozomi ce contin parti de la ambii parinti; aceasta incrucisare face posibila o variatie foarte mare, combinatiile posibile fiind extrem de multe.

Aceasta rocada a genelor care ajung la celulele fiice, urmata de crearea de alte noi combinatii in urma fertilizarilor este mecanismul care asigura variatia genetica in randul indivizilor unei colonii.

Genele dintr-un anumit locus pot fi aceleasi si pot avea acelasi efect in cadrul mai multor indivizi. Uneori insa o gena se poate modifica si poate determina un efect nou. In acest caz gena respectiva a suferit o mutatie si atat ea, cat si gena parinte poarta denumirea de gene alele. Aceasta noua gena se va multiplica la randul ei in timpul diviziunii celulare si se va raspandi in randul coloniei daca efectul produs de ea este favorabil.

In continuare vom prezenta un exemplu pentru a intelege mai bine conceptul de gene alele.

S-a constatat ca mutatia ce determina culoarea alba a ochilor albinei este un efect produs de genele alele intr-un anumit locus intr-unul din cei doi cromozomi. De asemenea, culoarea neagra a ochilor este caracterul dominant, in vreme ce gena alela responsabila pentru culoarea alba a ochilor transmite doar un caracter recesiv. Un caracter dominant va masca efectul unei gene alele recesive.

In genetica exista conventia de a nota genele cu litere (mari pentru cele care produc caractere dominante, mici pentru cele recesive). Astfel, putem nota cu W gena alela responsabila pentru ochii negri ai albinei si cu w pe cea recesiva (care determina culoarea alba). Una dintre aceste doua gene alele este pozitionata intr-un anumit locus pe unul dintre cei doi cromozomi la toate albinele. Sa presupunem ca aceasta gena este cea W, plasata pe cromozomul 1.

Din moment ce femelele au doua perechi de cromozomi, ele pot avea oricare combinatie de aceste doua gene alele in acel locus: WW, Ww sau ww. O combinatie WW sau Ww va produce ochi negri, intrucat W este gena dominanta, iar w cea recesiva. Numai femelele care au combinatia ww vor avea ochi albi. Un trantor, fiind haploid (un singur cromozom), vor avea doar W (ochi negri) sau w (ochi albi).

Fiecare albina femela va primi o gena W sau w de la mama si de asemenea o gena W sau w de la tata (trantor). In contrast, un trantor va primi doar W sau w de la mama, acesta neavand tata (ou nefecundat). Astfel, daca un trantor are gena W va avea ochii negri si albi in cazul genei w.

Daca o matca are gena W prezenta in ambii cromozomi pe loci omologi (loci = plural locus), vom reprezenta acest lucru prin notatia WW si vom spune ca organismul acesteia este homozigot pentru gena respectiva. Daca genele din cei doi loci sunt diferite, W si w, organismul se va numi heterozigot. Din acest motiv este usor de observat faptul ca un trantor nu poate fi niciodata homozigot sau heterozigot din moment ce are un singur cromozom si nu pot exista loci omologi.

Daca o matca nefecundata, homozigot pentru gena W, adica WW, este fecundata de un trantor cu ochii albi, putem reprezenta acest lucru astfel:

matca → WW

trantor → w

WW x w → Ww

Din moment ce matca este un homozigot (WW), toate ouale acesteia nu pot avea decat gena W. De asemenea, toti spermatozoizii proveniti de la trantorul cu ochii albi vor avea gena w, iar albinele lucratoare rezultate din incrucisarea cu matca homozigot vor fi heterozigoti (Ww). Gena W fiind dominanta si w recesiva, ochii tuturor albinelor femele rezultate vor fi negri.

Daca dintr-un astfel de ou heterozigot (Ww) se va dezvolta o matca, ea va fi la randul ei heterozigot pentru W. Daca aceasta matca va fi fecundata la randul ei de un trantor cu ochi albi (w), ea va depunde oua fecundate ce vor contine fie gena alela W, fie w. In medie 50% din oua vor primi gena W, iar 50% w.

Putem reprezenta acestea astfel:

matca → Ww va produce oua cu W sau w

trantor → w va produce spermatozoizi cu w

Ww x w → 50% femele heterzozigoti Ww cu ochii negri

                  50% femele homozigoti ww cu ochii albi

Putem concluziona ca in urma imperecherii cu un trantor cu ochii albi (w), matca heterozigot Ww va produce 50% albine femele cu ochii negri (heterozigoti) si 50% albine femele cu ochii albi (homozigoti). In ceea ce priveste trantorii produsi de aceasta, ei pot fi atat cu ochii albi cat si negri din moment ce ouale ei nefecundate pot avea fie gena W (trantori cu ochii negri), fie gena w (rezultand trantori cu ochii albi).

Acest experiment ilustreaza cum poate un trantor sa manifeste si sa transmita catre urmasii sai o caracteristica ce nu era prezenta la mama acestuia, cu toate ca tot bagajul sau genetic provine exclusiv de la mama, el neavand tata.

Culoarea ochilor face ca acest experiment sa fie usor de observat, insa nu toate variatiile pot fi observate atat de usor. Spre exemplu, exista 7 loci diferiti pentru genele care determina culoarea abdomenului albinei. Astfel, 7 perechi de gene pot produce 2187 de genotipuri diferite, iar nuantele rezultate sunt extrem de multe, variind de la culori foarte inchise la cele foarte deschise. In studiul acestei variatii mai intervin si factorii de mediu; este extrem de greu de evaluat cu certitudine daca factorii de mediu, cei ereditari sau o combinatie a acestora a determinat o anumita variatie. In plus, natura sociala a familiei face ca selectia indivizilor sa fie si mai dificila, iar colonia este considerata a fi unitatea, si nu individul.

In speranta ca am reusit sa clarificam anumite concepte si notiuni genetice, vom continua acesta serie cu alte articole in care vom aborda in amanunt aspecte legate de variatia genetica si criterii de crestere si selectie a matcilor.

Echipa ApiExpert.ro

Referinte: Wikipedia, Beesource Beekeeping