Dwa losy jednego genomu - robotnica i matka pszczela
Całkowity komplet informacji genetycznej, który znajduje się w organizmie nazywamy genomem. Składa się on z części kodującej oraz niekodującej. Kodująca część genomu to geny, które wpływają na cechy organizmu i, co ciekawe, stanowią tylko 2% całego genomu. Reszta to tzw. „śmieciowe DNA” (junk DNA), którego funkcje dopiero poznajemy. Pierwszy poznany owadzi genom należał do muszki owocowej, natomiast jako czwarty z kolei został zanalizowany i opisany genom pszczoły miodnej (Apis mellifera).
fot.© Dariusz Małanowski
Jaja, które są wynikiem połączenia materiału genetycznego matki z materiałem genetycznym jednego z trutni posiadają ten sam genom. Zapłodnione jajeczko posiada pełną informację genetyczną, aby mogła z niego powstać pszczoła. Niezwykle interesujący jest fakt, iż wykorzystując tę samą informację genetyczną, potomstwo o identycznym genomie daje dwa rodzaje osobników: liczne robotnice i pojedynczą matkę.
Podobnie zresztą interesujący jest fakt, że począwszy od jajeczka, poprzez wszystkie stadia rozwojowe czerwiu, aż do dorosłych osobników, różne części informacji genetycznej są stopniowo wykorzystywane poprzez mechanizmy włączania i wyłączania genów, dzięki czemu w rodzinie pszczelej mamy pszczoły karmicielki, woszczarki, gniazdowe czy zbieraczki.
A podążając tym tropem myślenia zastanawiające jest, w jaki sposób następuje uaktywnianie genów w sytuacjach alarmowych, awaryjnych, tj. np. zachwianie homeostazy (równowagi) poprzez patogeny; i dlaczego matka jest bardziej odporna na choroby, skoro przecież to ten sam genom? Pełny zapis informacji genetycznej zawarty w zapłodnionym jajeczku, a potem w każdej komórce ciała osobnika nazywamy jego genotypem. Jest to plan budowy i funkcjonowania pszczoły.
Z kolei zestaw cech, które charakteryzują pszczołę, tj. agresywność, barwa, czy czerwi oszczędnie, często się roi itp., to jej fenotyp. Najprościej ujmując ekspresja informacji genetycznej zawartej w genotypie pszczoły, w jej genach, prowadzi do powstania ściśle określonego fenotypu i niestety nie jest to proces prosty. Jest on uzależniony w dużej mierze od czynników środowiska, np. przy słabych pożytkach pszczoły mają silny instynkt zdeterminowany genami do gromadzenia miodu.
Zatem informacja genetyczna i środowisko wpływają na zestaw cech charakteryzujących daną pszczołę. Informację tę tworzą związki chemiczne, które ułożone jeden za drugim jak koraliki, tworzą szczegółowy zapis na temat organizmu. Każdy z tych koralików to gen. Żeńska część ula: matka i robotnice są diploidalne, czyli zawierają nie jeden lecz dwa takie sznury korali. A jaki z tego wniosek?
Organizmy diploidalne mają podwójny zestaw genów, w których geny poukładane są parami. Matka pszczela zawiera ok. 10 tys. par takich genów, w sumie 20 tys. Są one poukładane parami (to tzw. allele), naprzeciw siebie i odpowiadają zawsze za tę samą cechę. Mogą być one różne i wtedy mamy do czynienia z heterozygotą (np. Aa) lub identyczne i mówimy wtedy o homozygocie (AA lub aa). I co najważniejsze: ten podwójny sznur koralików mieści się w maleńkim jądrze komórkowym.
fot.© Roman Dudzik
A co jeszcze bardziej intrygujące, ten sznur ma ok. 1,5 metra długości! To zaskakujące. Jak mieści się w jądrze, którego średnica wynosi ok. 6µm czyli 6 × 10-6 m, czyli 0,000006 metra? Ten sznurek koralików jest mocno splątany i tworzy pięć struktur, z których z kolei tworzone są chromosomy. Podobnie jak geny, chromosomy poukładane są parami, po dwa o takiej samej długości i budowie, co określa się mianem chromosomów homologicznych.
Pszczoły mają 32 chromosomy zgrupowane w 16 par. Jak to się dzieje, że pszczoły, mimo iż są tak do siebie podobne, to jednak się od siebie różnią? Wyjaśnienie tej zagadki tkwi w sposobie przekazywania genów podczas replikacji, czyli procesie, w którym tworzone są kopie informacji genetycznej. Podczas każdego podziału komórki całość informacji genetycznej jest w całości kopiowana do dwóch komórek potomnych i dlatego każda komórka ciała pszczoły posiada kopie wszystkich genów.
Ale co szczególnie istotne, ta informacja musi być wiernie przekazywana z pokolenia na pokolenie. Dlatego jest ona po skopiowaniu umieszczana w komórkach rozrodczych nazywanych gametami, czyli w jajeczkach i plemnikach, a następnie za ich pośrednictwem przekazywana do następnego pokolenia. W powstawaniu jajeczka uczestniczą geny pochodzące z każdej pary genów matki, przy czym przypadek decyduje, który z dwóch alleli trafi do niego.
Czyli jajeczko posiada kopię tylko połowy genów znoszącej go matki, której genotyp wynosi 2n (diploidalna). Dlatego każde jajeczko otrzymuje inny, niepowtarzalny zestaw genów. To tłumaczy dlaczego matki-córki lub robotnice pochodzące z jajeczek złożonych przez jedną matkę są różne.
Jeśli chodzi o trutnie, to sprawa przedstawia się prościej, gdyż zawierają one tylko połowę genów swojej matki (po jednym z każdej pary alleli) i z nich powstają w drodze dzieworództwa z niezapłodnionych jajeczek. Dlatego truteń jest haploidalny (1n), a każdy jego plemnik przenosi pełną informację genetyczną w postaci 1n i dlatego otrzymuje kopię wszystkich jego genów i wszystkie plemniki jednego trutnia są identyczne. Wiedza na ten temat przydaje się głównie przy sztucznym unasienianiu matek.
Co jeszcze ważne, geny jajeczka i plemnika łączą się ze sobą po procesie zapłodnienia w całkiem innej kombinacji niż u rodziców. W ten jakże zawiły sposób powstają kolejne pokolenia, jedno po drugim, przynależące do określonych kast.
Kilka słów o matce i robotnicach
Kasty pszczele różnią się między sobą budową, zarówno morfologiczną, jak i anatomiczną. Wpływa to na ich funkcje w społeczności pszczelej. Robotnice i matka mają także odmienne tempo rozwoju oraz inną długość życia. Przyszła matka pszczela osiąga postać dorosłą w przeciągu 16 dni, podczas gdy robotnice potrzebują na to więcej czasu, bo aż 21 dni. Matka jako jedyna z pszczół posiada spermatekę (umożliwiającą jej zbieranie nasienia od trutni) oraz liczne jajniki.
[...] - część treści ukryta, w całości dostępna tylko dla zalogowanych e-Prenumeratorów
dr Aneta Strachecka
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Katedra Biologicznych
Podstaw Produkcji Zwierzęcej
Aleksandra Łoś
Renata Koprianiuk
