Original article

Potential use of major royal jelly proteins (MRJPs) as molecular markers for royal jelly production in Africanized honeybee colonies^*

Utilisation potentielle des protéines majeures de la gelée royale comme marqueurs moléculaires pour la production de gelée royale dans les colonies de l’abeille africanisée

Die mögliche Nutzung der Hauptproteine des Gelée Royale (Major Royal Jelly Protein, MRJP) als molekularer Marker für die Gelée royale-Produktion in Völkern der Afrikanisierten Honigbiene

¹ Departamento de Biologia Celular e Genética - Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, 5790, 87020-900, Maringá-PR, Brazil
² Departamento de Zootecnia – Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, 5790, 87020-900, Maringá-PR, Brazil

Corresponding author: M.C.C. Ruvolo-Takasusuki, mccrtakasusuki@uem.br

Received: 25 January 2009
Revised: 23 July 2009
Accepted: 13 August 2009

Abstract

The present study determined the genetic variation at mrjps loci (mrjp3, mrjp5 and mrjp8) and evaluated the potential use of MRJPs as molecular markers for higher royal jelly production in Africanized honeybee colonies. The three analyzed loci produced a total of 17 alleles. This high allelic polymorphism indicated these loci could serve as genetic markers. The potential use of MRJPs as molecular markers for royal jelly production was evaluated by analyses of multiple linear regressions with EPD (expected progeny differences) values for royal jelly production. The variance analyses indicated that the mrjp3 repetitive region influenced the genetic value of queen’s offspring for royal jelly production. The determination coefficient (R²) for the significant alleles of the repetitive region of mrjp3 indicated that 36.85% of the EPD variation is explained by the variation of C, D and E alleles. Therefore, these three alleles present a considerable genetic effect on the variation of RJ production.

Zusammenfassung

Gelée royale (GR) stellt die wichtigste Quelle an essentiellen Aminosäuren, Lipiden, Vitaminen, Acetylcholin (AcH) und anderen Nährstoffen im Larven- und Königennenfutter dar. Die Hauptproteinbestandteile des Gelée Royale (Major Royal Jelly Proteins, MRJPs) stellen 82–90 % des Gesamtproteingehalts von GR dar und sind bereits eingehend untersucht und charakterisiert. Die genetische Variabilität in der repetitiven Region von MRJP kann als möglicher Marker für die Selektion von Hongbienen in der GR-Produktion genutzt werden. Wir untersuchten hier die genetischen Varianten in drei verschiedenen MRJP-Genen (mrjp3, mrjp5 und mrjp8) und die Möglichkeit, diese als Marker für die GR-Produktion bei Afrikanisierten Honigbienen zu nutzen. Ammenbienen Afrikanisierter Bienenvölker wurden in der Bienenhaltung der Landesuniverstät Maringá in Brasilien aus insgesamt 34 Minivölkern gesammelt, die hinsichtlich der GR-Produktion bewertet wurden. Die Königinnen dieser Minivölker stammten von 15 Mutterköniginnen ab und wurden für die Produktion von Larven zur Königinnen-Tochter-Produktion genutzt. Diese Königinnen waren natürlich verpaart und wurden anschließend in die Minivölker eingeführt. Anhand von jeweils zwei Zyklen wurden die Bienenvölker hinsichtlich ihrer GR-Produktion bewertet. Mittels genomischer Primer wurden die repetitiven Regionen der mrjp3, mrjp5 und mrjp8 Gene amplifiziert. Die drei Loci waren polymorph und wiesen insgesamt 17 Allele auf (Abb. 1). Für die mrjp3 repetitive Region fanden wir sieben Allele mit einer Längenvariation von 410 bis 610 Basenpaaren (bp), für die mrjp5 repetitive Region waren es sechs (570–720 bp) und am mrjp8 Locus waren es vier Allele (360–420 bp). Ein positiver Zuchtwert (Expected Progeny Difference, EPD) ist vorteilhaft für die Selektion von Merkmalen wie der GR-Produktion. Der Bestimmungskoeffizient (R² für die signifikanten Allele der repetitive Region von mrjp3 zeigte, dass 36,85 % der EPD-Variation durch die Allele C, D und E erklärt werden kann. Diese drei Allele haben einen starken Effekt auf den genetischen Wert der GR-Produktion. Der F_IS Wert (0,2025) zeigt einen Homozygotenüberschuss an, der durch die bereits erfolgte Selektion der Königinnen für die GR-Produktion erklärt werden kann. Der niedrige F_ST Wert (0,0068) deutet an, dass die Ammenbienen der zwei Zyklen der GR-Produktion genetisch nicht differenziert sind. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Untersuchungen mit Völkern, die für die Allele C, D und E homozygot sind, durchgeführt werden sollten, um ihre Effekte auf die GR-Produktion messen und ihre Interaktionen bestimmen zu können. Des Weiteren zeigt die Untersuchung auf, dass die mrjp3 repetitive Region als molekularer Marker für die Selektion von Königinnen von Imkern in einem Zuchtprogramm zur Steigerung der GR-Produktion in Afrikanisierten Bienen genutzt werden kann.