Genetic analysis of Nosema tolerance in the honey bee, Apis mellifera

Abstract

Über Jahrzehnte wurden Bienenvölker (Apis mellifera) in Dänemark auf niedrige Infektionsraten mit Nosema selektiert, und Nosema ist heute äußerst selten in Bienenkolonien dieser Zuchtlinie. Wir vergleichen die Immunantwort einer selektierten und einer nicht selektierten Honigbienezucht und nutzen dabei haploide Männchen um mögliche Auswirkungen auf die Toleranz gegenüber Nosema ceranae, ein neu eingeführtes pathogenes Mikrosporidium, zu studieren. Nach künstlicher Infektion mit N. ceranae Sporen zeigte die für Nosema Toleranz selektierte Zuchtlinie eine höhere N. ceranae Sporenlast, geringere Sterblichkeit und eine hochregulierte Immunantwort. Die Unterschiede in der Reaktion des angeborenen Immunsystems zwischen selektierter und nicht selektierter Zuchtlinie waren am sechsten Tag post-Infektion am deutlichsten. Insbesondere Gene der Toll-Signalkette waren in der selektierten Linie hochreguliert, welches somit wahrscheinlich die wichtigste beteiligte Immunsignalkette bei N. ceranae Infektion ist. Nach jahrzehntelanger Selektion für Nosema-Toleranz der dänischen Zuchtlinie, scheint es, dass diese Bienen tolerant gegenüber N.ceranae Infektionen sind.

Honey bee colonies (Apismellifera) have been selected for low level of Nosema in Denmark over decades and Nosema is now rarely found in bee colonies from these breeding lines. We compared the immune response of a selected and an unselected honey bee lineage, taking advantage of the haploid males to study its potential impact on the tolerance toward Nosema ceranae, a novel introduced microsporidian pathogen. After artificial infections of the N. ceranae spores, the lineage selected for Nosema tolerance showed a higher N. ceranae spore load, a lower mortality and an up-regulated immune response. The differences in the response of the innate immune system between the selected and unselected lineage were strongest at day six post infection. In particular genes of the Toll pathway were up-regulated in the selected strain, probably is the main immune pathway involved in N. ceranae infection response. After decades of selective breeding for Nosema tolerance in the Danish strain, it appears these bees are tolerant to N. ceranae infections.