Genetic integrity of the Dark European honey bee (Apis mellifera mellifera) from protected populations: a genome-wide assessment using SNPs and mtDNA sequence data

Summary

The recognition that the Dark European honey bee, Apis mellifera mellifera, is increasingly threatened in its native range has led to the establishment of conservation programmes and protected areas throughout western Europe. Previous molecular surveys showed that, despite management strategies to preserve the genetic integrity of A. m. mellifera, protected populations had a measurable component of their gene pool derived from commercial C-lineage honey bees. Here we used both sequence data from the tRNA^leu-cox2 intergenic mtDNA region and a genome-wide scan, with over 1183 single nucleotide polymorphisms (SNPs), to assess genetic diversity and introgression levels in several protected populations of A. m. mellifera, which were then compared with samples collected from unprotected populations. MtDNA analysis of the protected populations revealed a single colony bearing a foreign haplotype, whereas SNPs showed varying levels of introgression ranging from virtually zero in Norway to about 14% in Denmark. Introgression overall was higher in unprotected (30%) than in protected populations (8%), and is reflected in larger SNP diversity levels of the former, although opposite diversity levels were observed for mtDNA. These results suggest that, despite controlled breeding, some protected populations still require adjustments to the management strategies to further purge foreign alleles, which can be identified by SNPs.

Resumen

El reconocimiento de que la abeja negra de la miel, Apis mellifera mellifera, está cada vez más amenazada en su área de distribución natural, ha promovido el establecimiento de programas de conservación y de áreas de protección en toda Europa occidental. Los estudios moleculares previos mostraron que a pesar de las estrategias de gestión para preservar la integridad genética de A. m. mellifera, las poblaciones protegidas tenían un componente conmensurable de su acervo genético derivado de abejas comerciales del linaje C. Aquí hemos utilizado datos tanto de la secuencia de la región intergénica tRNA^leu-cox2 del ADNmt como del genoma nuclear, con más de 1.183 polimorfismos de nucleótido único (SNP), para evaluar la diversidad genética y los niveles de introgresión en varias poblaciones conservadas de A. m. mellifera, que luego se compararon con una muestra recolectada en poblaciones no protegidas. El análisis del ADNmt de las poblaciones conservadas reveló una única colonia con un haplotipo foráneo, mientras que los SNP mostraron niveles variables de introgresión que van desde prácticamente cero en Noruega a aproximadamente 14% en Dinamarca. La introgresión global fue mayor en las poblaciones sin protección (30%) que en las protegidas (8%), lo cual se refleja en mayores niveles de diversidad de SNP en las primeras, en contraste con los niveles de diversidad de ADNmt observados que fueron más bajos. Estos resultados sugieren que, a pesar de la cría controlada, algunas poblaciones protegidas todavía requieren ajustes en las estrategias de gestión para eliminar más alelos foráneos, que puedan ser identificados mediante el uso de SNPs.

Keywords:

• Apis mellifera mellifera
• Dark European honey bee
• introgression
• conservation
• diversity
• SNPs
• tRNA^leu-cox2 intergenic region