Browsing by Author "Johnston, J. Spencer"
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- Africanization in the United States: Replacement of Feral European Honeybees (Apis mellifera L.) by an African Hybrid SwarmPublication . Pinto, M. Alice; Rubink, William L.; Patton, John C.; Coulson, Robert N.; Johnston, J. SpencerThe expansion of Africanized honeybees from South America to the southwestern United States in 50 years is considered one of the most spectacular biological invasions yet documented. In the American tropics, it has been shown that during their expansion Africanized honeybees have low levels of introgressed alleles from resident European populations. In the United States, it has been speculated, but not shown, that Africanized honeybees would hybridize extensively with European honeybees. Here we report a continuous 11-year study investigating temporal changes in the genetic structure of a feral population from the southern United States undergoing Africanization. Our microsatellite data showed that (1) the process of Africanization involved both maternal and paternal bidirectional gene flow between European and Africanized honeybees and (2) the panmitic European population was replaced by panmitic mixtures of A. m. scutellata and European genes within 5 years after Africanization. The post-Africanization gene pool (1998–2001) was composed of a diverse array of recombinant classes with a substantial European genetic contribution (mean 25–37%). Therefore, the resulting feral honeybee population of south Texas was best viewed as a hybrid swarm.
- Africanization of a feral honey bee (Apis mellifera) population in South Texas: does a decade make a difference?Publication . Rangel, Juliana; Giresi, Melissa; Pinto, M. Alice; Baum, Kristen A.; Rubink, William L.; Coulson, Robert N.; Johnston, J. SpencerThe arrival to the United States of the Africanized honey bee, a hybrid between European subspecies and the African subspecies Apis mellifera scutellata, is a remarkable model for the study of biological invasions. This immigration has created an opportunity to study the dynamics of secondary contact of honey bee subspecies from African and European lineages in a feral population in South Texas. An 11-year survey of this population (1991-2001) showed that mitochondrial haplotype frequencies changed drastically over time from a resident population of eastern and western European maternal ancestry, to a population dominated by the African haplotype. A subsequent study of the nuclear genome showed that the Africanization process included bidirectional gene flow between European and Africanized honey bees, giving rise to a new panmictic mixture of A. m. scutellata- and European-derived genes. In this study, we examined gene flow patterns in the same population 23 years after the first hybridization event occurred. We found 28 active colonies inhabiting 92 tree cavities surveyed in a 5.14 km(2) area, resulting in a colony density of 5.4 colonies/km(2). Of these 28 colonies, 25 were of A. m. scutellata maternal ancestry, and three were of western European maternal ancestry. No colonies of eastern European maternal ancestry were detected, although they were present in the earlier samples. Nuclear DNA revealed little change in the introgression of A. m. scutellata-derived genes into the population compared to previous surveys. Our results suggest this feral population remains an admixed swarm with continued low levels of European ancestry and a greater presence of African-derived mitochondrial genetic composition.
- Análisis de introgresión en Apis mellifera iberiensis y Apis mellifera mellifera usando polimorfismos de nucleótidos simples (SNPs)Publication . Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Johnston, J. Spencer; Rufino, José; Pinto, M. AliceDiferentes estudios basados en marcadores morfométricos, ecolégicos, microsatélites y mtDNA han agrupado las subespecies de A. mellifera en cuatro linajes evolutivos: Africano (A), Medio Oriente (O), Este y Centro de Europa (C), Norte y Oeste de Europa (M). El linaje M está representado por las subespecies A. m. iberiensis y A. m. mellifera, cuya distribución es la Peninsula lbérica y desde los Pirineos hacia el Norte de Europa respectivamente. Durante las últimas décadas, la introducción masiva de subespecies del linaje C por parte de los apicultores ha ocasionado un elevado flujo génico y más aún el casi complete remplazamiento de A. m. mellifera, como ha sido reportado para Alemania. Por tanto, el análisis de los niveles de introgresión en programas de cría y conservación es de vital importancia para evitar la pérdida de diversidad genética y la sustitución de especies nativas. Este estudio busca identificar los niveles cle introgresión de subespecies del linaje C en las subespecies pertenecientes al linaje M a través de un análisis amplio del genoma usando SNPs. Para ello se genotiparon 711 individuos de A. m. iberiensis y 88 de A. m. mellifera con 1536 SNPs. Las subespecies de linaje C A. m. ligustica y A. m. carnica se usaron como referencia. Los niveles de introgresión fueron evaluados usando un método de agrupamiento Bayesiano implementado en el software STRUCTURE. Nuestros resultados indicaron que la introgresión en A. m iberiensis no es significativa, a diferencia de A. m. mellifera que presentó de 8% a 30% de introgresión. Considerando que muchas de las muestras de A. m. mellifera son provenientes de poblaciones integradas en programas de conservación en el Norte de Europa, este resultado evidencia el profundo contraste entre las dos subespecies del linaje M con respecto a su estado de conservación.
- Análisis de introgresión en Apis mellifera iberiensis y Apis mellifera mellifera usando polimorfismos de nucleótidos simples (SNPs)Publication . Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Johnston, J. Spencer; Rufino, José; Pinto, M. AliceDiferentes estudios han agrupado las subespecies de A. mellifera en cuatro linajes evolutivos basados sobre marcadores morfométricos, ecológicos, microsatélites y mtDNA: Africano (A), Medio Oriente (O), Este y Centro de Europa (C), Norte y Oeste de Europa (M). El linaje M está representado por las subespecies A. m. iberiensis y A. m. mellifera, cuya distribución es la Península Ibérica para la primera y desde los Pirineos hacia el Norte de Europa para la segunda. Durante las últimas décadas, la introducción masiva de subespecies del linaje C por apicultores ha ocasionado un fuerte flujo génico y más aún al casi completo remplazamiento de A. m. mellifera, como ha sido reportado para Alemania. Por tanto, el análisis de niveles de introgresión en programas de crianza y conservación es de vital importancia para evitar la perdida de diversidad genética y sustitución de especies nativas. Este estudio busca identificar los niveles de introgresión de subespecies del linaje C en las subespecies pertenecientes al linaje M a través de un análisis amplio del genoma usando SNPs. Para 711 individuos correspondiente a A. m. iberiensis y 88 individuos A. m. mellifera fueron genotipados 1536 SNPs. Las subespecies de linaje C A. m. ligustica y A. m. carnica fueron usados como poblaciones de referencia. Los niveles de introgresión fueron evaluados usando un método de agrupamiento Bayesiano implementado en el software STRUCTURE. Nuestros resultados indicaron que la introgresión en A. m .iberiensis no es significante, a diferencia en A. m. mellifera que presentó de 8% a 30% de introgresión. Considerando que muchas de las muestras de A. m. mellifera son provenientes de poblaciones integradas en programas de conservación en el Norte de Europa, este resultado evidencia el profundo contraste entre las dos subespecies del linaje M con respecto a su estado de conservación.
- Candidate loci for selection in Iberian honey bees: a genome-wide scan using SNP genotypingPublication . Pinto, M. Alice; Chávez-Galarza, Julio; Muñoz, Irene; De la Rúa, Pilar; Azevedo, João; Patton, John C.; Johnston, J. SpencerOver the last 20 years Iberian honey bees (IHB) have been scrutinized with a variety of genetic markers including morphology, allozymes, mtDNA, and microsatellites. The complex patterns and processes revealed have yet to be fully understood. While mtDNA is useful to reveal the maternal component, biparental markers capture genome-wide effects (admixture, expansions, and contractions) and locus-specific effects (selection). Accordingly, we expect to dissect out, through genome-wide scans, neutral and selection effects. In this study, the Illumina GoldenGate Assay was used to genotype SNPs across the complete genome of IHBs. The SNP data set was analyzed for evidence of selection using a frequentist, FDIST, and a Bayesian method, BayeScan. Additionally, a spatial analysis method (MatSAM) was used to test for associations between SNPs and climatic variables. With these approaches we detected 8 loci with a strong signal of directional selection. The genome positions and putative gene functions, given in the HB genomic resources, suggest that these putatively selected loci are strong candidates for selection. The spatial representation of these same loci reveals a clinal pattern of variation, further supporting selection. Our approach allows for a rigorous consideration of selection as the underlying cause of observed patterns of diversity and contrast with previous studies where evocation of selection was merely speculative.
- Comparação do desempenho de microsatélites e polimorfismos de nucleótido simples (SNPs) na identificação da abelha negra (Apis mellifera mellifera L.)Publication . Muñoz, Irene; Henriques, Dora; Jara, Laura; Johnston, J. Spencer; Chávez-Galarza, Julio; De la Rúa, Pilar; Pinto, M. AliceAs populações de abelha (Apis mellifera L.) têm declinado substancialmente na Europa devido a vários factores, incluindo perda de diversidade genética e vitalidade, pragas e patogénios, e exposição a pesticidas. Na Europa, o comércio de rainhas tem promovido o fluxo génico entre populações das subespécies nativas (e.g. abelha negra, Apis mellifera mellifera L.) e populações comerciais, o que em alguns casos tem levado à substituição das populações nativas. Medidas efetivas de conservação da abelha negra, a qual tem sido crescentemente ameaçada por introgressão genética, requerem a sua identificação. Para atingir este objetivo é necessário escolher a melhor ferramenta molecular. Os avanços tecnológicos recentes têm levado à disponibilização do marcador molecular cada vez mais popular “polimorfismo de nucleótido simples” (SNP), o qual tem o potencial de revolucionar o uso das ferramentas genéticas na conservação e gestão da diversidade genética. Porém, marcadores moleculares mais tradicionais, como é o caso dos microsatélites, podem ser vantajosos em algumas situações. Neste estudo, compararam-se 11 microsatélites com diferentes conjuntos de SNPs (de 48 a 1183) em 113 indivíduos, para medir o poder dos dois tipos de marcadores em identificar a estrutura populacional da abelha negra. O poder de diferenciação genética foi avaliado utilizando uma análise de componentes principais (PCA) e uma abordagem Bayesiana baseada em grupos. O poder de diferenciação genética dos SNPs foi superior ao dos microssatélites. A PCA realizada com os microssatélites não permitiu diferenciar as linhagens evolutivas da Europa Ocidental (M) e da Europa Oriental (C), e as estimativas das proporções de miscigenação entre M e C apresentaram uma maior taxa de erro e menor rigor. Em contrapartida, o conjunto de SNPs mais informativo (ancestry informative markers, AIMs) permitiu não só detectar a arquitetura genética, como também proporcionou um maior rigor nas estimativas de miscigenação do que outros conjuntos de SNPs. Estes resultados revelaram que o poder das análises de identificação e introgressão genética aumenta consideravelmente com um número moderado de AIMs.
- Detection of loci under selection in Apis mellifera iberiensis as compared with two frequentist methodsPublication . Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Johnston, J. Spencer; Azevedo, João; Muñoz, Irene; De la Rúa, Pilar; Patton, John C.; Costa, Filipe Oliveira; Pinto, M. AliceGenome scans with many genetic markers provide the opportunity to investigate local adaptation in natural populations and identify candidate genes under selection. The recent advent of high-throughput Single Nucleotide Polymorphism (SNP) genotyping technologies have opened new perspective of research and these markers are commonly observed in functional genes making them ideal markers to study adaptive molecular variation. This approach has become commonly employed in ecological and population genetics studies to detect outlier loci that are putatively under selection. Herein, we show a preliminary exploration of a gnome scan to detect signatures of selection on the Iberian honey bee genome The objective of this study was to determine loci under selection of A m. iberiensis by using SNPs. Over 711 individuals were sampled in the lberian Peninsula across three Latitudinal transects and then genotyped for 1536 SNPs using the Golden Gate Assay of Illumina. Loci under selection were identified by two frequentist methods: Fdist, implemented in LOSITAN, and BAYESCAN. There were identified 22 loci under selection by BAYESCAN and 12 Loci by LOSITAN, being 10 Loci detected by both methods. The SNPs under selection were located in linkage group I1 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13 and 15 from honey bee genome and may be related to genes with diverse functions as hormonal, nervous, development, cell signaling and some unknown.
- Effect of linkage disequilibrium on inferences of population structure and introgression of iberian and black honey beesPublication . Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Kryger, Per; De la Rúa, Pilar; Johnston, J. Spencer; Rufino, José; Pinto, M. AliceIdentification of population structure, a primary goal in population genetics, is easily performed because there is a number of methods available, implemented by user-friendly software packages. However, the user must be cautious when inferring population structure because spurious results may be obtained when there is strong linkage disequilibrium. With recent development of high-density SNPs we have now more power to interrogate the honey bee genome. However, the greater the number of loci genotyped the greater the chance of scoring loci that are linked. In addition, events such as population bottleneck, small effective population size, genetic drift, and admixture may also generate strong linkage disequilibrium. According to Kaeuffer et al. (2007), correlation rLD is the best way to deal with linkage disequilibrium. These authors recommend removing loci with rLD higher than 0.5 when inferring structure. In this study we used the GoldenGate Assay of Illumina to genotype over 1221 loci in individuals sampled from populations of A.m. iberiensis and A.m. mellifera. In this dataset we used the genetic distance between SNPs and rLD to test the effect of linkage in the number of clusters and the introgression level inferred by the clustering method implemented in the software STRUCTURE.
- Effect of linkage disequilibrium on inferences of population structure and introgression of iberian and black honey beesPublication . Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Kryger, Per; De la Rúa, Pilar; Johnston, J. Spencer; Rufino, José; Pinto, M. AliceIdentification of population structure, a primary goal in population genetics, is easily performed because there is a number of methods available, implemented by user-friendly software packages. However, the user must be cautious when inferring population structure because spurious results may be obtained when there is strong linkage disequilibrium. With recent development of high-density SNPs we have now more power to interrogate the honey bee genome. However, the greater the number of loci genotyped the greater the chance of scoring loci that are linked. In addition, events such as population bottleneck, small effective population size, genetic drift, and admixture may also generate strong linkage disequilibrium. According to Kaeuffer et al. (2007), correlation rLD is the best way to deal with linkage disequilibrium. These authors recommend removing loci with rLD higher than 0.5 when inferring structure. In this study we used the GoldenGate Assay of Illumina to genotype over 1221 loci in individuals sampled from populations of A.m. iberiensis and A.m. mellifera. In this dataset we used the genetic distance between SNPs and rLD to test the effect of linkage in the number of clusters and the introgression level inferred by the clustering method implemented in the software STRUCTURE.
- Estrutura populacional e variabilidade genética da abelha ibérica (Apis mellifera iberiensis) revelada por marcadores do adn mitocondrial e nuclear: implicações na actividade apícolaPublication . Pinto, M. Alice; Chávez-Galarza, Julio; Henriques, Dora; Rufino, José; Azevedo, João; Muñoz, Irene; De la Rúa, Pilar; Patton, John C.; Johnston, J. SpencerA conservação da diversidade genética das populações locais de abelhas é fundamental à sustentabilidade da atividade apícola. Primeiro, porque a diversidade genética é a matéria-prima sobre a qual a seleção (natural ou artificial) atua, permitindo a adaptaçãoo das abelhas às cada vez mais rápidas alteracões ambientais (poluição, pesticidas, novos patogénios e parasitas) e às exigências de uma atividade apícola cada vez mais competitiva. Segundo, porque a perda de diversidade genética pode conduzir à consanguinidade e à redução do valor adaptativo das colónias podendo-se traduzir em perdas de produtividade, maior número de machos diploides e menor resistência aos parasitas e patogénios, entre outros efeitos. A compreensão dos padrões espaciais de diversidade genética, e dos processos históricos e contemporâneos que têm moldado essa diversidade ao longo dos tempos, é crucial para uma melhor gestão e conservação da abelha ibérica (Apis mellifera iberiensis). Apesar dos inúmeros estudos conduzidos na Península lbérica nas últimas décadas, os padrões e processos de diversidade genética são ainda mal compreendidos. De facto, a grande variedade de marcadores genéticos (morfolugia, alozimas, ADN mitocondrial, microsatélites) que tem sido utilizada tem revelado padrões incongruentes de diversidade fazendo da abelha ibérica a mais complexa subespécie na ampla área de distribuição geográfica da espécie Apis mellifera. Nesta comunicação serão apresentados os resultados de um estudo que proporcionará a caracterização mais completa da abelha ibérica jamais realizada através de uma amostragem de elevada resolução quer a nível geográfico quer a nível do seu genoma. Para tal utilizaram-se simultaneamente marcadores mitocondriais (região intergénica tRNAleu-cox2) e nucleares neutrais testados (311 SNPs), e avancadas ferramentas analíticas numa coleção de 711 colónias amostradas ao longo de três transeptos ibéricos (costa Atlântica, região central e costa Mediterrânica). Os resultados deste estudo confirmam a elevada complexidade e forte estruturação da abelha ibérica refletida (i) no cline com orientação sudoeste-nordeste formado pelas linhagens evolutivas Africana (A) e da Europa Ocidental (M) e (ii) no acentuado contraste da composição genética das populações do Mediterrâneo e do Atlântico. Em oposição a outros trabalhos genéticos, neste estudo o padrão recuperado pelos SNPs é congruente com a variação materna. Por último, este estudo mostra que o grau de introgressão da linhagem C na abelha ibérica é negligenciável, contrastando fortemente com a outra subespécie da linhagem M, Apis mellifera mellifera. As eventuais implicacões destes resultados na atividade apicola serão discutidas numa perspetiva de preservação da integridade genética da abelha ibérica.