Sezónní variabiita potenciálních markerů dlouhověkosti včel

Jakub Hájek

Bachelor's thesis

Seasonal variation of potential honey bee longevity markers

Abstract:

Dlouhověkost včelích dělnic je zajímavou vlastností včel druhu Apis mellifera. V průběhu roku se včelstvu vyskytují dva druhy včelích dělnic, krátkověké a dlouhověké. Krátkověké mají mimo jiné za úkol zajistit rychlý jarní rozvoj a přísun zásob na zimu, zatímco dlouhověké včely jsou zárukou přežití včelstva přes zimu a výchovy první jarní generace po zimním slunovratu.Cílem této práce byla analýza včel pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR) a zjištění, zda by některá ze zkoumaných látek mohla být markerem dlouhověkosti včel. Byla vyhodnocena koncentrace deseti látek ve včelích tělech v průběhu roku a to glukózy, fruktózy, trehalózy, cholinu, O-fosfocholinu, prolinu, alaninu, valinu, leucinu a izoleucinu.Včely byly odebírány ze šesti úlů (na třech stanovištích po dvou včelstvech) do 50ml zkumavek Falcon. Z každého úlu byly každý měsíc odebrány dva vzorky. Celkem bylo takto odebráno 132 vzorků včel.Polovina včel byla ihned zamrazena a druhá byla zaklíckována po dobu 24 hodin za přístupu k 1:1 roztoku sacharózy. Z každého vzorku bylo vybráno 5 včel. Těla hmyzu byla po rozmrazení zbavena trávicího traktu a dekapitována. Následně byla rozemleta a extrahována v MeOH, rozpuštěna ve vodě a po centrifugaci analyzována na spektrometru Bruker 500 MHz s pomocí pulzní sekvence 1d noesy. Spektra byla procesována v programu Topspin 3.7 (Fourierova transformace, úprava fáze, baseline, referencování TSP na 0,00 ppm). Alignment a binning (0,01 ppm) byly provedeny v programu Mestrenova 12.3.03 a sloučeniny byly dále kvantifikovány pomocí programu Chenomx NMR Suite 8.3. Statistické zpracování bylo provedeno v Microsoft Excel 2016 a v IBM SPSS statistics 25.Výsledky odhalily několik potenciálních markerů dlouhověkosti včel. Konkrétně koncentrace trehalózy, která byla v letních měsících na hodnotách 0,2 mg/včelu, v zimních měsících klesla k 0,15 mg/včelu a v některých případech až k 0,1 mg/včelu. Cholin a o-fosfocholin vykazovaly oproti sobě opačný trend během roku. Cholin se v aktivních měsících vyskytoval ve včelích tělech v koncentraci 0,05 mg/včelu, zatímco v klidových měsících jeho koncentrace stoupla k 0,1 mg/včelu. Oproti tomu hladina O-fofocholinu se v aktivním období pohybovala na hodnotách okolo 0,08 mg/včelu a v klidovém období roku klesla až na 0,02 mg/včelu. Koncentrace aminokyselin s rozvětveným řetězcem, které byly zkoumány (valin, leucin a izoleucin), vykazovala během roku podobný průběh. Od března do října se jejich koncentrace v tělech včel pohybovala okolo 0,02 mg/včelu a během zimních měsíců roku stoupla někdy až k 0,11 mg/včelu. Zajímavé je také zjištění, že letní včely mají horší schopnost udržet ve svých tělech cukry než zimní včely.

Abstract:

Longevity of honeybee workers is interesting characteristic of Apis mellifera species. Two kinds of worker bees can be found in the hive during the year. Short-lived bees and long- lived bees. The task of short-lived bees besides other things is to ensure quick spring development and gathering of food stores for winter. Long-lived generation on the other hand has to keep the colony alive during the winter and raise the first generation of new bees after winter solstice.The goal of this work was analysis of bees using the nuclear magnetic resonantion (NMR) as well as exploring if any of the examined substances might be considered logevity marker. Concetration of ten substances during the course of the year in honeybee bodies was studied namely glucose, fructose, trehalose, choline, o-phosphocholine, proline, alanine, valine leucine and isoleucine.Bee samples originated from 6 hives (from 3 locations 2 hives per location). Samples weere kept in 50ml falcon tubes. Two samples were taken from each hive every month in total 132 samples was taken.Half of the bees was frozen imediately. The other half was left at the cage with access to 1:1 sugar solution for 24 hours. Five bees was selected from each sample. After defrosting bodyes of insects were deguted and decapitated. Bodies were then groud up and exctracted in MeOH. They were disolved in water and analyzed on spectrometer Bruker 500 MHz (with pulsion sequence 1d noesy) after centrifugation. Data was processed in softwares Topspin 3.7 (fourier tranformation, phase correction, baseline correction, refrencing TSP to 0,00ppm). Alignment and binning (0,01 ppm) were carried out in Mestrenova 12.3.03 and compounds were then quantified with Chenomx NMR Suit 8.3 program. Statistical processing was carried out in programs Microsoft excel 2016 and in SPSS statistics 25.Results showed several potentional markers of bee longevity. In particular concentration of trehalose witch was at 0,2mg per bee in summer months. The concentration dropped in winter months to 0,1mg per bee. Choline and o-phosphocholine showed opposite trends to each other. Choline was in active months of bee year present in concentrations around 0,05 mg per bee. During the resting period of the bee year choline concentration climbed to 0,1mg per bee. O-phophocholine showed opposite trend. It's concentration during summer was around 0,08mg per bee and dropped during the winter too 0,02mg per bee. Concentrations of valine, leucine and isoleucine were similar during the whole year. They were around 0,02 mg per bee during summer months and they have risen to 0,1 mg per bee in the winter. Also interesting is better winter bee ability of holding suger levels in their bodies higher then summer bees.

Keywords

včely, NMR, dlouhověkost, metabolomika

Keywords

honeybees, NMR, longevity, metabolomycs

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Animal Science / Animal Science