Mehrere Mitogenome deuten darauf hin, dass mit den Out-of-Africa- oder Asia-Hypothesen zur phylogeografischen Entwicklung der Honigbiene (Apis mellifera) alles auseinanderfällt.

Oct 19, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9386 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Frühere morphomolekulare Studien zu evolutionären Beziehungen innerhalb der wirtschaftlich wichtigen Gattung der Honigbienen (Apis), einschließlich der Westlichen Honigbiene (A. mellifera L.), haben darauf hingewiesen, dass die Bienen ihren Ursprung außerhalb Afrikas oder Asiens haben und sich anschließend nach Europa ausbreiteten. Ich teste diese Hypothesen durch eine Metaanalyse vollständiger mitochondrialer DNA-kodierender Regionen (11,0 kbp) aus 22 nominalen Unterarten, die durch 78 einzelne Sequenzen in A. mellifera repräsentiert werden. Sparsamkeits-, Distanz- und Wahrscheinlichkeitsanalysen identifizieren sechs verschachtelte Kladen: Mit den Hypothesen „Jenseits von Afrika“ oder „Asien“ fallen die Dinge auseinander. Eine auf der molekularen Uhr kalibrierte phylogeographische Analyse zeigt stattdessen einen basalen Ursprung von A. m. mellifera in Europa ~ 780 Kya und Ausbreitung nach Südosteuropa und Kleinasien ~ 720 Kya. Eurasische Bienen breiteten sich vor ca. 540.000 Jahren südwärts über einen levantinisch-nilotisch-arabischen Korridor nach Afrika aus. Eine afrikanische Gruppe, die sich vor ca. 100.000 Jahren in Iberien neu etablierte, breitete sich danach auf die westlichen Mittelmeerinseln und zurück nach Nordafrika aus. Nominale Unterarten innerhalb der Kladen Kleinasiens und des Mittelmeerraums sind weniger differenziert als Individuen innerhalb anderer Unterarten. Namen sind wichtig: Paraphyletische Anomalien sind Artefakte einer falschen Zuordnung von Sequenzen zur falschen Unterart in der GenBank oder der Verwendung fehlerhafter Sequenzen, die durch die Einbeziehung mehrerer Sequenzen aus verfügbaren Unterarten geklärt werden.

Die Gattung Apis umfasst mindestens ein Dutzend nominelle Arten von Honigbienen, die in ganz Asien, Afrika, dem Nahen Osten und Europa vorkommen, einschließlich der Typusart A. mellifera L., der Westlichen Honigbiene (Tabelle 1)1,2. Obwohl mehrere Arten als traditionelle lokale Honigquellen wichtig sind, wurden in der Vergangenheit nur zwei in Höhlen nistende Arten, A. cerana in Indien und A. mellifera, für diesen Zweck domestiziert. Die Imkerei von A. mellifera ist in Ägypten bereits im Jahr 2600 v. Chr. dokumentiert3. (Bezugnahmen auf die Levante als „ein Land der Milch und des Honigs“ (Exodus 3:8) beziehen sich möglicherweise stattdessen auf Sirup aus wind- und (oder) handbestäubten Oasendatteln (Phoenix dactylifera) aus noch größerer Antike3). A. mellifera wurde von Menschen als wichtigste kommerzielle Quelle für Honig und Bienenwachs um die ganze Welt transportiert und ist auch in Amerika als eingeführter Bestäuber bestimmter Gemüse- und Obstkulturen, die ihrerseits eingeführt werden, von besonderer landwirtschaftlicher Bedeutung4. Der Wettbewerb zwischen eingeführten generalistischen Honigbienen und spezialisierten einheimischen Insektenbestäubern (einschließlich anderer Nicht-Apinenbienen) um Pollen („Pollendiebstahl“) kann sich nachteilig auf einheimische Pflanzenarten auswirken5. Geografische Unterschiede zwischen verschiedenen lokalen Stämmen oder Unterarten von A. mellifera tragen bekanntermaßen zu dieser Auswirkung bei, ebenso wie die Qualität und Quantität des Honigs und andere Verhaltensweisen6. Bemerkenswerterweise sind sogenannte „afrikanisierte“ Bienen das Ergebnis der Flucht afrikanischer Unterarten, die in domestizierte südamerikanische Bienenstöcke eingekreuzt wurden, wo die Hybriden einen höheren Honigertrag mit größerer Aggressivität verbinden und eine Gefahr für den Menschen darstellen7.

Die Morpho-Verhaltenstaxonomie hat drei Artengruppen innerhalb der Gattung erkannt: Zwerghonigbienen (A. florea und A. andreniformis), Riesenhonigbienen (A. laboriosa, A. dorsata und A. breviligula) und höhlennistende Honigbienen (A. mellifera zusammen mit A. nuluensis, A. nigrocincta, A. cerana (einschließlich A. indica) und A. koschevnikovi). A. mellifera ist die einzige Art mit einem heimischen Verbreitungsgebiet in Afrika und Europa und umfasst mehr als 30 nominelle Unterarten2. Diese wurden in der Vergangenheit in vier kontinentale Gruppen eingeteilt, die als ACMO für afrikanische, kontinentale, Mellifera- und orientalische Verbreitungsgebiete bezeichnet wurden8. Der geografische Ursprung und die evolutionäre Verbreitung dieser Gruppen bleiben umstritten, ebenso wie ihre Aufteilung in phylogenetische Vorfahren-Nachkommen-Linien. Molekulare Studien, die auf Analysen verschiedener Komponenten des Kerngenoms basieren (siehe Diskussion), stimmen im Großen und Ganzen darin überein, diese als MAOC-Grundgerüst neu anzuordnen, das so verwurzelt ist, dass es alternative Ursprungstheorien bietet, entweder „Thrice Out of Africa“9 [Wurzel in A] oder „Thrice Out of Asia“10 [Wurzel zwischen A und O]. Diese Studien basieren auf weniger als einem Dutzend der verfügbaren Unterarten von A. mellifera. Weitere phylogeografische Schlussfolgerungen wurden aus Analysen vollständiger mitochondrialer DNA (mtDNA)-Genome aus einzelnen Sequenzen pro Unterart gezogen11,12. Insbesondere Tihelka und Mitarbeiter haben in dieser Zeitschrift12 kürzlich eine Metaanalyse der mtDNA bereitgestellt, die auf umfangreichen Daten von Boardman et al.11 und neuen Methoden der phylogenetischen Schlussfolgerung basiert. Sie kamen zu einer weiteren alternativen Hypothese, nämlich einem nahöstlichen/nordafrikanischen Ursprung von A. mellifera.

Tihelka und Mitarbeiter betonen die Notwendigkeit einer zuverlässigen Rückgrat-Phylogenie für A. mellifera L., um die Entwicklung der Unterart zu verstehen, einschließlich ihres geografischen Ursprungs und der Entwicklung adaptiver Unterschiede zwischen Unterarten, die zu ihrem ökologischen und kommerziellen Erfolg beitragen6. Meine redaktionelle Rezension über die Verwendung einer mtDNA-Spacer-Region zwischen den CO1- und CO2-Genen als Instrument zur Unterscheidung einzelner Bienen innerhalb und zwischen Unterarten von A. mellifera [vgl. Ref.13] fand keine umfassende phylogenetische Bewertung, die mehrere mtDNA-Genomvarianten innerhalb mehrerer Unterarten umfasste11,12,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26. Unerwarteterweise endete meine vorläufige Zusammenstellung mehrerer Sequenzen, die A. m. zugewiesen wurden. mellifera in GenBank schien für bare Münze genommen auf eine ausgedehnte Para- und (oder) Polyphylie und (oder) außergewöhnliche genetische Vielfalt innerhalb dieser Unterart und im Vergleich zu anderen Taxa hinzuweisen.

Im 21. Jahrhundert n. Chr. und im 3. Jahrhundert n. Chr. bleibt die Bedeutung der klassischen „Alpha“-Taxonomie27 für die Suche, Beschreibung und Benennung von Taxa von entscheidender Bedeutung. Ich stelle hier eine phylogeografische Neubewertung der Evolution von Apis vor, basierend auf einer Metaanalyse der 13 kodierenden Regionen (11.006 bp) aus verfügbaren Mitogenomen in neun Arten der Gattung Apis, darunter 78 Individuen aus 22 Unterarten der Typusart A. mellifera L. Diese Metaanalyse zeigt, dass die Dinge mit den Hypothesen „Jenseits von Afrika, Asien und dem Nahen Osten“ zugunsten eines europäischen Ursprungs auseinanderfallen.

Vollständige mitochondriale DNA-Genome von Taxa innerhalb der Gattung Apis wurden in der Taxonomischen GenBank-Bibliothek durch Auswahl von mit „Genom“ gekennzeichneten Sequenzen in der Darstellung von Arten und Unterarten identifiziert. Ergänzt wurde dies durch eine Suche in der „Nucleotide“-Bibliothek mit dem Suchbegriff „Apis mitochondrion“ bis Ende Oktober 2022. Tabelle 1 listet die GenBank-Zugangsnummern für Sequenzen von neun Apis-Arten und 22 Unterarten von A. m. auf. mellifera, wie hier verwendet, zusammen mit der geografischen Herkunft der Unterart.

Die mitogenomische Sequenz eines kuratierten norwegischen Exemplars von A. m. Als Ausrichtungsreferenz wurde mellifera (KY926884) verwendet. Die Ausrichtung erfolgte nach Augenmaß mit Hilfe des MEGA X-Programms28. Das mitochondriale kodierende Genom von Apis umfasst 13 Gene über 11.043 bps (Tabelle 2). Die GenBank-Anmerkungen verschiedener Autoren grenzen kodierende Regionen mit leicht unterschiedlichen 5‘- und 3‘-Endpunkten ab, insbesondere zwischen den Arten: Zwischen den kodierenden Regionen wurden Leerzeichen eingefügt, um offene Leserahmen zu bewahren. Die für den Lichtstrang kodierenden Regionen der ND5-, ND4-, ND4L- und ND1-Gene wurden in ihren Sense-Strang-äquivalenten 5′ → 3′-Kodierungsrichtungen einbezogen.

Die 3′-Region des ND4-Schwerstrangäquivalents lässt sich schwer über Unterarten hinweg ausrichten, und eine 37-bp-Region wurde von allen Analysen ausgeschlossen. Mehrdeutige Basenaufrufe (hauptsächlich W für A/T, flankiert von AT-Basen) in mehreren Sequenzen wurden stillschweigend aufgelöst, sodass diese Positionen über alle Sequenzen hinweg invariant sind. Mehrere autapomorphe Einfügungen einzelner Drillinge zwischen Arten und Unterarten wurden stillschweigend entfernt. Die Mitogenomsequenz der kodierenden Region für eine Hummel, Bombus ignitus (GenBank NC010967), wurde als Außengruppe für Vergleiche zwischen den Arten verwendet. Honigbienen und Hummeln kommen in den Stämmen Apini bzw. Bombini der Unterfamilie Apinae vor. Die Ausrichtung der kodierenden Regionen zwischen Bombus und Apis spp. ist in einigen Bereichen spekulativ: Der experimentelle Einschluss oder Ausschluss mehrdeutiger Regionen hat keinen Einfluss auf die abgeleitete Verzweigungsreihenfolge von Apis-Arten und hat keinen wesentlichen Einfluss auf deren statistische Unterstützung. Die Konsensausrichtung für die Analyse umfasst 11.006 Basen innerhalb der Unterart A. mellifera und 11.070 Basen in Apis und Bombus.

Ich habe mit MEGA X28 drei Formen phylogenetischer Analysen durchgeführt. Maximum Parsimony (MP)-Analysen wurden mit gleicher Gewichtung aller Nukleotidpositionen und SPR-Suche durchgeführt. Die Maximum-Parsimony-Analyse steht im Vordergrund, um intersubspezifische SNPs zu identifizieren und intraspezifische patristische Unterschiede innerhalb von Apis sowie intra- und intersubspezifische Unterschiede innerhalb von A. mellifera bereitzustellen. Maximum-Likelihood-Analysen (ML) wurden mit dem General Time Reversible (GTR)-Modell durchgeführt, das die Suche nach invarianten Standorten und dem Nearest-Neighbor Interchange (NNI) ermöglicht. Für die Berechnung der molekularen Uhr habe ich eine feste Rate von 0,0115 Substitutionen/Stelle/Myr für Knotenabstände verwendet, die in einem linearisierten Maximum-Likelihood-Tree-RelTime-ML-Modell in MEGA berechnet wurden (siehe „Diskussion“). Die Neighbor Joining (NJ)-Analyse wurde anhand der Anzahl der Unterschiede mit dem Maximum-Composite-Likelihood-Modell und der SPR-Suche durchgeführt. Die statistische Zuverlässigkeit aller drei Methoden wurde anhand von jeweils 3000 Bootstrap-Replikationen unter den gleichen Bedingungen wie bei der Hauptsuche geschätzt. Es wurden Bedenken geäußert12 hinsichtlich der Auswirkung der Einbeziehung von Basen an der dritten Triplettposition auf die phylogenetische Schlussfolgerung. Ich habe die Auswirkung des Ausschlusses dieser Daten (Modell P12 und Modifikationen davon12) in allen drei Analysen untersucht.

Die erste Bewertung der verfügbaren Mitogenome für A. mellifera identifizierte 16 arabische Bienen in vier monophyletischen Gruppen, die A. m. mellifera zugeordnet wurden. mellifera GenBank-Zugänge MT745901–MT74591514, die Sätze von jeweils 5, 4, 4 und 3 identischen Sequenzen umfassen: Eine Sequenz wurde aus jedem Satz aufgenommen, der Rest stillschweigend. Ein Satz von 11 Mitogenomen von kenianischen Bienen (KJ396181–KJ396191)15, die in der GenBank A. m. zugeordnet sind. mellifera werden hier mit ihren korrekten Unterartidentifikationen verwendet, wie von Z. Fuller (pers. Mitteilung) bereitgestellt. Eine Serie von 20 Sequenzen, die A. m. zugeschrieben werden. capensis (MG552683–692) oder A. m. scutellata (MG552693–702) wurde vollständig beibehalten. Die GenBank-Zugänge KY926882 und KY926883 werden A. m. zugeschrieben. syriaca und A. m. intermisse bzw. Die Untersuchung beider Sequenzen weist auf zahlreiche Anomalien in der kodierenden Region hin, die eine Verzweigungsanziehung zwischen den beiden und große phylogenetische Trennungen von anderen GenBank-Akzessionen hervorrufen, die derselben Unterart zugeordnet sind (ergänzende Abbildung S1). Beide sind hier von der Primäranalyse ausgeschlossen.

Alle Figuren wurden mit Corel PaintShop Pro 2023 (Version 25) gezeichnet.

Abbildung 1a zeigt die MP-Analyse für neun Apis-Arten (Apini) mit Bombus ignitus (Bombini) als Außengruppe. Von sieben Interspeziesknoten werden sechs von > 94 % der Bootstraps unterstützt. Analysen mit den NJ- und ML-Methoden ergeben identische Verzweigungsreihenfolgen und eine im Wesentlichen ähnliche Bootstrap-Unterstützung. Innerhalb von Apis lebt das Zwergbienenpaar [A. florea + A. andreniformis] ist die Fremdgruppe zu den übrigen Taxa. Innerhalb der höhlenbrütenden Arten ist A. mellifera die Schwesterart der anderen, und ihr phänetischer Unterschied zu anderen höhlenbrütenden Arten ist größer als der zwischen den Zwerg- und Riesenhonigbienenpaaren. Abbildung 1b zeigt die MP-Analyse von Apis-Arten allein, einschließlich zehn Unterarten von Apis mellifera: A. m. mellifera ist die Schwester der übrigen Unterarten. Beachten Sie, dass A. florea und A. mellifera, die einzigen Arten, deren heimische Verbreitungsgebiete sich im Nahen Osten überschneiden, in getrennten morpho-verhaltensbezogenen und molekularen Gruppen vorkommen.

Maximum Parsimony-Analyse phylogenetischer Beziehungen zwischen mtDNA-Genomsequenzen von neun Arten von Apis-Honigbienen. (a) Der Baum wurzelt mit einer Hummel Bombus ignitus als Außengruppe. Bin. mellifera (KY926884) ist das basalste Mitglied dieser Art und die Ausrichtungsreferenz. Die Zahlen über den Zweigen sind abgeleitete Zahlen der Nukleotidsubstitutionen; Die fett gedruckten Zahlen unter den Zweigen geben die prozentuale Unterstützung in 3000 Bootstrap-Replikaten an. Identische Verzweigungsreihenfolge und im Wesentlichen ähnliche Bootstrap-Unterstützung werden durch Maximum-Likelihood- und Neighbor-Joining-Methoden bereitgestellt. (b) Wie oben, mit Entfernung von Bombus und Hinzufügung wichtiger Unterarten von A. mellifera (vgl. Abb. 2).

Abbildung 2 zeigt die schematische MP-Analyse von 66 (+ 12 stillschweigenden) Sequenzen aus 22 Unterarten von A. mellifera, wobei mehrere Sequenzen enthalten sind, wie in „Methoden“ beschrieben. Der Baum hat Wurzeln mit A. m. mellifera, wie aus der in den Abbildungen gezeigten Analyse erhalten. 1b. MP-, ML- und NJ-Analysen (ergänzende Abbildungen S1–S3, mit vollständigen GenBank-Zugangsnummern) ergeben die gleiche Verzweigungsreihenfolge zwischen Unterarten und den meisten Individuen innerhalb der Unterart sowie eine im Wesentlichen ähnliche Bootstrap-Unterstützung.

Schematische Analyse maximaler Sparsamkeit der phylogenetischen Beziehungen zwischen mtDNA-Genomsequenzen von 66 einzelnen A. mellifera-Honigbienen aus 22 Unterarten. Wurzelbildung wie in Abb. 1 dargestellt. Die Zahlen über den Zweigen sind abgeleitete Zahlen der Nukleotidsubstitutionen; Die fett gedruckten Zahlen unter den Zweigen geben die prozentuale Unterstützung in 3000 Bootstrap-Replikaten an, wobei die SPR-Verzweigungen ausgetauscht werden. Der gezeigte Baum ist einer von neun Bäumen minimaler Länge, die sich nur durch Neuanordnungen an unaufgelösten Knoten unterscheiden. Sequenzen in der Gruppe südlich der Sahara, die diese Unterart paraphyletisch machen, sind in römischer Schrift markiert, ebenso wie zwei Sequenzen, die auf A. m. verwiesen werden. Scutellata, die außerhalb dieser Gruppe liegen. Weitere 12 Sequenzen aus der Araber-Serie, die mit den vier gezeigten identisch sind, sind nicht enthalten. Sequenzen kuratiert als A. m. mellifera in GenBank15 werden ihre Eigennamen in Klammern neu zugewiesen (JM Fuller, pers. Mitteilung). Durch einzelne Sequenzen dargestellte Unterarten sind mit (*) gekennzeichnet. Die im Text besprochenen benannten phylogeografischen Kladen sind farblich gekennzeichnet. Der vollständige MP-Baum mit den GenBank-Zugangsnummern ist in der ergänzenden Abbildung S1 zusammen mit denen für die Maximum-Likelihood- und Neighbor-Joining-Methoden (ergänzende Abbildungen S2 bzw. S3) dargestellt.

Die Konsensverzweigungsreihenfolge identifiziert eine Reihe wohldefinierter, nacheinander verschachtelter phylogeografischer Kladen mit europäischen A. m. mellifera sensu lato ([[KY926884 + A. m. sinisxinyuan] + Arabian MT745913]; MT745912, 914 und 915 nicht gezeigt) basal zum Rest. Ihre geografische Herkunft ist wie folgt (Abb. 3):

Südosteuropäisch = [A. M. ligustica + [A. M. carnica + A. m. carpatica]]. Der paarweise patristische Unterschied zwischen A. m. carnica + A. m. carpatica (14) ist kleiner als das Maximum zwischen Variante A. m. ligustica-Sequenzen (32).

Kleinasien = [A. M. meda + [A. M. Kaukasien + [A. M. anatoliaca]]], wobei beide Knoten zu > 95 % unterstützt werden. Die maximalen paarweisen patristischen Unterschiede zwischen den Unterartensequenzen (5–10) sind ebenfalls geringer als die innerhalb von A. m. ligustica.

Levantinisch/Nilotisch/Arabisch = [A. M. lamarckii + [A. M. jemenitica + [A. M. syriaca]]] als drei separate Unterartenlinien. Der paarweise patristische Unterschied zwischen Am lamarckii und A. m. syriaca (44) ist kleiner als das Maximum innerhalb von A. m. jemenitica (49).

Mittelmeer = [A. M. iberiensis + [[A. M. Intermisse + A. m. sahariensis] + [A. M. ruttneri + A. m. siciliana]]]], wobei alle Knoten zu > 99 % unterstützt werden. Die festlandeuropäische Variante ist den nordafrikanischen Varianten basal und die beiden Inselvarianten sind paarig. Die maximalen paarweisen Unterschiede zwischen den Unterartensequenzen (3–25) sind geringer als die innerhalb von A. m. ligustica oder A. m. jemenitica.

Subsahara = paraphyletische Ansammlung von Sequenzen, die A. m. zugeordnet sind. scutellata und A. m. capensis. Bin. scutellata kommt in zwei Gruppen vor, von denen eine näher mit A. m. verwandt ist. capensis. Die Monophylie beider Unterarten wird durch die verstreute Übertragung einzelner Sequenzen auf die anderen Unterarten in diesen drei Kladen zusätzlich erschwert. Die Single A. m. adansonii-Typ wird mit einem A. m. gepaart. Scutellata-Sequenz. Die beiden A.m. Monticola-Varianten umfassen ein Drittel, das A. m. zugeordnet ist. capensis.

Phylogeografische Entwicklung im Kontext der geografischen Verteilung2 von Unterarten von A. mellifera, abgeleitet aus mitogenomischen Daten. Nummerierte Symbole kennzeichnen fünf im Text und in Abb. 2 beschriebene Kladen. Dunkel- und hellgrüne Kreise kennzeichnen jeweils Unterarten in den südosteuropäischen und kleinasiatischen Kladen, die zur eurasischen Superklasse gehören. Blaue Symbole kennzeichnen die Kladen Levantinisch (Kreise), Nilotisch (Quadrate) und Arabisch (A. m. jemenitica) (Diamanten). Hell- und dunkelviolette Kreise zeigen unabhängige A. m. an. simensis und A. m. einfarbige Abstammungslinien. Hellorangefarbene Symbole weisen auf Unterarten im Mittelmeerraum hin. Rote Kreise zeigen die paraphyletische Ansammlung von A. m. scutellata und A. m. capensis, einschließlich A. m. adansonii (hellrot) und A. m. Monticola (braun). Basiskarte geändert von [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:BlankMap-World.svg].

Die (südöstlichen europäischen + kleinasiatischen) Gruppen bilden eine umfassende eurasische Supergruppe, und eine afrikanische Gruppe kann als [äthiopische A. m. simensis + [Madagassisch A. m. einfarbig + [Mittelmeer + Subsahara]]], was die europäischen Festland- und Inseltaxa in der Mittelmeerklade berücksichtigt.

Paarweise Unterschiede zwischen allen nominalen Unterarten, die durch einzelne Sequenzen innerhalb der Klassen I, II und IV repräsentiert werden, sind kleiner als die zwischen Replikatsequenzen in derselben oder Schwesterlinien (vgl. A. m. ligustica, A. m. jemenitica, A. m. scutellata und A. m. capensis). Das Gleiche gilt für eine einzelne Sequenz aus A. m. adansonii (aus Niger) in Bezug auf A. m. scutellata und zwei Sequenzen aus A. m. monticola (aus den ostafrikanischen Bergen) in Bezug auf A. m. capensis in der Subsahara-Linie.

Kleine, aber konsistente Mehrheiten von Bootstraps in allen phylogenetischen Methoden unterstützen die levantinische/nilotische/arabische Klade als Schwester der afrikanischen Klade und die mediterrane Klade als Schwester der subsaharischen Klade. Ein Paar nahezu identischer kenianischer Bienensequenzen (KJ396184 und KJ396190)15 bezog sich auf A. m. scutellata von Z. Fuller (pers. Mitt.) ist kladisitisch von anderen Scutellata und sowohl der Mittelmeer- als auch der Subsahara-Klade getrennt; Seine genaue Position variiert geringfügig je nach Methode.

Mit einer festen Taktrate von 0,0115 Subs/Site/Myr (siehe „Diskussion“) können alle Knotenabstände in linearisierten ML-Bäumen direkt in ihr Divergenzalter in einer molekularen Uhr umgerechnet werden (Abb. 4). Wenn beispielsweise eine berechnete Entfernung zum Basalknoten in Abb. 4 von 0,008234 Subs/Standort (Relative Zeit) gegeben ist, wird der Knoten auf (0,008234 Subs/Standort)/(0,0000115 Subs/Standort/Kyr) = 716 Ka datiert. Für Bombus und andere in Abb. 1 enthaltene Apis-Arten weist die molekulare Uhr auf eine spätmiozäne Strahlung (6–11 Mya) von Morpho-Verhaltensgruppen innerhalb von Apis hin (ergänzende Abb. S4) und auf einen europäischen Ursprung von A. mellifera 780 Kya im späten Pleistozän. Die molekulare Uhr für Unterarten von A. mellifera ist in Abb. 4 für eine Teilmenge von 37 in Abb. 2a enthaltenen Sequenzen dargestellt, wobei einzelne repräsentative Sequenzen für A. m. scutellata und A. m. capensis.

Eine mtDNA-basierte molekulare Uhr für Divergenzen innerhalb und zwischen Unterarten von A. mellifera. Die Sequenzen sind wie in Abb. 2 kodiert: jeweils nur ein Vertreter von A. m. scutellata und A. m. capensis ist enthalten (n = 37). Divergenzzeiten werden aus einem linearisierten ML-Modell mit A. m berechnet. mellifera-Sequenzen als bezeichnete Außengruppe (vgl. ergänzende Abbildung S2). Die Uhr wird anhand der mittleren linearisierten Nukleotid-Subs/Site-Abstände zu jedem Knoten (relative Zeit) bei 0,0115 Subs/Site/Myr kalibriert (Beispielberechnung siehe Text). Siehe ergänzende Abbildung S4 für die Uhr von A. mellifera innerhalb von Apis, mit Bombus als ausgewiesener Außengruppe.

„Ich habe gerade nachgedacht und bin zu einer sehr wichtigen Entscheidung gekommen. Das sind die falschen Bienen.“ – Winnie Puuh.

Die mitogenomische Analyse bestätigt mit hoher Sicherheit frühere Schlussfolgerungen zu Morpho-Verhaltensbeziehungen zwischen neun Arten wie Zwergbienen, Riesenbienen und höhlenbrütenden Honigbienen (Abb. 1a, b). Innerhalb der Apini bestätigt die Bewurzelung mit Bombus (Bombini) Zwerghonigbienen [A. florea + A. andreniformis] als Außengruppe der Riesenhonigbienen [A. dorsata + A. laboriosa] und die übrigen, höhlennistenden Honigbienen. A. mellifera ist die Schwestergruppe dieser [A. koschevnikovi + [A. nigrocincta + [A. nuluensis + A. cerana]]], in größeren phenetischen Abständen als bei allen anderen Apis-Artenpaaren.

Dem Taxon A. m. zugeordnete mitogenomische Sequenzen mellifera in der GenBank kommen in neun Abstammungslinien vor, die durch die Platzierung anderer Unterarten kollektiv paraphyletisch gemacht wurden. Die phylogenetische Analyse zeigt, dass die meisten dieser offensichtlichen Anomalien Artefakte einer fehlerhaften Zuordnung einzelner Sequenzen zu den Typusunterarten sind. Wie bereits erwähnt, stimmt die kenianische Bienenreihe bei korrekter Zuordnung zu Unterarten mit der hier beschriebenen kladistischen Anordnung überein. Die Arabische Bienenserie bezog sich auf A. m. mellifera in der GenBank zerfällt phylogenetisch in zwei verschiedene Gruppen, eine als Teil der basalen A. m. mellifera sensu lato und die anderen A. m. jemenitica sensu lato, zusammen mit kenianischen Bienen, die derselben Unterart zugeordnet wurden. Weitere zwei kenianische Sequenzen, die A. m. zugeordnet sind. mellifera sind näher mit A. m. verwandt. simensis und A. m. einfarbig, was darauf hindeutet, dass sie tatsächlich Mitglieder dieser beiden Unterarten sind. Letzteres erweitert das Unterartenspektrum über die Insel Madagaskar hinaus.

Das erhaltene Bild der Entwicklung von A. mellifera war ein „Out of Africa“-Modell9 mit bis zu drei jüngsten Ausflügen, ursprünglich nach Europa, in jüngerer Zeit nach Iberia und in historischen Zeiten nach Südamerika als sogenannte „Killer“. „ oder „afrikanisierte“ Bienen, die aus der zufälligen Kreuzung importierter A. m. Scutellata-Königin mit lokalem A. m. Ligustica-Drohnen7. Dies wurde in jüngerer Zeit durch Modelle mit Ursprung „außerhalb Asiens“10 oder aus Nordafrika/dem Nahen Osten12 in Frage gestellt. Die hier vorgestellte alternative phylogeografische Kladenstruktur weist darauf hin, dass mit keiner dieser Hypothesen alles auseinanderfällt. Die mitogenomische Phylogeographie (Abb. 3) zeigt stattdessen, dass sich A. mellifera als Nord-Süd-Ausbreitung von Europa über Kleinasien und die Levante nach Afrika entwickelt hat. Die Typform A. m. mellifera sensu stricto stammt ursprünglich aus Nordeuropa und hat sich als A. m. ligustica in Südosteuropa, einschließlich Ausbreitung nach Kleinasien (A. m. Kaukasien). Europäische Bienen breiteten sich dann südwärts über die Levante (A. m. syriaca) ins nilotische Ostafrika (A. m. lamarckii) und über das Rote Meer bis zur jemenitischen Küste der Arabischen Halbinsel (A. m. jemenitica) aus. Die Expansion nach Süden hat äthiopische (A. m. simensis) und madagassische (A. m. unicolor) Abstammungslinien als frühere Ableger hinterlassen. Subsaharische Festlandformen bilden eine einzige Gruppe, die aus Individuen besteht, die als A. m. bezeichnet werden. scutellata und A. m. capensis, sowie A. m. adansonii und A. m. monticola sind beide eng mit Sequenzen verwandt, die der ersteren bzw. letzteren Unterart zugeordnet sind. Bin. adansonii kommt in ganz Zentralafrika vor: Die einzige verfügbare Sequenz aus Niger ist möglicherweise nicht repräsentativ. Die Struktur der Mittelmeergruppe weist auf eine sekundäre Rückkehr nach Europa während einer Fluchtperiode und eine neuere tertiäre Rückkehr nach Nordafrika über die westlichen Mittelmeerinseln hin.

Divergenzzeiten innerhalb und zwischen Tierarten, einschließlich Insekten, werden routinemäßig anhand gemessener molekularer Divergenzen geschätzt, einschließlich solcher aus mtDNA-Genomen29, einschließlich Apis30. Die Kalibrierung einer molekularen Uhr erfordert zuverlässig datierte externe Ereignisse, häufig geografische31, und genaue Messungen der Substitutions- oder Divergenzraten (2 × erstere). Zuverlässige geografische Ereignisse sind für A. mellifera30 nicht verfügbar; Hier gemessene Substitutionen pro bp über komplette kodierende Regionen vermeiden genspezifische Varianz. Basierend auf einer festen Rate von 0,0115 Substitutionen/Standort/Myr (Brower 1994 in Ref. 31) kann die Diversifizierung der Hauptlinien innerhalb von A. mellifera auf das chibanische Zeitalter (spätes Pleistozän) von 770–126 Kya datiert werden. Dies fällt mit den europäischen Günz-Gletscherzyklen zusammen und könnte von diesen beeinflusst werden. Die Trennung südlicherer Abstammungslinien von kontinentaleuropäischen Unterarten erfolgte ca. 720 Kya, Trennung der afrikanisch-endemischen von levantinischen/nilotischen/arabischen Abstammungslinien ca. 660 Kya, Niederlassung in Afrika ca. 540 Kya und Trennung der euro-afrikanischen Mittelmeerlinien von den Abstammungslinien südlich der Sahara ca. 250 Kya. Die Diversität innerhalb mehrerer Unterarten geht auf > 100 Kya zurück, insbesondere bei mehreren Replikaten von A. m. ligustica und A. m. jemenitica, 120 Ka bzw. 150 Ka. Unterschiede zwischen anderen nominellen Unterarten entstehen nur bei wenigen 10 s von Kya, insbesondere den kleinasiatischen Formen (A. m. meda, A. m. caucasia und A. m. anatoliaca, 10–20 Ka) und mediterranen Arten einschließlich Inselformen (A. m. ruttneri und A. m. siciliana, 40 Kya).

Das standardmäßige Klassifikations- und Evolutionssystem von Apis basiert auf einer meristischen Analyse von vier Kontinentalgruppen: Afrikanisch (A), Europäisch (C), Mellifera (M) und Asiatisch (O)8. In Abb. 5 (neu gezeichnet aus Abb. 10.8 in Lit. 8) entspricht die Platzierung einzelner Bienen im Hauptkomponentenraum ungefähr den vier Quadranten der ersten beiden Achsen, im Uhrzeigersinn von oben links als A, M, C und O bzw. Die arabisch-nilotische Klade wurde neu markiert und genetisch gruppiert und liegt über der subsaharischen Klade, einschließlich lokaler Varianten. Allerdings ist das kleinasiatische A. m. Die Caucasia-Gruppe ist entlang der M → O-Achse verteilt und wird von ihrer südosteuropäischen Schwestergruppe A. m halbiert. ligustica. Obwohl sich die afrikanischen und europäisch/asiatischen Gruppen im Wesentlichen nicht überschneiden, liegt die mediterrane Gruppe über allen dreien sowie über der basalen A. m. Mellifera-Gruppe. Trotz ihrer Verbreitung im PC-Bereich ist A. m. Kaukasien und A. m. iberiensis sind die genetisch am wenigsten vielfältigen Gruppen; Die Personen in der letztgenannten Handlung sind fast ausschließlich Afrikaner. Die Konsolidierung aller „afrikanischen“ Unterarten als eine einzige Gruppe erkennt weder die Ursprünge der euro-afrikanisch-mediterranen Unterarten an, noch erkennt eine einzelne „asiatische“ Gruppe die komplexe biogeografische Verbindung der eurasischen Unterarten in Südosteuropa und Kleinasien an diese mit Afrika über die Levante.

Molekulare Klassen von A. mellifera, kartiert auf den ersten beiden PCA-Achsen des morphometrischen ACMO-Raums, neu gezeichnet nach Abb. 10.8 in Ref.8. Einzelne Bienen werden anhand der numerischen Farbcodes in Unterarten eingeteilt und wie in Abb. 3 in genetische Gruppen umgruppiert, mit zusätzlichen Farbvarianten für Taxa südlich der Sahara. Ruttners vier Gruppen [afrikanisch (A), europäisch (C [kontinental]), Mellifera (M) und asiatisch (O [orientalisch]] entsprechen ungefähr den vier Quadranten, im Uhrzeigersinn von oben links als A, M, C und O. Die levantinische/nilotische/arabische Klade überlagert die subsaharische Klade, einschließlich lokaler Varianten. Die kleinasiatische A. m. caucasia-Klade ist entlang der M → O-Achse verteilt und wird von ihrer südosteuropäischen Schwestergruppe A. m. halbiert . ligustica. Die afroeuropäische mediterrane Gruppe liegt über allen dreien sowie die basale A. m. mellifera-Gruppe.

Das ACMO-Modell wird als Stütze für ein Argument gegen eine Ausbreitung des Oligozäns/frühen Miozäns von Europa nach Afrika angesehen. Eine neuere morphologische Analyse von Flügeladermustern einschließlich fossilem Material32,33 legt nahe, dass die Vorfahren von A. mellifera in Europa von einem A. cerana/dorsata-Typ im Miozän stammen, was mit der hier vorliegenden Schätzung der molekularen Uhr übereinstimmt. Allerdings liegt die hypothetische Entwicklung des A. mellifera-Typs in Afrika südlich der Sahara spät in der Epoche der Uhr zufolge zu weit zurück, und die Rückkehr nach Europa im Holozän liegt sowohl zu weit voraus als auch in die entgegengesetzte Richtung. Trotz europäischer Vorgeschichte bleibt dies ein „(Long) Out of Africa“-Modell. Das Ähnlichkeitsdendrogramm in Abb. 1 von Ref.32 zeigt [Bombus + [[A. dorsata + [A. florea + [A. cerana / A. mellifera]]]]] mit gemischten Cerana- und Mellifera-Formen. Diese Anordnung vertauscht A. florea und A. dorsata und damit die Morphotypen der Zwerg- und Riesenhonigbiene (vgl. Abb. 1a) und löst die tiefe phylogenetische Trennung von A. cerana / A. mellifera nicht auf (vgl. Abb. 1b und). Ergänzende Abbildung S4).

Frühere Metaanalysen von Boardman und Eimanifar et al.11,16,17,18,19,20,21,22,25,26 und Tihelka et al.12 werden in Abb. 6 mit der vorliegenden Analyse verglichen. Das Basisphylogramm ist eine Maximum-Parsimony-Analyse, die wie in Abb. 2 berechnet wurde, mit der Hinzufügung zweier im Text erwähnter problematischer Sequenzen, KY926882 und KY926883, die A. m. zugeschrieben werden. syriaca und A. m. intermisse bzw. KY926882 „“ fällt außerhalb des Jemenitica-Clusters, zu dem auch A. m. gehört. syriaca KP163643, das weder im „“- noch im „“-Set verwendet wird. KY936883 „“ ist enger mit KY936882 verwandt als mit A. m. intermissa KM458618, die dort auftritt, wo biogeographisch vorhergesagt wurde. Es gibt Hinweise auf fehlerhafte Daten in KY936882 und KY936883: Die Untersuchung des letzten Viertels der ausgerichteten Sequenzen zeigt zwei ununterbrochene Läufe von sieben gemeinsamen phylogenetisch informativen Standorten31, die KY936882 und KY936883 unter Ausschluss ihrer nominellen subspezifischen Schwestern vereinen. In der Gruppe südlich der Sahara ist die A. m. capensis/A. M. Das Scutellata-Paar (KX870183/KY614238) im Satz „“ kommt in A. m. vor. capensis + A. m. scutellata Klade I (aber nicht II), und im „“-Set scheint MG552698 fälschlicherweise auf A. m. verwiesen zu werden. Scutellata statt Capensis. Bin. adansonii (MN585109) „“ ist enger mit der anderen, größeren Gruppe von A. m. verwandt. scutellata. Bin. monticola (MF678581) „“ ist näher mit A. m. verwandt. capensis. Daher hat die Abhängigkeit von einzelnen, atypischen Sequenzen in früheren Metaanalysen zu fehlerhaften phylogenetischen Schlussfolgerungen geführt.

Vergleich der Metaanalysen von Boardman et al.11 und Tihelka et al.20 mit Abb. 2. Das Basisphylogramm ist eine Maximum-Parsimony-Analyse, berechnet wie in Abb. 2, mit der Hinzufügung zweier im Text erwähnter problematischer Sequenzen, KY926882 und KY926883, zugeschrieben A. m. syriaca und A. m. intermisse bzw. Die 17 von Boardman et al. verwendeten Sequenzen sind mit „“ gekennzeichnet und die 16 von Tihelka et al. verwendeten Sequenzen. „“, wobei die 11 Sequenzen beiden Sätzen gemeinsam sind „“. Beachten Sie die anomale paarweise Platzierung zweier Sequenzen, die KY026882 und KY926883 in Bezug auf ihre nominellen Schwesterunterarten ( bzw. ) zugeschrieben werden.

Boardman, Eimanifar et al. [11 ff.] wurzeln ihre artenübergreifenden Bäume in der Mitte und nicht in einer Außengruppe, was wie dargestellt impliziert, dass die Zwerg- und Riesenhonigbienenarten Schwestergruppen sind und nicht, dass erstere die Außengruppe der übrigen Arten darstellen (vgl. Abb. 1b). Ihre Alignments umfassen rDNA zusammen mit Sequenzen der kodierenden Region, was zur relativ schwächeren Bootstrap-Unterstützung für einige Knoten beitragen kann: Bei den Unterarten von A. mellifera waren meine rDNA-Alignments im Versuch bestenfalls problematisch, und diese Regionen wurden hier von der Analyse ausgeschlossen.

Tihelka et al.12 leiteten ihre Phylogenie durch ein BI-Standort-heterogenes Mischungsmodell ab. Die Wurzel in Bezug auf A. cerana liegt zwischen A. m. intermissa und andere afrikanische (A) Unterarten (insbesondere A. m. scutellata), zur Unterstützung eines afrikanischen Ursprungs, im Gegensatz zu Abb. 2 und 3 Uhr morgens. mellifera und A. m. iberiensis (M) befinden sich auf der gleichen Seite der Wurzel wie A. m. intermiss. Die asiatische (O) Unterart befindet sich weiter entlang des Rückgrats, gefolgt von der europäischen (C) Unterart. Die durch „?“ gekennzeichnete asiatische Form ist unbekannt: Der wahrscheinlichste Kandidat scheint A. m. zu sein. Kaukasien. Von 11 Knoten in ihrem Baum ist in Abb. 2 hier nur die C-Gruppe zu finden und keiner entspricht den Gruppen A, M, O oder einer der dreigliedrigen Kladen. Der Ausschluss von SNPs an dritter Position in ihrem P12-Modell ergibt im Wesentlichen das Gegenteil der Bäume in Abb. 2, wobei zunächst afrikanische Abstammungslinien abgeleitet wurden und A. m. mellifera als Außengruppe der eurasischen Abstammungslinien. Ihr Modell überträgt die afrikanischen und eurasischen Abstammungslinien auf beide Seiten von A. m. Mellifera. Mindestens zwei Unterartenpaare mit den nächsten Nachbarn unterscheiden sich deutlich: Ostafrikanischer A. m. simensis/A. M. einfarbig, A. m. Intermisse in Bezug auf A. m. sahariensis/A. M. iberiensis. Die Beziehungen zwischen den Abstammungslinien der Unterarten ähneln denen in Abb. 2 (entspricht dem P123-Modell), jedoch mit viel geringerer Bootstrap-Unterstützung. Allerdings innerhalb der A. m. Simensis-inklusive Klade, Struktur und Unterstützung für die afrikanischen und mediterranen Abstammungslinien brechen im P12 im Vergleich zum P123-Modell zusammen, und die Bootstrap-Unterstützung für Schlüsselzweige beträgt < 50 %. Insbesondere MN119925 A. m. einfarbig wird als langer Ast von außen nach innen dieser Kladen verlagert. Natürlich sind nicht alle SNPs an der ersten Position Substitutionen, und auch nicht alle SNPs an der dritten Position sind still. Eine Maximum-Parsimony-Analyse abgeleiteter Aminosäuresubstitutionen an 125 Stellen bei Vertretern von 22 Unterarten (ergänzende Abbildung S5) ergibt eine Kladenstruktur, die Abbildung 2 hier oder der ihres P12-Modells (mit Ausnahme der Wurzelbildung) mit Bootstrap-Unterstützung ähnelt für afrikanische und mediterrane Abstammungslinien wiederum < 50 %. Die Bootstrap-Unterstützung für andere Gruppen in Abb. 2 ist stark.

Wie die molekulare Uhr in Abb. 4 zeigt, sind die paarweisen Unterschiede zwischen nominellen Unterarten innerhalb der Kladen Südosteuropas, Kleinasiens und des Mittelmeerraums geringer als die zwischen Individuen innerhalb anderer Unterarten, selbst wenn die Beziehungen innerhalb der Klade klar definiert sind. Wo diese lokalen Unterarten ursprünglich durch wahrgenommene morphologische Unterschiede definiert wurden, kann eine Überprüfung ihrer Alpha- und Beta-Taxonomie angezeigt sein, mit dem Ziel, lokale Formen in der Gamma-Taxonomie zu synonymisieren: Namen sind wichtig27.

Neben den 22 im Haupt-MS verglichenen Unterarten von A. mellifera mit vollständigen Mitogenomen umfasst die GenBank sechs weitere Unterarten mit Teilsequenzen vom 5′-Ende der ND2-Region. Ihre Namen und Herkunft sind A. m. adami (Kreta), A. m. Cecropia (Griechenland), A. m. Cypria (Zypern), A. m. macedonica (Griechenland nach Rumänien), A. m. pomonella (Kasachstan) und A. m. Sicula (Sizilien). Auf den ersten 574 bp, die allen diesen Unterarten gemeinsam sind, gibt es in Kombination mit den 22 im Haupt-MS untersuchten Mitogenomen der Unterarten 39 variable Stellen, von denen 19 phylogenetisch informativ im Sinne von Nei34 sind (ergänzende Abbildung S6).

Sequenzen aus der Unterart A. m. adami, A. m. Cecropia und A. m. macedonica sind identisch mit denen von A. m. ligustica und carnica in der südosteuropäischen Klade, ebenso wie die Sequenz von A. m. Cypria mit Ausnahme eines einzelnen autapomorphen Y/G-SNP. Die Sequenz von A. m. pomonella ist identisch mit der von A. m. Meda in der kleinasiatischen Gruppe. Die Sequenz von A. m. sicula ist identisch mit der Referenz A. m. mellifera, mit Ausnahme eines T-SNP, der sonst nur in der afrikanischen Superklasse vorkommt.

Die Einbeziehung dieser kurzen Sequenzen testet die phylogeografische Hypothese. Die Ähnlichkeit des zentralasiatischen A. m. pomonella und nahöstliche A. m. meda erweitert die kleinasiatische Gruppe weiter nach Osten, getrennt von A. m. sinisxinyuan. Bin. sicula unterscheidet sich kladisitisch von A. m. siciliana in der Mittelmeerklade und das gleichzeitige Vorkommen der beiden Formen auf Sizilien lässt auf eine sekundäre Besiedlung von den westlichen Inseln nach der anfänglichen Besiedelung vom europäischen Festland schließen. Ebenso der Kontinentalverband von A. m. Adami und A. m. Cypria aus Kreta bzw. Zypern steht im Einklang mit einem Ausbreitungskorridor von Südosteuropa über das östliche Mittelmeer und in die Levante und deutet auf eine östliche Grenze der Wiederbesiedlung des Inselmediterrans bei Sizilien hin. Die hier vorgeschlagene Phylogeographie berücksichtigt diese Daten gut: Weitere Erkenntnisse können von vollständigen Mitogenomen erwartet werden.

Die „Thrice Out of Africa“-Hypothese9 folgt einem phylogenetischen Schema, das die gleichen vier Gruppen (ACMO) wie das damals aktuelle kontinentale geografische Schema auf der Grundlage von Meristik und Morphologie8 hervorbrachte. Ihr molekulares Netzwerk überträgt die alphabetische Reihenfolge auf ein MAOC-Rückgrat, das in Bezug auf eine zusammengesetzte Außengruppe innerhalb der (afrikanischen) Unterart verwurzelt ist, die zusammen mit Mellifera (M) von der europäischen (kontinentalen) und asiatischen (orientalischen) Unterart getrennt wurde. Nachfolgende Analysen verschiedener nucDNA-Marker und Kombinationen von A. mellifera-Unterarten identifizieren im Großen und Ganzen die MAOC-Gruppen9,10,23,24,32,33,35, allerdings variiert die Platzierung der Wurzel auf verschiedenen Zweigen entsprechend interner und (oder) externer Kriterien. um alternative geografische Ursprünge von A. mellifera vorzuschlagen. Dazu gehören alternative Interpretationen der Thrice Out of Africa-Daten29 [Wurzel unbestimmt zwischen M + A und O + C] sowie Thrice Out of Asia9 und nordafrikanische/nahöstliche Herkunftsmodelle10,32,33,35, beispielsweise mit A . M. jemenitica in der Y-Linie als Außengruppe zu anderen Unterarten von A.

Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen den Phylogenien des MAOC-Rückgrats und des mtDNA-Genoms (ergänzende Abbildung S7), sowohl hinsichtlich der Platzierung der Wurzel als auch der Zuordnung von Unterarten zu Kladen. Kein MAOC-Modell setzt A. m. mellifera als Fremdgruppe zu anderen Unterarten: Die mtDNA-Daten platzieren A. m. scutellata eher distal als proximal der Wurzel der A. mellifera-Evolution. Eng verwandte Unterarten und geografisch zusammenhängende Unterarten innerhalb der mediterranen mtDNA-Klade hier, einschließlich A. m. iberiensis und A. m. intermiss9,32 und A. m. ruttneri24, sind über die M-, A- und C-Cluster verteilt. Die A. m. jemenitica/A. M. lamarckii/A. M. Die syriaca-Gruppe ist hier auch über die Cluster A(Y), A(L) und O verteilt. Andererseits sind Paarungen von A. m. ligustica und A. m. carnica (C) und A. m. anatoliaca und A. m. caucasia (O) stimmen zwischen nuc- und mtDNA-Daten überein. Ich stelle fest, dass die Zuordnung von Unterarten zwischen verwurzelten MAOC-Clustern weitgehend dem ursprünglichen kontinentalen Modell8 entspricht, das weder in seinem Ansatz noch in seiner Form kladistisch war. Das mtDNA-basierte Modell erklärt eine komplexere kontinentale Verbreitung, bei der europäische, asiatische und afrikanische Unterarten unterschiedlichen Ursprungs sind.

Die Klassifizierung von nucDNA-SNP-Markern aus acht der hier untersuchten Unterarten24 überlagert unter anderem A. m. anatoliaca und A. m. caucasia in der O-Gruppe und trennt A. m. iberiensis von A. m. mellifera (drei Cluster) in der M-Linie. Bin. ruttneri, der einzige Vertreter der afrikanischen A-Gruppe, liegt in der Mitte zwischen A. m. mellifera und die C-Gruppe, und nicht in der Nähe von A. m. intermissa und A. m. iberiensis in der Mittelmeergruppe wie hier. Das heißt, Abstammungslinien, die in den beiden Unterarten der eurasischen Klade gepaart sind, und Varianten innerhalb der mediterranen Klade werden hier durch SNP-Daten getrennt, im Gegensatz zur Klade-Hierarchie hier.

Unterschiede zwischen nucDNA, mtDNA und sogar morphologischen Phylogenien sind nicht unbekannt29. Mütterlich vererbte mtDNA-Phylogenien haben den Vorteil, mütterliche Evolutionslinien nachzuverfolgen36 und können daher besonders zuverlässig für phylogeografische Rückschlüsse auf die Herkunft und Verbreitung von „Königin“-verstreuten eusozialen Insekten sein. Ein phylogeographischer Ursprung außerhalb Europas, der aus einer früheren Affinität zu zentralasiatischen Höhlenbienen abgeleitet werden kann, scheint sparsamer zu sein als eine Verbindung zwischen südlich der Sahara oder Asien gelegenen Ursprüngen.

Die Verwurzelung vollständiger Sequenzen der mtDNA-Kodierungsregion von acht Apis-Arten (Apini) mit denen einer Hummel (Bombus ignitus: Bombini) bestätigt einen miozänen Ursprung der Zwerghonigbienen als Fremdgruppe zu den Artengruppen der Riesen- und Höhlenbrüter, einschließlich letzterer die Westliche Honigbiene (A. mellifera).

Eine phylogenetische Analyse, die mehrere mtDNA-Genomsequenzen pro Unterart umfasst, weist darauf hin, dass die Westliche Honigbiene im späten Pleistozän aus Nordeuropa stammte. Die phylogeografische Verteilung der einzelnen Unterartenkladen deutet darauf hin, dass die Dinge entweder mit der „Jenseits von Afrika“- oder „Jenseits von Asien“-Hypothese auseinanderfallen, wenn diese auf einzelnen Mitogenomen pro Unterart basieren.

Von einem basalen Ursprung in Nordeuropa aus verbreitete sich A. mellifera nach Südosteuropa (A. m. ligustica/A. m. carnica/carpatica) und breitete sich nach Kleinasien aus (A. m. meda/A. m. caucasia/A. m. anatoliaca). Die europäische Linie breitete sich dann südwärts über die Levante in das Niltal, Ostafrika und Arabien aus (A. m. syriaca/A. m. lamarckii/A. m. jemenitica) und von dort nach Afrika südlich der Sahara (A. m. jemenitica). simensis/A. m. unicolor; paraphyletische A. m. scutellata & A. m. capensis einschließlich A. m. adansonii und A. m. monticola). Die mediterrane Abstammungslinie wurde aus einer afrikanischen Abstammungslinie in Iberia und den westlichen Mittelmeerinseln wiederhergestellt (A. m. iberiensis/A. m. ruttneri + A. m. siciliana/…) und breitete sich von dort aus wieder nach Nordafrika aus (…/ A. m. sahariensis + A. m. intermissa). Teilsequenzen aus weiter östlich gelegenen Inselunterarten im Mittelmeerraum lassen auf eine Verwandtschaft mit den Mellifera- (A. m. sicula, Sizilien) oder südosteuropäischen Abstammungslinien (A. m. cyprii, Zypern; A. m. adami, Kreta) schließen.

Eine molekulare Uhr schätzt den europäischen Ursprung von A. mellifera auf ca. 780 Kya, Trennung südlicherer Abstammungslinien ca. 720 Kya, Trennung der afrikanischen von der levantinischen/nilotischen/arabischen Abstammungslinie ca. 660 Kya, Ausbreitung nach Afrika ca. 550 Kya und Trennung der Abstammungslinien im Mittelmeerraum und südlich der Sahara ca. 250 Kya. Die Diversität innerhalb mehrerer Unterarten geht auf > 100 Kya zurück, wohingegen der Unterschied zwischen kleinasiatischen und insularen Mittelmeer-Unterarten nur auf wenige 10 Kya zurückgeht.

Einbeziehung mehrerer auf A. m. verwiesener Sequenzen. mellifera in GenBank zeigt, dass offensichtliche paraphyletische Anomalien innerhalb und zwischen Unterarten in mehreren Fällen Artefakte einer falschen Zuordnung zur Typusunterart sind. Falsche phylogenetische Schlussfolgerungen können auch aus der Verwendung nicht repräsentativer oder fehlerhafter Sequenzen resultieren.

Morphologie- und (oder) nucDNA-basierte biogeografische Modelle stimmen nicht mit diesem Multi-Mitogenom-pro-Taxon-Modell überein. Genetische Unterschiede zwischen nominellen südosteuropäischen, kleinasiatischen und mediterranen Unterarten sind typischerweise viel geringer als diejenigen innerhalb anderer Unterarten, für die mehrere Einzelsequenzen verfügbar sind. Eine erneute Betrachtung der Alpha- und Gamma-Taxonomie dieser Taxa ist angezeigt. Namen sind wichtig.

Alle verwendeten mtDNA-Genomsequenzen wurden von der NCBI GenBank bezogen und sind dort erhältlich. Die Zugangsnummern der 66 im Detail analysierten Apis mellifera ssp-Sequenzen sind in Tabelle 1 und den ergänzenden Abbildungen angegeben. S1–S3; Dort sind auch 12 zusätzliche Akzessionen aufgeführt, auf die in Abb. 2 verwiesen wird, und zwei fragwürdige Sequenzen sind in Abb. 6 aufgeführt. Die Zugangsnummern der Sequenzen von neun untersuchten Apis-Arten und der Bombus ignitus-Außengruppe sind in Abb. 1a angegeben.

Lo, N., Gloag, RS, Anderson, DL und Odroyd, BP Eine molekulare Phylogenie der Gattung Apis Fabricius sind gültige Arten. Syst. Entomol. 35, 226–233 (2010).

Artikel Google Scholar

Engel, MS Die Taxonomie rezenter und fossiler Honigbienen (Hymenoptera: Apidae; Apis). J. Hymenoptera Res. 8(2), 165–196 (1999).

MathSciNet Google Scholar

Goor, A. Die Geschichte des Datums im Laufe der Jahrhunderte im Heiligen Land. Wirtschaft. Bot. 21, 320–334 (1967).

Artikel Google Scholar

Requier, F. et al. Der Schutz einheimischer Honigbienen ist von entscheidender Bedeutung. Trends Ecol. Entwicklung 34, 789–798 (2019).

Artikel PubMed Google Scholar

Geldmann, J. & González-Varo, JP Der Schutz von Honigbienen hilft der Tierwelt nicht. Wissenschaft 359, 392–393 (2018).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Wallberg, A. et al. Eine weltweite Untersuchung der Variation der Genomsequenzen bietet Einblick in die Evolutionsgeschichte der Honigbiene Apis mellifera. Nat. Genet. 46, 1081–1088 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Collins, A., Rinderer, T., Harbo, J. & Bolten, A. Kolonieverteidigung durch afrikanisierte und europäische Honigbienen. Wissenschaft 72, 218–220 (1982).

Google Scholar

Ruttner, F. Biogeographie und Taxonomie der Honigbienen (Springer, 1988).

Buchen Sie Google Scholar

Whitfield, CW et al. Dreimal aus Afrika: Alte und neuere Ausbreitungen der Honigbiene Apis mellifera. Science 314(5799), 642–645 (2006).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Dogantzis, KA et al. Dreimal aus Asien und der adaptiven Strahlung der westlichen Honigbiene. Wissenschaft. Adv. 7, 2151 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Boardman, L. et al. Das mitochondriale Genom der maltesischen Honigbiene Apis mellifera ruttneri (Insecta: Hymenoptera: Apidae). Mitochondriale DNA-B-Ressource. 5(1), 877–878 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Tihelka, E., Cai, C., Pisani, D. & Donoghue, PCJ Mitochondriale Genome beleuchten die Evolutionsgeschichte der Westlichen Honigbiene (Apis mellifera). Wissenschaft. Rep. 10, 14515 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rortais, A., Arnold, G., Alburaki, M., Legout, H. & Garnery, L. Überprüfung des DraI COI-COII-Tests zur Erhaltung der schwarzen Honigbiene (Apis mellifera mellifera). Konserv. Genet. Ressource. 3, 383–391 (2011).

Artikel Google Scholar

About-Shaara, HF, Al-Ghamdi, AA, Ali Shan, K. & Al-Kahtani, AN Eine genetische Netzwerkanalyse zwischen Apis mellifera-Unterarten basierend auf mtDNA beweist die Reinheit von Proben aus Nordafrika, der Levante und Saudi-Arabien. Saudi J. Biol. Wissenschaft. 28, 2718–2725 (2021).

Artikel Google Scholar

Fuller, ZL et al. Genomweite Analyse von Selektionssignaturen in Populationen afrikanischer Honigbienen (Apis mellifera) mithilfe neuer webbasierter Tools. BMC-Genom. 16, 518 (2015).

Artikel Google Scholar

Eimanifar, A. et al. Das vollständige mitochondriale Genom von Apis mellifera meda (Insecta: Hymenoptera: Apidae). Mitochondriale DNA-B-Ressource. 2(1), 268–269 (2017).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das vollständige mitochondriale Genom von Apis mellifera unicolor (Insecta: Hymenoptera: Apidae), der madagassischen Honigbiene. Mitochondriale DNA-B-Ressource. 4(2), 3286–3287 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das mitochondriale Genom der Krainer Honigbiene, Apis mellifera carnica (Insecta: Hymenoptera: Apidae). Mitochondriale DNA-B-Ressource. 4(2), 3288–3290 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das mitochondriale Genom von Apis mellifera simensis (Hymenoptera: Apidae), einer äthiopischen Honigbiene. Mitochondriale DNA-B-Ressource. 5(1), 9–10 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das vollständige mitochondriale Genom der westafrikanischen Honigbiene Apis mellifera adansonii (Insecta: Hymenoptera: Apidae). Mitochondriale DNA-B-Ressource. 5(1), 11–12 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das mitochondriale Genom der spanischen Honigbiene Apis mellifera iberiensis (Insecta: Hymenoptera: Apidae) aus Portugal. Mitochondriale DNA-B-Ressource. 5(1), 17–18 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Boardman, L. et al. Das vollständige mitochondriale Genom von Apis mellifera jemenitica (Insecta: Hymenoptera: Apidae), der Arabischen Honigbiene. Mitochondriale DNA-B-Ressource. 5(1), 875–876 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Chen, C. et al. Genomanalysen enthüllen die demografische Geschichte und die gemäßigte Anpassung der neu entdeckten Honigbienen-Unterart Apis mellifera sinisxinyuan n. ssp. Mol. Biol. Entwicklung 33(5), 1337–1348 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Momeni, J. et al. Maßgebliches Unterartendiagnosetool für europäische Honigbienen basierend auf abstammungsinformativen SNPs. BMC-Genom. 22, 101 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Eimanifar, A. et al. Das vollständige mitochondriale Genom der Kaphonigbiene, Apis mellifera capensis (Insecta: Hymenoptera: Apidae). Mitochondr. DNA B 1, 817–819 (2016).

Artikel Google Scholar

Eimanifar, A., Kimball, RT, Braun, EL & Ellis, JD Mitochondriale Genomdiversität und Populationsstruktur von zwei westlichen Unterarten der Honigbiene in der Republik Südafrika. Wissenschaft. Rep. 8, 1333 (2018).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mayr, E. Prinzipien der systematischen Zoologie (McGraw-Hill, 1963).

Google Scholar

Kumar, S., Stecher, G., Li, M., Knyaz, C. & Tamura, K. MEGA X: Molekulare evolutionäre Genetikanalyse auf verschiedenen Computerplattformen. Mol. Biol. Entwicklung 35, 1547–1549 (2018).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dong, A., Wang, Y., Li, C., Li, L. & Men, X. Mitochondriale DNA als molekularer Marker in der Insektenökologie: Aktueller Status und Zukunftsaussichten. Ann. Entomol. Soc. Bin. 114, 470–476 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Aris, MC & Shephard, WS Phylogenetische Beziehungen von Honigbienen (Hymenoptera: Apinae: Apini), abgeleitet aus nuklearen und mitochondrialen DNA-Sequenzdaten. Mol. Phylogenet. Entwicklung 37, 25–35 (2005).

Artikel Google Scholar

Papadopoulou, A., Anastasiou, I. & Vogler, AP Ein erneuter Blick auf die mitochondriale molekulare Uhr von Insekten: Die Grabenkalibrierung in der Mittelägäis. Mol. Biol. Entwicklung 27, 1659–1672 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kotthoff, U., Wappler, T. & Engel, MS Größere Ungleichheit und Vielfalt in der Vergangenheit weisen auf alte Migrationen europäischer Honigbienenstämme nach Afrika und Asien hin. J. Biogeogr. 40, 1832–1838 (2013).

Artikel Google Scholar

Han, F., Wallberg, A. & Webster, MT Woher stammt die Westliche Honigbiene (Apis mellifera)? Ökologisch. Entwicklung 2, 1949–1957 (2012).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Nei, M. Molecular Evolutionary Genetics (Columbia University Press, 1975).

Google Scholar

Cridland, JM, Tsutsui, ND & Ramírez, SR Die komplexe demografische Geschichte und der evolutionäre Ursprung der Westlichen Honigbiene, Apis mellifera. Genombiol. Entwicklung 9, 457–472 (2017).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Wilson, AC et al. Mitochondriale DNA und zwei Perspektiven auf die Evolutionsgenetik. Biol. J. Linnean Soc. 26, 375–400 (1985).

Artikel Google Scholar

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Ich widme dieses MS dem Leben und Andenken von Professor Dave Wake (1936–2021) für seine inspirierte Lehre und viele Beiträge zur Evolutionsbiologie. Ich danke Dr. Zack Fuller für die Bereitstellung korrigierter Unterartzuordnungen zu GenBank-Akquisitionen, die in Ref. 9 zitiert werden, Professor Gard Otis für Kommentare zu früheren Entwürfen des MS, einem anonymen Gutachter für wesentliche Verbesserungen früherer Entwürfe und meiner Tochter Matilda für die Anleitung zur Verwendung von PaintShop-Ebenen. Der endgültige Entwurf wurde während unseres Aufenthaltes im Atlanta Soto Zen Center vorbereitet: Gassho an Michael Elliston Roshi und alle Dharma-Freunde.

Labor für Genetik, Evolution und molekulare Systematik, Abteilung für Biologie, Memorial University of Newfoundland, St. John's, NL, A1C 5S9, Kanada

Steven M. Carr

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SMC hat den Manuskripttext verfasst und alle Abbildungen, Tabellen und ergänzenden Materialien vorbereitet.

Korrespondenz mit Steven M. Carr.

Der Autor gibt keine Interessenkonflikte an.

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Carr, SM Mehrere Mitogenome deuten darauf hin, dass die Dinge mit Out-of-Africa- oder Asia-Hypothesen für die phylogeografische Entwicklung der Honigbienen (Apis mellifera) auseinanderfallen. Sci Rep 13, 9386 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35937-4

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Eingegangen: 28. April 2023

Angenommen: 26. Mai 2023

Veröffentlicht: 09. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35937-4

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