Reference : Phenotyping hygienic behavior and studying diversity in honey bees (Apis mellifera L....
Dissertations and theses : Doctoral thesis
Life sciences : Animal production & animal husbandry
Life sciences : Genetics & genetic processes
Life sciences : Agriculture & agronomy
Life sciences : Entomology & pest control
http://hdl.handle.net/2268/214223
Phenotyping hygienic behavior and studying diversity in honey bees (Apis mellifera L.): methodological issues and solutions
English
[fr] Phénotyper le comportement hygiénique et étudier la diversité chez l’abeille domestique (Apis mellifera L.) : problèmes méthodologiques et solutions
Leclercq, Gil mailto [Université de Liège - ULg > > > Form. doct. sc. agro. & ingé. biol.]
20-Sep-2017
Université de Liège, ​Liège, ​​Belgique
Docteur en sciences agronomiques et ingénierie biologique
122
Francis, Frédéric mailto
Gengler, Nicolas mailto
Willems, Luc mailto
Nguyen, Bach Kim mailto
Georges, Michel mailto
vanEngelsdorp, Dennis mailto
van den Heuvel, Joost mailto
[en] Apis mellifera ; Varroa destructor ; hygienic behavior ; genetic diversity ; admixture ; hybrids
[en] Honey bees (Apis mellifera L.) are a crucial resource for world agriculture. The global stock of honey bees has increased over the last five decades. In contrast, honey bees have been declining in several regions, especially in the northern hemisphere. Among the factors responsible for these regional declines, the parasitic mite Varroa destructor plays a central role and is considered as one of the main threats for apiculture. A sustainable solution to the problems caused by V. destructor is to breed Varroa-resistant honey bees. In this context, in Belgium, a research project was developed with the aim of studying the diversity of honey bees in Wallonia, and selecting, within this “local” diversity, Varroa-resistant honey bees. This project required methods to accurately phenotype Varroa-resistance traits, and methods to study the diversity of honey bee populations. In this thesis, we decided to work on these methods, which are a prerequisite for such research project. Two independent objectives were developed: (1) solving the controversy and methodological issues regarding the quantification of hygienic behavior in honey bee colonies, and (2) designing a new method to study the diversity of honey bee admixed populations covering a large-scale area, using pool-based sequencing data. The hygienic behavior of worker bees contributes to the social immunity of honey bee colonies. The manifestation of this behavior consists in detecting and removing unhealthy or dead brood. In this thesis, we reviewed the drawbacks, the benefits, and the methods to test for hygienic behavior, in honey bee colonies. We concluded that, while hygienic behavior was efficient against some brood diseases, it was difficult to draw any definitive conclusion on the efficiency of this behavior against V. destructor. Hygienic behavior likely contributes to Varroa-resistance, but the controversy is fueled by the use of inappropriate bioassays to quantify the hygienic removal of Varroa-infested brood. In our experiments, we showed that a commonly used bioassay, the freeze-killed brood removal bioassay, was unreliable to approximate the benefits arising from the hygienic removal of Varroa-infested brood. As an introduction to the second part of the thesis, we reviewed how human has contributed to reshape the diversity of honey bee populations worldwide, except in Africa. Human management was shown to increase the proportion of admixed populations, sometimes to the detriment of subspecies populations (such as in Belgium). Then, we presented a new approach to study the admixture of hybrid honey bee populations. It was based on a reduced representation of the genome (through genotyping-by-sequencing). In this approach, we enabled the use of pool-based sequencing data by simulating an individual genotype for each pool, sampled from a hybrid colony. Finally, some conclusions and discussion were brought on a few perspectives and research avenues about (1) the phenotyping of hygienic behavior towards Varroa-infested brood, and (2) the study of admixture in honey bee populations.
[fr] L’abeille domestique (Apis mellifera L.) est une ressource cruciale pour l’agriculture mondiale. La population mondiale d’abeilles domestiques a augmenté lors des cinq dernières décennies. En contraste, ces abeilles ont été en déclin dans de nombreuses régions, surtout dans l’hémisphère nord. Parmi les facteurs responsables de ces déclins régionaux, l’acarien parasite Varroa destructor joue un rôle central et est considéré comme une des menaces principales pour l’apiculture. Une solution durable aux problèmes causés par V. destructor est d’élever des abeilles résistantes au Varroa. Dans ce contexte, en Belgique, un projet de recherche a été développé dans le but d’étudier la diversité de l’abeille domestique en Wallonie, et de sélectionner, dans cette diversité, des abeilles résistantes au Varroa. Ce projet nécessitait des méthodes pour phénotyper précisément les caractères de résistance au Varroa, et des méthodes pour étudier la diversité des populations d’abeilles domestiques. Dans cette thèse, nous avons décidé de travailler sur ces méthodes, qui constituent un prérequis pour un tel projet. Deux objectifs indépendants ont été développés : (1) résoudre la controverse et les problèmes méthodologiques liés à la quantification du comportement hygiénique dans les colonies d’abeilles domestiques, et (2) concevoir une nouvelle méthode pour étudier la diversité des populations d’abeilles hybrides couvrant une large superficie, en utilisant des données de séquençage basées sur des pools. Le comportement hygiénique des abeilles ouvrières contribue à l’immunité sociale des colonies d’abeilles domestiques. Ce comportement consiste à détecter et enlever le couvain mort ou en mauvaise santé. Dans cette thèse, nous avons examiné les avantages et inconvénients du comportement hygiénique, ainsi que les tests conçus pour quantifier ce comportement dans les colonies d’abeilles. On en a conclu que, bien que le comportement hygiénique soit efficient contre certaines maladies du couvain, il est difficile de dresser une conclusion définitive sur l’efficience de ce comportement envers V. destructor. Le comportement hygiénique contribue probablement à la résistance au Varroa, mais la controverse est alimentée par l’usage de certains tests qui sont inappropriés pour quantifier l’enlèvement hygiénique du couvain infesté par le Varroa. Dans nos expérimentations, nous avons montré qu’un test communément utilisé, le test du retrait du couvain congelé, n’était pas fiable pour estimer les bénéfices qui résultent de l’enlèvement hygiénique du couvain infesté par le Varroa. Dans la seconde partie, en guise d’introduction, nous avons revu comment l’homme a contribué à remodeler la diversité des populations d’abeilles domestiques dans le monde, sauf en Afrique. La gestion humaine a conduit à l’augmentation de la proportion de populations hybrides, souvent au détriment des populations de sous-espèces (tel qu’en Belgique). Ensuite, nous avons présenté une nouvelle approche pour étudier la composition des populations hybrides d’abeilles domestiques. Elle est basée sur une représentation réduite du génome (au travers d’un génotypage-par-séquençage). Dans cette approche, l’utilisation de données de séquençage basées sur des pools a été rendue possible en simulant un génotype individuel pour chaque pool, échantillonné à partir d’une colonie hybride. Enfin, les conclusions sont résumées, et quelques perspectives et pistes de recherche sont proposées concernant (1) le phénotypage du comportement hygiénique envers le couvain infesté par le Varroa, et (2) l’étude de l’hybridation des populations d’abeilles domestiques.
Service public de Wallonie : Direction générale opérationnelle de l'agriculture, des ressources naturelles et de l'environnement - DG03
Selapis - D31-1280
Researchers
http://hdl.handle.net/2268/214223

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