Microsatellites to Identify the Impact of Genetic Parameters on Bumblebee Decline and Genes
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Promoters Prof. dr. ir. Guy Smagghe Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium Dr. Ivan Meeus Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium Chairman of the examination committee Prof. dr. ir. Peter Bossier Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium Members of the reading committee Prof. dr. Godelieve Gheysen Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium Prof. dr. ir. Kris Verheyen Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Belgium Prof. dr. Dirk de Graaf Faculty of Sciences, Ghent University, Belgium Prof. dr. Felix Wäckers Lancaster Environment Centre, University of Lancaster, UK and R&D director Biobest, Belgium Dean of the Faculty of Bioscience engineering of Ghent University Prof. dr. ir. Guido Van Huylenbroeck Ghent University Rector Prof. dr. Anne De Paepe Faculty of Bioscience Engineering (FBE) Departement of crop protection Microsatellites to identify the impact of genetic parameters on bumblebee decline and genes associated with foraging Kevin Maebe Promotors: Prof. dr. ir. Guy Smagghe and Dr. Ivan Meeus Thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor (PhD) in Applied Biological Sciences Academic year: 2014-2015 Dutch translation of the title: Het gebruik van microsatellieten om de impact van genetische parameters op de achteruitgang van hommels en genen geassocieerd met foerageren te identificeren Please cite as: Maebe, K. (2015) Microsatellites to identify the impact of genetic parameters on bumblebee decline and genes associated with foraging. PhD thesis, Ghent University. Ghent, Belgium. pp 237. Cover photo: An ABgene PCR-plate with film (VWR), DNA strands (dnatestingexpert.com), and a bumblebee, probably Bombus terrestris, photographed by Trounce on 19 April 2007 in Ireland. Printing: University Press ISBN-number: 978-90-5989-777-9 Copyright © Kevin Maebe, Faculty of Bioscience engineering, Ghent University, 2015. All rights reserved. The author and the promoters give the authorization to consult and to copy parts of this work for personal use only. Any other use is limited by the Laws of Copyright. Permission to reproduce any material contained in this work should be obtained from the author. Acknowledgements ACKNOWLEDGEMENTS Bijna is het doctoraat volledig af. Inderdaad, “bijna” want ik moet hier nu wel nog eventjes de tijd nemen om een dankwoord neer te schrijven, want heel veel mensen hebben hun steentje bijgedragen tot dit werk. Bovenaan de lijst van de mensen die ik zou willen bedanken, staan mijn twee promotoren Prof. Dr. ir. Guy Smagghe en Dr. Ivan meeus. Bedankt Guy, voor de gegeven kans om dit doctoraat te kunnen afleggen binnen het Labo. Agrozoölogie. Hierdoor kreeg uw groep ook een volledig nieuw luik, namelijk populatie genetisch onderzoek. Bedankt Ivan, zonder deze zeer gedreven, inspirerende post-doc, was mijn thesis er zeker nooit gekomen. De urenlange vergaderingen, soms wel eens discussies, het oneindig keer verbeteren en aanvullen van papers, maar voornamelijk het enthousiasme waarmee je dingen overbrengt, chapeau! Echt iets wat ik ook zou willen kunnen in mijn toekomstige onderzoek of carrière. Mijn dank gaat ook uit naar Prof. Rasmont van de Universiteit van Bergen, Prof. Biesmiejer van Naturalis in Leiden, en Prof. Grootaerts van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen voor het openstellen van hun hommel collecties. Met hun hulp kon ik een unieke staalname uitvoeren op historische museumstalen. Daarnaast wil ik ook Dr. Jan De Riek van het ILVO bedanken die me hielp met de QTL- paper. Begin 2011 waren ik en Ivan de enigen die binnen de groep onderzoek op hommels uitvoerden, maar in de loop van de 4 jaar zijn er heel wat collega’s van verschillende nationaliteiten bijgekomen, deze wil ik ook bedanken voor de aangename werksfeer zowel in het labo als in de bureau. Maar mijn speciale dank gaat toch wel uit naar Jafar: “Thank you Jafar for being, besides a good colleague, also a good friend.” Mijn ouders wil ik uiteraard ook bedanken en dit voor de mogelijkheid die ze me gegeven hebben om me te laten studeren, en ook al vlotte het de eerste jaren niet zo goed, om in mij te blijven geloven, me te steunen, naar mijn gezaag te luisteren wanneer een bepaald experiment niet wilde lukken, maar voornamelijk om die lieve schatten van ouders te zijn! ii ACKNOWLEDGEMENTS Verder wil ik ook mijn broers en daarnaast ook mijn familie, ‘schoon’ familie en vrienden bedanken om er te zijn, me een optie te bieden voor ontspanning en te helpen ontsnappen aan alle stress. En ten laatste, maar als meest belangrijkste, wil ik ook men lieve schat bedanken. Bedanken voor al de steun en hulp die ze gedurende die laatste jaren (en misschien wel de meest zware jaren) gegeven heeft. Bedankt!! Kevin Maebe 8 februari 2015 iii Table of contents TABLE OF CONTENTS List of Figures..................................................................................................................... xi List of Tables ................................................................................................................... xvii List of supplementary Files .............................................................................................. xxi List of non-standard abbreviations ................................................................................ xxv Objectives and outline of this study ............................................................................... xxix 1 Chapter I: General introduction ................................................................................. 1 1.1 Bumblebees - Bombus ............................................................................................. 2 1.1.1 Taxonomy and phylogeny ................................................................................ 2 1.1.2 Life-cycle......................................................................................................... 7 1.1.3 Ploidy, sex determination and sociality ............................................................ 9 1.1.4 Morphology ................................................................................................... 12 1.1.5 Bumblebee vision .......................................................................................... 17 1.1.6 Cast determination and division of labour ...................................................... 23 1.1.7 Foraging, light sensitivity and size ................................................................. 24 1.2 The value of pollination and bumblebee decline .................................................... 25 1.2.1 The value of pollination ................................................................................. 25 1.2.2 Red list .......................................................................................................... 26 1.2.3 Causes of bumblebee decline ......................................................................... 30 1.2.3.1 Loss of habitat and food resources .............................................................. 30 1.2.3.2 Use of pesticides ........................................................................................ 33 1.2.3.3 Impact of non-native species and the spread of pathogens........................... 34 1.2.3.4 Climate change ........................................................................................... 36 1.2.4 Genetic impacts ............................................................................................. 36 1.2.5 Conservation .................................................................................................. 38 1.3 Microsatellites....................................................................................................... 38 1.3.1 General .......................................................................................................... 38 1.3.2 Limitations..................................................................................................... 44 1.3.3 Applications ................................................................................................... 46 2 Chapter II: Low genetic diversity and inbreeding in the bumblebee B. veteranus, a case study ........................................................................................................................... 49 2.1 Introduction .......................................................................................................... 50 2.2 Material and methods ............................................................................................ 51 2.2.1 Museum specimens ........................................................................................ 51 vi TABLE OF CONTENTS 2.2.2 DNA extraction and microsatellite protocol ................................................... 52 2.2.3 Data analysis .................................................................................................. 53 2.2.4 Genetic diversity and inbreeding .................................................................... 53 2.2.5 Population structure ....................................................................................... 54 2.2.6 Bottleneck presence ....................................................................................... 54 2.2.7 Simulation of gene diversity over time ........................................................... 55 2.3 Results .................................................................................................................