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Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)
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MASTER THESIS
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Honey DNA Metabarcoding method reveals the floral diversity and abundance by Apis cerana japonica and Apis mellifera in Japan, link with landscape variables

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Sarot, Colleen ULiège
Promotor(s) : Francis, Frédéric ULiège ; Nagase, Ayako
Date of defense : 22-Jan-2024 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/19438
Details
Title : Honey DNA Metabarcoding method reveals the floral diversity and abundance by Apis cerana japonica and Apis mellifera in Japan, link with landscape variables
Translated title : [fr] Etude de la diversité florale et de son abondance visité par Apis cerana japonica et Apis mellifera, révélés par l’ADN contenu dans le miel par la méthode du métabarcoding, en lien avec le paysage.
Author : Sarot, Colleen ULiège
Date of defense  : 22-Jan-2024
Advisor(s) : Francis, Frédéric ULiège
Nagase, Ayako 
Committee's member(s) : Beckers, Yves ULiège
Massart, Sébastien ULiège
Lejeune, Philippe ULiège
Noël, Grégoire ULiège
Francis, Frédéric ULiège
Nagase, Ayako 
Language : English
Number of pages : 80
Keywords : [fr] Apis cerana japonica - Apis mellifera - Metabarcoding sur miel - Bioinformatique - Variables paysagères - Diversité taxonomique - Préférence alimentaire - Japon
[en] Apis cerana japonica - Apis mellifera - Honey metabarcoding - Bioinformatics - Taxa diversity - Food preference - Japan
Discipline(s) : Life sciences > Entomology & pest control
Target public : Researchers
Professionals of domain
Student
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Chiba University, Chiba, Japan
Degree: Master en bioingénieur : sciences agronomiques, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)

Abstract

[fr] Le déclin des espèces pollinisatrices est une catastrophe mondiale pour la production alimentaire
et la biodiversité. D’après de nombreuses études, les raisons de ce phénomène
sont principalement anthropiques. Notamment, l’introduction d’espèces exotiques dans de
nouveaux environnements impacte négativement les espèces natives.
C’est pourquoi, l’évaluation du régime alimentaire de Apis cerana japonica, espèce native du
Japon, et de Apis mellifera, espèce introduite, est primordiale pour comprendre l’influence de
cette dernière sur l’environnement japonais.
Afin de répondre à cela, cette étude analyse la diversité florale présente dans le miel de
36 ruchers d’abeilles japonaises et occidentales de différentes régions du Japon de août 2022 à
novembre 2022. L’ADN est analysé par la méthode du métabarcoding et les séquences ADN
sont associées à des taxons suite à un travail de bioinformatique. Chaque environnement
entourant les ruchers est analysé pour extraire des données paysagères. Ces données ont servi
à expliquer la richesse taxonomique présente dans les échantillons de miel.
Pour se faire, un modèle statistique GLMM a été mis en place afin de déterminer les
variables qui expliquent au mieux la diversité florale. Parallèlement, cette dernière a été decrite
par une analyse de communautés pour chaque espèce d’abeille afin de mettre en évidence : les
espèces végétales les plus présentes, un possible chevauchement alimentraire entre les abeilles
mellifères et leurs préférences alimentaires.
Au final, les résultats indiquent que les variables paysagères: indice de diversité de
Shannon, Integral Index of Connectivity et densité totale de parcelles, sont celles qui expliquent
le mieux la richesse taxonomique détectée dans les échantillons de miel. Ensuite, des espèces
florales plus abondantes et présentes uniquement chez l’une ou l’autre espèce d’abeille ont
été remarquées. Apis cerana japonica comptabilise principalement des espèces ligneuses et
des essences telles que Ulmus parvifolia and Ulmus sp., Hedera nepalensis and Chengiopanax
sciadophylloides, Apis mellifera, quant à elle, préfère les espèces herbacées: Physalis angulata,
Triticum aestivum and Cosmos bipinnatus. Suite à l’observation d’un diagramme de Venn,
peu des espèces végétales semblent être partagées entre les abeilles mellifères. Cependant, un
G-test du choix alimentaire de Apis cerana japonica pour des espèces ligneuses ou herbacées
en fonction de la cohabitation avec l’abeille occidentale montre une influence de cette dernière
sur le comportement alimentaire de l’abeille japonaise. Ainsi, les différents résultats se
contredisent et ne semblent s’expliquer que par le nombe limité d’échantillons qui ne permet
pas de tirer des conclusions quant à la présence de compétition ou non ente les deux espèces
d’abeille mellifères au Japon.

[en] The decline of pollinator species is a global disaster for food production and biodiversity.
According to numerous studies, the reasons for this phenomenon are mainly anthropogenic. In
particular, the introduction of exotic species in new environments negatively impacts native
species.
Therefore, the evaluation of the diet of Apis cerana japonica, native to Japan, and Apis
mellifera, introduced, is essential to understand the influence of the latter on the Japanese
environment.
In order to answer this, this study analyzes the floral diversity presents in the honey of
36 Japanese and Western honey bee apiaries from different regions of Japan from August
2022 to November 2022. DNA is analyzed by metabarcoding method and DNA sequences
are associated with taxa following a bioinformatics work. Each environment surrounding
the apiaries is analyzed to extract landscape metrics. These data were used to explain the
taxonomic richness present in honey samples.
To do so, a statistical GLMM model was implemented to determine the variables that
best explain floral diversity. At the same time, the floral richness was described by a
community analysis for each honey bee species in order to highlight: the plant species most
present, a possible food overlap between honey bees and their food preferences.
Finally, the results indicate that landscape variables such as Shannon diversity index,
Integral Index of Connectivity and total patch density best explain the taxonomic richness
detected in honey samples. Then, more abundant floral species present only in one or the other
honey bee species were noticed. Apis cerana japonica mainly counts woody and tree species
such as Ulmus parvifolia and Ulmus sp., Hedera nepalensis and Chengiopanax sciadophylloides,
Apis mellifera, while preferring herbaceous species: Physalis angulata, Triticum aestivum
and Cosmos bipinnatus. Following a Venn diagramm, few plant species appear to be shared
between honey bees. However, a G-test of the food choice of Apis cerana japonica for woody
or herbaceous species according to the cohabitation with the Western bee shows an influence
of the latter on the feeding behavior of the Japanese honey bee. Thus, the different results are
contradicted and seem to be explained only by the limited number of samples which does not
allow to draw conclusions as to the presence of competition or not between the two species of
honey bee in Japan.


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  • Sarot, Colleen ULiège Université de Liège > Gembloux Agro-Bio Tech

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