Honey DNA Metabarcoding method reveals the floral diversity and abundance by Apis cerana japonica and Apis mellifera in Japan, link with landscape variables

Abstract

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.

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.