Loodusgenoomika - genoomide, mitte üksikisikute päästmine

Ärge rassige selle liigi päästmiseks! Selle asemel rassige selle genoomi päästmiseks.

Autor: Graham Etherington

Looduskaitsegenoomika annab ohustatud liikidele abikäe nende arvukuse taastamisel jätkusuutliku suurusega. Selgroogsete ja tervise genoomika rühma vanem arvutusbioloog dr Graham Etherington selgitab, kuidas me kasutame uusimaid tehnoloogiaid ohustatud liikide tagasihoidmiseks toomiseks.

Punaarveliste Quelea kari, maailma arvukaim linnuliik. Krediit: Shutterstock / EcoPrint

Suurtel populatsioonidel on geneetiline struktuur üldiselt mitmekesine. See tähendab, et kui valiksite geeni juhuslikult sama liigi hulgast erinevate isendite hulgast, siis leiaksite nende DNA järjestuses väga peeneid erinevusi.

Seda variatsiooni nimetatakse terminiks "geneetiline mitmekesisus" ja iga erinevust indiviidide vahel nimetatakse "alleeliks".

Kui elanikkonna geneetiline mitmekesisus on kõrge, suudavad teatud isikud keskkonnamuutustele reageerida. See konkreetne variatsioon (mis võib alguses olla neutraalne, st sellel ei ole eeliseid ega puudusi) võib muutuda eeliseks, võimaldades inimestel konkreetsete alleelidega kohaneda erinevas keskkonnas kui ilma nendeta ning soodustades seega suuremat ellujäämist ja paratamatult , aretus.

See variatsioon kandub seejärel edasi nende järglastele, edendades liigi edukust.

Väikesed populatsioonid võivad aga aretuse tõttu kannatada vähenenud geneetilise mitmekesisuse all. Näiteks võib maailma arvukaima linnu 25 punakasvulise kreeklase (Quelea quelea) genoomis leiduvate positsioonide võrdlus leida kolm kuni neli erinevat alleeli, samas kui kõigi ülejäänud 25 Madagaskari Pochardi genoomis on samad positsioonid ( Maailma kõige haruldasem lind Aythya innotata) leiab tõenäoliselt ainult ühe või kaks alleeli. Seda madala alleelse mitmekesisuse mustrit saab kvantifitseerida kogu genoomis, sekveneerides mitu indiviidi populatsioonist.

Mustajalaline tuhkur oli kunagi vaid seitse isendit.

Geneetika õnnelik dip.

Kujutage ette mitte nii haruldase stsenaariumi korral, kui kõrge geneetilise mitmekesisuse tasemega punakasvuline Quelea populatsioon hävitaks äkitselt vaid 100 isendit - see kõrge geneetiline mitmekesisuse tase kaoks - koos võimega reageerida muutustele keskkonnas.

Säilitusgenoomikas uurime seda geenide mitmekesisust kõigis geenides, et paremini mõista nende mõju ökoloogiale, tervisele ja haigustele. Sellist geneetilise mitmekesisuse juhuslikku kadu vähenevates populatsioonides nimetatakse geneetilise triivina ja seda komplitseerib veel "sissetungiv depressioon", kus suguluses olevad isendid arenevad omavahel, mille tulemuseks on geneetilise mitmekesisuse edasine kadumine.

Punaarveline Quelea, lähedal. Autor: Shutterstock / Nick Biemans.

Kõik geenid pole võrdsed.

Üks esimesi probleeme, millega ohustatud liikide väikesed populatsioonid silmitsi seisavad, on haigus.

Näiteks mustjalaline tuhkur (Mustela nigripes), kelle populatsiooni suurus on viimasel ajal langenud vaid seitsmele isendile, on vastuvõtlik haigustele, mis teadaolevalt ei mõjuta teisi tuhkru- ega karvkatte liike. Põhjuseks võib olla inbreedi depressioon ja geneetiline triiv koos järgneva soodsate alleelide kaotamisega haiguse vastu võitlemise geenides.

Säilitusgenoomikas on immuunvastusega seotud geenide uurimine üks peamisi prioriteete, kuna need geenid mõjutavad tavaliselt esimesi väikeseid populatsioone, kes kannatavad geneetilise mitmekesisuse kadumise all.

Mustajalaline tuhkur oli kunagi vaid seitse isendit. Autor: Graham Etherington.

Geneetiline päästmine.

Mida saaksime looduskaitsegenoomika lähenemisviisist saadud teabega teha? Geneetiline päästmine on lähenemisviis, mille eesmärk on hoolikalt taastada ohustatud liikide geneetiline mitmekesisus. Klassikaline näide on Florida panther (Puma concolor).

Florida pantherit oli taandatud kuni 25 isendini, koos märkimisväärsete tõuaretusnähtude ja sellest tuleneva geneetilise mitmekesisuse kadumisega.

Säilitusgenoomikas on immuunvastusega seotud geenide uurimine üks peamisi prioriteete ...

Kaheksa pantteri sissetoomine Texasest looduslikusse Florida pantheri elupaigasse võimaldas suurendada populatsiooni geneetilist mitmekesisust, võimaldades liikidel üle saada sisserände tagajärgedest ja kolmekordistada populatsiooni suurust.

Looduskaitse genoomika edulugu Florida Panther. Shutterstock / Jo Crebbin.

Rahvastiku probleem.

Looduskaitsegenoomikat saab kasutada ka parima populatsiooni väljaselgitamiseks, mida geneetiliseks päästmiseks kasutada. Võimaliku geenidoonori populatsiooni genoome järjestades ja analüüsides saame tuvastada genoomi piirkonnad, mis on seotud kohanemisega.

Seejärel saame valida, milliseid isikuid tutvustada, võrreldes doonori genoome sihtpopulatsioonide genoomidega. Parimate doonorpäritolu indiviidide väljaselgitamiseks võime valida kõige mitmekesisema genoomi või täpsustada sihtkoha genoomides positsioonid, mis põhjustavad depressiooni sissetungimist, ja seejärel tutvustada isikuid, kellel on nendes positsioonides mitmesuguseid alleele.

Uus tehnoloogia toob kaasa uusi ideid ja moraalseid dilemmasid, mis sageli nendega kaasas käivad.

Muud jõupingutused võiksid hõlmata hiljutiste edusammude ja läbimurrete kasutamist genoomi redigeerimise tehnikates, näiteks esimesed kohandatud mutatsioonidega sündinud ahvid.

Neid tehnoloogiaid oleks mõeldav kasutada säilitusgenoomikas hoolikalt juhendatud lähenemisviisi kaudu, mis hõlmab:

  • Muuseumieksemplaride järjestamine perioodist, mil praegu ohustatud liik ei olnud nii haruldane ja selle geneetiline mitmekesisus oli kõrge
  • Praeguses populatsioonis kaotatud geneetilise mitmekesisuse tuvastamine
  • Kasutades genoomi redigeerimise tehnikaid selle kaotatud geneetilise mitmekesisuse ettevaatlikuks taaskehtestamiseks praegusesse ohustatud populatsiooni.

Säilitusgenoomika tööriistad.

Genoomide järjestamine on endiselt suhteliselt kallis, eriti kui soovite tõesti kvaliteetseid andmeid ja teadlased ei saa seda alati lubada. Sellega seoses otsib säilitusgenoomika valdkond alternatiive genoomi otseseks järjestamiseks, luues kulutõhusad tööriistad ja ressursid teiste teadlaste kasutamiseks.

Saame luua SNP genotüüpimiskiibid, mis võimaldavad testida teatud geneetilise mitmekesisuse olemasolu või puudumist sadade või tuhandete inimeste seas. Looduskaitsegenoomika võib samuti järjestada geenide tunduvalt vähendatud alamhulga, et tuvastada suure hulga indiviidide geneetiline mitmekesisus, välistades vajaduse kogu genoomi järjestada.

Haigus on ohus ka Tasmaania kuradile (Sarcophilus harrisii). Shutterstock / Gapvoy.

Ärgem unustagem ...

Tehnoloogia liigub kiiresti ja tänane unistus on sageli homne reaalsus. Uus tehnoloogia toob kaasa uusi ideid ja moraalseid dilemmasid, mis sageli nendega kaasas käivad. Muidugi, kui arenenud tehnoloogia saab, peame siiski meeles pidama, et elupaikade kaitse ja majandamine peaks alati jääma meie kõige olulisemate prioriteetide hulka.

Autor: Graham Etherington

Algne artikkel: Conservation Genomics - genoomide, mitte indiviidide säästmine