С конца 19 века аквакультура жемчуга стала уважаемой отраслью в Японии, что позволило широко выращивать и продавать прекрасный жемчуг. С генетической и эволюционной точки зрения ученые мало знали об источнике этих жемчужин - японской жемчужной устрице, Pinctada fucata - до сих пор.
Исследователи из отдела морской геномики Окинавского института науки и технологий (OIST) в сотрудничестве с учеными из префектуры Миэ, Япония, используя полногеномные генетические данные из образцов, собранных в западной части Тихого океана, выяснили, как популяции жемчужных устриц различаются генетически и географически. Их анализ дает представление о том, как эти жемчужные устрицы адаптировались к изменениям окружающей среды с течением времени. По словам исследователей, понимание генетической структуры этих популяций будет иметь решающее значение для разработки эффективных и целенаправленных стратегий сохранения видов в свете изменения климата.
«В частности, мы хотели понять структуру популяции P. fucata и то, как эти жемчужные устрицы перемещались из юго-западной части Тихого океана (частью которой является Окинава) на север в материковую Японию», - сказал доктор Такеши Такеучи., первый автор нового исследования, опубликованного в Evolutionary Applications. «P. fucata - хорошая модель для понимания генетической дифференциации, потому что этот вид очень широко распространен в западной части Тихого океана».
Расшифровка генома жемчужной устрицы
После столетнего успеха производство жемчуга в Японии резко сократилось в 1990-х годах из-за пагубного цветения водорослей и вспышки бактериального заболевания, которые нанесли ущерб популяциям жемчужных устриц. Кроме того, в это время фермеры, выращивающие жемчуг, завезли в японские воды китайских жемчужных устриц, что поставило под угрозу генетическое разнообразие популяции P. fucata.
Чтобы лучше понять и сохранить этих животных, ученые проанализировали около 200 отдельных экземпляров P. fucata со всей материковой части Японии, с юга архипелага Нансей, включая районы вблизи Окинавы, а также из Китая, Мьянмы и Камбоджи. Чтобы свести к минимуму эффект недавнего смешения между японским и китайским населением, они использовали замороженные образцы, собранные между 2000 и 2003 годами. Они секвенировали геномы образцов и проанализировали 36 203 сайта однонуклеотидного полиморфизма (SNP). SNP - это крошечные различия в строительных блоках ДНК, которые помогают ученым изучать генетические вариации.
Такеучи и его коллеги обнаружили, что жемчужные устрицы в континентальной Японии (северная популяция) генетически далеки от южной популяции на островах Нансей, в Китае и Камбодже.
Однако исследователи не могли понять, почему жемчужные устрицы на материковой части Японии и на островах Нансей были генетически разными, поскольку они не были разделены сухопутным барьером. Из-за сильного течения Куросио устрицы могли легко переместиться из Нансея на материк, смешав популяции.
Чтобы разгадать эту загадку, ученые изучили факторы окружающей среды, которые могут влиять на генетическое разнообразие, включая температуру поверхности моря, содержание кислорода, углекислого газа, фосфатов и нитратов в воде, а также соленость океана.
Посредством статистического анализа они обнаружили, что температура поверхности моря и концентрация кислорода сильно коррелируют с генетической изменчивостью. По словам исследователей, население материка и нансей, вероятно, отличаются друг от друга, потому что они адаптировались к местным условиям окружающей среды.
Путешествие в прошлое
Эти результаты помогли исследователям собрать воедино P. История Фукаты. Во время последнего ледникового максимума (около 20 000 лет назад) температура поверхности океана была намного ниже, чем в настоящее время, а популяции P. fucata отсутствовали на материковой части Японии. Однако после последнего ледникового периода температура в Японии повысилась и достигла пика 6000 лет назад на два-три градуса выше, чем сейчас, а популяции жемчужных устриц переместились на север, в материковую Японию.
Двигаясь вперед, исследователи надеются продолжить изучение генов жемчужных устриц, поскольку изменение климата и повышение температуры океана могут повлиять на распространение P. fucata.
«Используя данные всего генома, мы выявили структуру популяции жемчужной устрицы в западной части Тихого океана», - сказал Такеучи. «Сейчас мы разрабатываем маркеры ДНК, чтобы отличить японскую популяцию от других. Это будет полезно для сохранения уникальных генетических ресурсов японских жемчужных устриц», - сказал Такеучи.