На протяжении десятилетий анализ митохондриальной ДНК был доминирующим методом, используемым для принятия решений о квотах на вылов рыбы, выбраковке, квотах на охоту или перемещении животных из одной популяции исчезающего вида в другую.
Исследование, опубликованное в Scientific Reports, показывает, что, хотя анализ митохондриальной ДНК очень полезен для ряда приложений, анализ генетических различий в целях сохранения не является одним из них. Исследование выдвигает на первый план ранее неизвестные генетические различия между популяциями сардин.
В ходе исследования ученые проанализировали митохондриальную ДНК сардин из южного полушария, выловленных у западного и южного побережья Южной Африки.
Результаты митохондриальной ДНК показали, что чрезмерный вылов этого вида в одной части его ареала не создаст серьезной проблемы, поскольку популяция будет быстро пополняться из других мест. Но когда мы проанализировали гораздо больше генов сардины, секвенировав большой часть ядерного генома, возникла совершенно другая картина», - говорит профессор Питер Теске из Центра экологической геномики и охраны дикой природы Йоханнесбургского университета.
Для исследования исследователи проанализировали митохондриальную ДНК и ядерную ДНК сардины южного полушария, коммерчески эксплуатируемой рыбы, и песочного бычка Книсна, небольшой эндемичной рыбы, ареал которой идентичен ареалу сардины.
Два вида ДНК
Каждая живая клетка животного или растения содержит два источника ДНК. Митохондриальную ДНК (мтДНК) легко получить из множества электростанций или митохондрий внутри каждой клетки. В мтДНК всего несколько десятков генов, поэтому секвенировать ее можно быстро и экономично.
Но работать с ядерной ДНК (нДНК) гораздо сложнее и дороже. Он существует только внутри единого командного центра или ядра каждой клетки. ЯДНК может содержать десятки тысяч генов, в зависимости от вида. К счастью, сегодня затраты на секвенирование составляют лишь малую часть того, что было всего несколько лет назад.
Падение расходов
«Сначала секвенирование всего ядерного генома человека стоило миллиарды долларов США и заняло у консорциума исследователей около 10 лет, - говорит Арсалан Эмами-Хойи, научный сотрудник Центра с докторской степенью.
Сегодня можно секвенировать весь ядерный геном человека в течение часа, менее чем за тысячу долларов. Поэтому наш Центр поручает секвенирование ядерной ДНК коммерческим лабораториям. И гигабайты данных секвенирования яДНК также не требует вложений в собственную инфраструктуру - вместо этого они были проанализированы в государственном Центре высокопроизводительных вычислений в Кейптауне», - добавляет он.
"В совокупности это означает, что теперь мы можем анализировать большую часть ядерного генома наших исследуемых организмов, что дает нам гораздо более надежные результаты, чем это было возможно раньше, когда мы секвенировали лишь несколько митохондриальных генов."
Ранее непризнанные генетические различия
Изоляция расстоянием - это концепция, которая десятилетиями использовалась для косвенного определения того, изменяется ли генетический состав популяций одного вида по мере увеличения географического расстояния друг от друга.
Это показывает, насколько хорошо связаны различные популяции вида, что, в свою очередь, влияет на квоты на вылов и другие меры по сохранению.
«Это исследование показывает, что огромное количество популяционных генетических исследований, проведенных в последние десятилетия по всему миру, дали сомнительные результаты, поскольку они были основаны на митохондриальной ДНК», - говорит Теске.
Анализ митохондриальной ДНК может показать, что между популяциями исчезающих или эксплуатируемых видов отсутствует изоляция расстоянием. Когда популяции расположены географически близко друг к другу, а вид физически способен преодолевать расстояние между популяциями, такой ответ может выглядеть очень убедительно. Вот что митохондриальная ДНК рассказала нам о сардине южного полушария», - добавляет он.
Сохранение рыболовства открытым
Но настоящее исследование показывает, что анализ ядерной ДНК может выявить ранее неизвестные генетические различия между популяциями высокорассеянных видов, то есть видов, которые могут легко преодолевать географические расстояния.
Например, наш анализ ядерной ДНК сардины показал, что, вопреки тому, что говорит нам мтДНК, уровень изоляции расстоянием на самом деле очень высок. На практике это означает, что если запад население побережья становится переловленным, популяции южного побережья потребуется очень много времени, чтобы пополнить его. Промысел может быть даже закрыт вообще», - говорит Теске.
Переоценка предыдущих исследований
Для видов, находящихся под угрозой или эксплуатируемых, это означает, что предыдущие исследования по изоляции на расстоянии должны быть переоценены для обоснованных управленческих решений о квотах, выбраковке и переселении. Прошлые результаты должны быть дополнены более сложными методами., такие как частичное секвенирование ядерного генома», - заключает Теске.