Ученые из Университета штата Орегон и Лесной службы США продемонстрировали, что ДНК, извлеченная из проб воды из рек Орегона и Северной Калифорнии, может быть использована для оценки генетического разнообразия тихоокеанского лосося и форели.
Выводы, только что опубликованные в журнале Molecular Ecology, имеют важные последствия для сохранения и управления этими видами, которым угрожает деятельность человека, в том числе усугубляющая изменение климата.
«На Северо-Западе ощущалась нехватка данных такого рода», - сказал Кевин Вейтемьер, научный сотрудник в штате Орегон и ведущий автор статьи. «Это позволяет нам получить быстрый снимок нескольких популяций и видов одновременно».
В дополнение к демонстрации того, что экологическая ДНК, или эДНК, может быть использована для измерения генетического разнообразия, исследователи также сделали неожиданные открытия об истории этих видов, включая связь, которая связывает водоразделы в северном и южном Орегоне.
eDNA позволяет ученым проверять наличие или отсутствие организма в окружающей среде, такой как почва или вода. Это безопасный, быстрый и экономичный метод, который избавляет ученых от необходимости захвата отдельных организмов для сбора ДНК.
Исследование, проведенное командой штата Орегон и Тихоокеанской северо-западной исследовательской станции Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, уникально тем, что в нем использовались образцы эДНК для определения генетического разнообразия, а не только наличия или отсутствия, четырех видов: кижуча, чавычи, радужная форель/стальноголовая и прибрежная головорезная форель. Команда ранее разработала методы, которые позволили ей зафиксировать этот надежный набор генетических последовательностей на большом ландшафте.
«Понимание постоянного генетического разнообразия любого вида, вызывающего озабоченность, действительно важно для поддержания целостности популяции», - сказал Вайтемайер. «Мы должны убедиться, что у них достаточно разнообразия, чтобы поддерживать эти популяции самостоятельно».
Он сказал, что это особенно важно для лососевых, семейства рыб, в которое входят лосось и форель, потому что на их генетическое разнообразие влияет сокращение популяции и выпуск лососевых, выращенных в заводских условиях, в реки.
В большинстве изученных исследователями водоразделов численность стальноголового лосося, чавычи и кижуча значительно сократилась, в результате чего они были занесены в список видов, находящихся под угрозой исчезновения. Популяции прибрежной головорезной форели в некоторых местах сократились, но недостаточно широко, чтобы их можно было перечислить.
Для этого исследования исследователи изучили пробы воды, собранные в 16 местах в западном Орегоне и северо-западной Калифорнии в 2017 году. Они взяли пробы от одного до пяти ручьев в пяти водоразделах: Дешут, Уилламетт, Ампкуа, Роуг и Кламат. Они также взяли пробы из трех ручьев, впадающих в реки вдоль побережья Орегона.
Они обнаружили генетическое сходство между радужной форелью в северном водоразделе Дешут и южном водоразделе Кламат. Считается, что это первое генетическое подтверждение ранее выдвинутой гипотезы о гидрологической связи между двумя ныне разъединенными водосборными бассейнами.
Ученые обнаружили неожиданно высокий уровень генетического разнообразия кижуча, несмотря на то, что этот вид присутствует только в трех реках, Кокиль, Нестукка и Кламат, из которых они взяли пробы.
Они показали непропорционально большое значение небольших прибрежных рек - они проанализировали образцы из ручьев, которые питают реки Нестукка, Алси и Кокиль, - на генетическое разнообразие, особенно прибрежной головорезной форели.
«Эти реки превосходят их вес с точки зрения количества разнообразия по сравнению с населением и размером водосбора», - сказал Вайтемайер..
Исследователи также нашли дополнительные доказательства уникального разнообразия водораздела Ампкуа. Они обнаружили уникальные генетические варианты прибрежной форели-головорезов и, в меньшей степени, радужной форели. Umpqua также является единственным домом для двух более мелких рыб, голавля Umpqua и судака Umpqua..
«Разнообразие Ампкуа делает его особенным местом в Орегоне, и этот документ является еще одним подтверждением этого», - сказала Тиффани Гарсия, автор статьи и доцент Департамента штата Орегон. Рыболовство и дикая природа.
Исследователи планируют продолжить это исследование, работая с пробами воды, собранными в рамках Программы Министерства сельского хозяйства США по водным и прибрежным водным ресурсам и мониторингу. Они регулярно собирают воду с 200 участков, в том числе с 16, которым посвящено это исследование, в Орегоне и Калифорнии.
«Мы работаем с ними, чтобы отслеживать и лучше понимать распространенность различных видов за пределами тихоокеанского лосося и форели, включая других рыб, земноводных, мидий, макробеспозвоночных, раков и патогенов», - сказал Брук Пеналуна, автор из газеты и биолог-исследователь Тихоокеанской северо-западной исследовательской станции Министерства сельского хозяйства США.
В дополнение к Weitemier, Garcia и Penaluna, авторами статьи являются Лукас Дж. Лонгвэй из штата Орегон, а также Лора Хок и Ричард Крон из Министерства сельского хозяйства США.