Генетическое спасение исчезающих видов может привести к проникновению вредных мутаций
Новое исследование предполагает, что устоявшаяся практика сохранения видов — перемещение животных из крупных, генетически разнообразных популяций в небольшие, инбредные сообщества исчезающих видов — может привести к внесению в угрожаемую группу больше вредных, чем полезных вариантов генов.
Анализ геномов восточных карликовых гремучников показал, что у генетически более разнообразных животных-доноров, выбранных в гипотетическом сценарии для пополнения небольшой изолированной популяции, по количеству присутствовало больше вредных мутаций, чем мутаций, способствующих адаптации.
Поскольку перемещение доноров, известное как управляемый генный поток, имеет хорошую репутацию в стабилизации популяций-реципиентов, исследователи считают, что это открытие указывает на наличие в усилиях по спасению чего-то большего, чем чистая генетика, — а именно, экологических характеристик, поддерживающих долгосрочное выживание вида.
"У нас здесь небольшой парадокс. Генетический анализ говорит, что генетическое спасение, возможно, не так уж хорошо, или в лучшем случае, это палка о двух концах. Но когда вы смотрите на другие исследования управляемого генного потока для редких организмов, небольшая популяция обычно растет. Генетика предполагает, что даже если спасение работает, увеличивая численность особей в первых поколениях за счет снижения эффектов инбридинга, в долгосрочной перспективе оно может быть рискованным. И поэтому мы должны внимательнее изучить другие факторы, особенно экологические, которые могут дать виду передышку для работы эволюционных факторов", — говорит Х. Лайл Гиббс, старший автор исследования.
Исследование, первым автором которого стал Самарт Матур, было опубликовано в журнале Molecular Ecology.
Анализ "хороших" и "плохих" копий генов
В новом исследовании впервые на уровне каждого гена была проверена генетика практики управляемого генного потока.
"Когда вы перемещаете особей из большой популяции в маленькую, вы приносите оба типа вариаций — не только хорошие. Плохие варианты тоже входят в пакет. Это первый раз, когда кто-то собрал это вместе и спросил, насколько важна хорошая вариация и как измерить ее против бремени плохой вариации, которую она также приносит", — пояснил Гиббс.
Анализ включал полногеномные последовательности 152 восточных карликовых гремучников из 14 мест в США и Канаде. Исследователи сосредоточились на сравнении однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) в генах, несущих инструкции для функциональных белков.
Результаты для гремучников
Сравнивая сценарии с двумя популяциями-донорами и тремя популяциями-реципиентами в Огайо, исследователи обнаружили минимальные различия в пригодности доноров для перемещения. Однако все группы доноров оказали бы существенное влияние на функциональное генетическое разнообразие реципиентов.
В одном примере доноры-змеи привнесли бы в популяцию-реципиент:
- 34% увеличение положительных вариантов,
- 36% увеличение умеренно вредных мутаций,
- 32% увеличение наиболее тяжелых мутаций с потерей функции, которые "выключают" ген.
"Числа показывают, что вы получаете небольшой прирост хороших мутаций и небольшое снижение эффекта вредных мутаций, маскируя эффекты инбридинга, но затем вы получаете целую кучу плохих мутаций тоже. Мы оцениваем хорошие и плохие мутации, используя чисто вычислительный подход, чтобы количественно определить чистый эффект, который заключается во внесении множества вредных мутаций с небольшим эффектом", — сказал Гиббс.
Роль локальной адаптации и экологии
В исследовании только 7% выявленных адаптивных мутаций у доноров-змей были связаны с их адаптацией к другому региону Огайо. Это говорит о том, что риск нарушения локальной адаптации, вероятно, невелик.
"Возможно, экологические эффекты спасения подавляюще положительны, и увеличение численности может компенсировать любой риск долгосрочных негативных генетических последствий", — предположил Гиббс.
Широкое применение метода
Разработанные для этого исследования статистические методы можно использовать для любой предлагаемой стратегии управляемого генного потока, для которой доступны геномные последовательности.
"Речь идет не только о змеях. Речь идет о больших и малых популяциях, поэтому мы считаем, что результат является общим. Наш ключевой вклад — это фактическое измерение риска, связанного с генетическим спасением в реальной ситуации", — заключил Гиббс.