Снижение генетического разнообразия иммунной системы может повлиять на выживание исчезающей жабы
Новое исследование Университета штата Северная Каролина изучает разнообразие иммунной системы у находящейся на грани исчезновения жабы Вайоминга и показывает, что генетические «бутылочные горлышки» могут повлиять на способность вида реагировать на новые патогены. Результаты могут помочь в разработке стратегий разведения в неволе для исчезающих популяций животных.
Жаба Вайоминга, Anaxyrus baxteri, пережила резкое сокращение популяции во второй половине XX века из-за таких факторов, как разрушение среды обитания и грибковая инфекция. Для спасения вида в 1990-х годах была запущена программа разведения в неволе. По оценкам ученых, текущая дикая популяция составляет всего от 400 до 1500 особей, что означает критически низкую численность.
«Сокращение популяции создало генетическое "бутылочное горлышко", то есть уровень генетического разнообразия уже очень мал», — говорит Джефф Йодер, профессор сравнительной иммунологии в NC State и соавтор статьи. «Это первое исследование, которое специально рассматривает генетическое разнообразие иммунной системы этих жаб и его потенциальное влияние на популяцию».
Йодер вместе с соавтором Алексом Дорнбургом из Университета Северной Каролины в Шарлотте провели РНК-секвенирование иммунных тканей трех здоровых, выведенных из разведения жаб Вайоминга. Образцы были получены при участии соавтора Майкла Стоскопфа, входившего в группу по восстановлению популяции жабы Вайоминга, созданную в 2008 году.
«Мы сосредоточились именно на последовательностях, кодирующих толл-подобные рецепторы (TLR) и белки главного комплекса гистосовместимости (MHC), экспрессируемые в этих тканях», — говорит Кара Карлсон, первый автор исследования и аспирант NC State. «Эти наборы генов являются основными компонентами иммунной системы».
TLR — это «первые респонденты» иммунной системы, они сходны (или высококонсервативны) у разных видов. MHC, напротив, представляет собой большую и разнообразную группу генов, которая варьируется между видами и особями. Он может определять, почему одна группа более устойчива к определенному патогену, чем другая.
«Гены MHC — одни из самых быстро эволюционирующих последовательностей в геноме, — говорит Карлсон. — Поэтому в здоровой популяции существует большое разнообразие, которое передается потомкам, позволяя виду в целом адаптироваться к разным патогенам. Однако если особи выживают благодаря своему MHC, то у этой группы будет схожий MHC. Жабы Вайоминга, взятые в неволю для спасения вида, все смогли противостоять грибку, уничтожившему популяцию, но это может означать, что разнообразие их иммунной системы снижено».
Исследователи сравнили TLR и MHC трех жаб Вайоминга между собой, а также с образцами обыкновенной жабы и жабы-аги. И обыкновенная жаба, и жаба-ага показали большее разнообразие MHC, чем жаба Вайоминг, даже несмотря на то, что жаба-ага также пережила схожее генетическое «бутылочное горлышко».
«Небольшой размер выборки в этом исследовании — что было неизбежно из-за статуса вида — тем не менее закладывает важную основу для сохранения», — отмечает Карлсон.
«У земноводных в целом не так много геномных ресурсов, как у других организмов, — говорит Йодер. — А разведение в неволе из небольшой популяции еще больше снижает генетическое разнообразие. Хотя эти жабы могут быть лучше защищены от грибковой инфекции, которая почти уничтожила их, они могут быть не готовы к новым патогенам в будущем».
«Хотя мы не были особенно удивлены отсутствием иммуногенного разнообразия у жабы Вайоминга, это поднимает важный вопрос, — говорит Дорнбург. — Насколько хорошо другие виды, вызывающие опасения с точки зрения сохранения, подготовлены к борьбе с новым патогеном?»
«Понимая генетическое разнообразие иммунной системы, мы можем улучшить практику разведения в неволе, чтобы увеличить шансы вида противостоять болезням в дикой природе», — добавляет Йодер. «Подобные исследования бесценны для будущей практики разведения в неволе».
Исследование опубликовано в журнале Conservation Genetics.