Создание геномов из ДНК имеет огромное значение для сохранения видов, находящихся под угрозой. Понимание их прошлого и того, как они адаптировались к окружающей среде, помогает защитникам природы защитить их.
Однако сбор проб у свободно плавающих водных млекопитающих затруднителен, а это значит, что собрать качественный геном, используя их ДНК, также непросто.
Исследователи из отдела анатомии Университета Отаго разработали несколько хитроумных решений, чтобы успешно собрать первые высококачественные эталонные геномы для находящихся под угрозой гекатовых дельфинов и критически находящихся под угрозой дельфинов Мауи в Новой Зеландии, несмотря на работу с деградированными образцами ДНК.
Процесс, разработанный доктором Аланой Александер, кандидатом наук Себастьяном Альваресом-Костесом и коллегами из Отаго, Университета Окленда, Университета Масsey, Университета штата Орегон и Мюнхенского университета, даёт несколько важных сведений об этих редких морских млекопитающих. Работа опубликована в журнале Molecular Ecology Resources.
Гекатовые дельфины классифицируются как находящиеся под угрозой из-за деятельности человека, а также из-за их прибрежной среды обитания и небольшой численности популяции. Дельфин Мауи — одно из самых критически находящихся под угрозой морских млекопитающих в мире — в дикой природе осталось менее 100 особей.
Альварес-Костес, который проводил вычислительный анализ, говорит, что исследование показывает: эти дельфины сохраняли небольшие популяции в течение тысяч лет, что делает их уязвимыми к изменениям окружающей среды и генетическому дрейфу.
Гекатовые дельфины и дельфины Мауи разделились на отдельные подвиды примерно 20 000 лет назад, во время последнего крупного ледникового периода. Это, вероятно, изолировало разные популяции вдоль побережья Новой Зеландии, что в итоге привело к появлению подвидов, которые мы видим сегодня.
Геномное исследование выявило некоторые опасения в отношении дельфинов Мауи, у которых генетическое разнообразие на 40% ниже, чем у гекатовых дельфинов. Исследование указывает на то, что дельфин Мауи может подвергаться риску инбридинга, основываясь на закономерностях, наблюдаемых в его геноме.
Сравнивая их с видами, уже известными по снижению генетического разнообразия, такими как речные дельфины и некоторые усатые киты, возникают серьёзные опасения относительно способности дельфина Мауи адаптироваться к новым экологическим вызовам.
«Особенно тревожит то, что снижение генетического разнообразия может помешать их способности адаптироваться к другим возникающим угрозам, таким как изменение климата», — говорит Альварес-Костес.
Хотя проблемы велики, эта геномная информация вооружает защитников природы более глубоким пониманием генетического здоровья каждой популяции и её эволюционной истории. «Это будет способствовать более обоснованным решениям о мерах защиты», — отмечает он.
В Новой Зеландии не только лучше понимают этих дельфинов, но и новые процессы, разработанные командой с использованием геномов близкородственных видов, вызывают резонанс в научном сообществе.
Альварес-Костес говорит, что изучение редких животных, таких как дельфин Мауи, означает, что большинство доступных тканей поступает из архивных коллекций, хранящихся в неоптимальных условиях, что приводит к деградации ДНК. «Вместо того чтобы отказаться от этих ценных, но несовершенных образцов, мы рассмотрели, как мы можем работать с тем, что у нас есть», — говорит он.
Используя высококачественные геномы близкородственных китов и дельфинов, в частности, дельфина-афалины и ваквы, удалось создать эталонную структуру для правильной сборки и организации фрагментированных кусочков ДНК гекатовых дельфинов и дельфинов Мауи.
Результатом стал инновационный процесс сборки генома (конвейер), который использует «синтеню» — то есть сходство в порядке генов между родственными видами и структуре их хромосом.
Техника оказалась удивительно успешной: более 99% генома успешно сопоставлено с хромосомами. Теперь это одни из лучших собранных геномов, доступных для любого кита или дельфина в мире.
Во всём мире защитники природы воодушевлены последствиями этого инновационного нового подхода. Растущая обеспокоенность по поводу воздействия снижения генетического разнообразия на исчезающие виды стимулировала усилия по созданию большего количества геномов для целого ряда видов по всему миру.
«Проект с гекатовыми дельфинами и дельфинами Мауи стал примером для этих исследователей — он демонстрирует, что ценные генетические идеи возможны даже из неоптимальных образцов ДНК. Это означает, что наш конвейер потенциально может быть использован для создания высококачественных геномных ресурсов у других видов», — говорит он.