Генетическое спасение исчезающих видов может привести к риску распространения вредных мутаций

от

Устоявшаяся практика сохранения природы, заключающаяся в перемещении животных из больших генетически разнообразных популяций в малочисленные сообщества инбредных исчезающих видов, может привести к внедрению в группу, находящуюся под угрозой, более вредных, чем полезных, вариантов генов. Об этом говорится в новом исследовании.

Анализ геномов восточных подвязочных змей показал, что у более генетически разнообразных животных-доноров, отобранных в гипотетическом сценарии для присоединения к небольшой изолированной популяции, присутствовало больше вредных мутаций, чем адаптивных.

Поскольку перемещение доноров, известное как вспомогательный поток генов, имеет хороший опыт стабилизации популяций-реципиентов, исследователи говорят, что этот вывод указывает на то, что в усилиях по спасению должны играть роль не только чисто генетические факторы, помогающие видам выжить, но и характеристики окружающей среды, поддерживающие долгосрочное существование.

«У нас здесь есть своего рода парадокс. Генетический анализ говорит, что генетическое спасение, возможно, не так хорошо или, в лучшем случае, это палка о двух концах», — сказал Х. Лисл Гиббс, профессор эволюции, экологии и биологии организмов в Университете штата Огайо и старший автор исследования.

«Но когда вы смотрите на другие исследования активности вспомогательного потока генов для других редких организмов, обычно численность небольшой популяции растёт. Генетика предполагает, что, хотя спасение работает за счёт увеличения числа особей в первых нескольких поколениях за счёт снижения эффекта инбридинга, в долгосрочной перспективе это может быть рискованно. Поэтому мы должны более внимательно изучить другие факторы, особенно экологические, которые могут дать видам передышку для работы эволюционных факторов».

Исследование опубликовано недавно в журнале Molecular Ecology.

Десятилетия предыдущих исследований связывали отсутствие генетического разнообразия и связанные с этим ограничения на адаптацию у исчезающих видов с сокращением популяции и исчезновением растений, насекомых, птиц и млекопитающих.

В исследовании 2023 года, в котором было выявлено около 150 видов, считающихся хорошими кандидатами для вспомогательного потока генов, авторы ссылались на многочисленные исследования, демонстрирующие эффективность перемещения генетически разнообразных видов, и призывали к более широкому внедрению этой стратегии.

«Перемещение небольшого числа особей из большой популяции в маленькую традиционно оправдывается идеей, что из-за низкой численности небольшая популяция потеряла много хороших копий многих генов, которые привели к адаптации, — сказал Гиббс. — Кроме того, идея заключается в том, что вы можете пополнить их за счёт особей из более крупной популяции, которая более генетически разнообразна, и они приносят с собой хорошие копии этих генов».

«Суть этой статьи в том, чтобы показать нашу способность идентифицировать эти категории хороших и плохих копий для каждого гена и фактически спросить, достаточно ли генетически хороши эти гипотетические доноры для долгосрочного успеха?»

Гиббс и Матур первыми подвергли генетику этой практики проверке на уровне каждого гена.

«Перемещая особей из большой популяции в маленькую, вы приносите оба вида вариаций — не только хорошие, но и плохие, — сказал Гиббс. — Это первый раз, когда кто-то собрал всё воедино и спросил, насколько важна хорошая вариация и как её измерить по сравнению с бременем плохой вариации, которую она также приносит».

Анализ включал в себя изучение последовательностей всего генома 152 восточных подвязочных змей, изученных в 14 местах в Соединённых Штатах и Канаде. Сосредоточившись на обстоятельствах для этого вида в Огайо, исследователи сравнили возможные сценарии с участием двух популяций-доноров и трёх популяций-реципиентов, чтобы определить наилучшее соответствие донор-реципиент для вспомогательного потока генов.

Анализ включал изучение однонуклеотидных полиморфизмов (или SNPs, произносится как «снипы») в генах, которые несут инструкции для функциональных белков. Каждый ген содержит две копии (называемые аллелями), которые в некоторых случаях могут быть функционально различными, потому что несут мутацию или SNP. Эти мутации могут изменять функцию или экспрессию гена, и в этом исследовании сравнивались эти различия путём измерения количества вредных и адаптивных мутаций, переносимых разными популяциями.

В целом анализ показал минимальные различия между пригодностью двух популяций-доноров для переселения, но предположил, что все донорские группы окажут существенное влияние на функциональную генетическую вариативность в популяциях-реципиентах.

В одном примере сценария змеи-доноры способствовали увеличению на 34% положительных вариантов, на 36% — умеренно вредных мутаций и на 32% — наиболее серьёзных мутаций, вызывающих потерю функции гена.

«Цифры показывают, что вы получаете небольшой толчок в плане хороших мутаций и небольшой толчок в плане маскировки плохих мутаций, которые снижают эффект инбридинга, но затем вы также получаете целую кучу плохих мутаций, — сказал Гиббс. — Мы оцениваем хорошие и плохие мутации, используя чисто вычислительный подход для количественной оценки чистого эффекта, который заключается во внедрении множества небольших вредных мутаций».

Существует и другая точка зрения, когда речь заходит о вспомогательном потоке генов — что способность вида адаптироваться к своей местной среде является главным фактором, и, следовательно, гены посторонних могут нарушить эту адаптивность.

В этом исследовании только 7% выявленных адаптивных мутаций у змей-доноров были связаны с их адаптацией к другому региону Огайо.

«Итак, есть несколько, но не очень много плохо адаптированных генов, что говорит о том, что беспокойство по поводу локальной адаптации, вероятно, не является серьёзным риском, — сказал Гиббс. — Так что, возможно, экологические эффекты спасения в подавляющем большинстве случаев положительны, и увеличение численности может компенсировать любой риск долгосрочных негативных генетических эффектов».

Статистические методы, разработанные Матуром и Гиббсом для этого исследования, могут быть использованы для любой предложенной стратегии вспомогательного потока генов, для которой доступны последовательности генома.

«Это касается не только змей. Это касается больших и малых популяций, и поэтому мы думаем, что результат является общим, — сказал Гиббс. — Наш ключевой вклад — это фактическое измерение риска, связанного с генетическим спасением в реальной ситуации. Будет интересно использовать наши статистические методы, чтобы увидеть, сохраняется ли риск потенциального увеличения мутационной нагрузки для восточных подвязочных змей для других исчезающих видов».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте