Genomics ng Conservation - pag-save ng mga genome, hindi mga indibidwal

Huwag lahi upang i-save ang mga species na! Sa halip, lahi upang mai-save ito genome.

Ni Dr Graham Etherington

Ang mga genomics ng pag-iingat ay nagbibigay sa mga mapanganib na species ng isang tumutulong sa kamay sa pagbawi ng kanilang mga numero pabalik sa isang napapanatiling laki. Si Dr Graham Etherington, Senior Computational Biologist sa Vertebrate & Health Genomics Group ay nagpapaliwanag kung paano namin ginagamit ang pinakabagong mga teknolohiya upang maibalik ang mga endangered species mula sa bingit.

Isang kawan ng Red-billed Quelea, ang mga mundo sa maraming mga species ng ibon. Credit: Shutterstock / EcoPrint

Ang mga malalaking populasyon ay karaniwang magkakaibang sa kanilang genetic makeup. Nangangahulugan ito na kung sapalarang pinili mo ang isang gene mula sa isang bilang ng iba't ibang mga indibidwal na magkatulad na species, makakahanap ka ng napaka banayad na pagkakaiba sa pagkakasunud-sunod ng DNA.

Ang pagkakaiba-iba na ito ay tinatawag nating 'genetic pagkakaiba-iba' at bawat pagkakaiba sa pagitan ng mga indibidwal ay kilala bilang isang 'allele'.

Kung ang isang populasyon ay may mataas na antas ng pagkakaiba-iba ng genetic, ang ilang mga indibidwal ay mas malamang na maaaring tumugon sa mga pagbabago sa kapaligiran. Ang partikular na pagkakaiba-iba (na maaaring neutral upang magsimula, ibig sabihin, walang pakinabang o kawalan), maaaring maging kapaki-pakinabang, na nagbibigay sa mga indibidwal na may partikular na alleles upang umangkop sa iba't ibang mga kapaligiran kaysa sa mga wala sila at samakatuwid, nagtataguyod ng pagtaas ng kaligtasan, at hindi maiiwasang mangyari , pag-aanak.

Ang pagkakaiba-iba na ito ay pagkatapos ay ipinasa sa kanilang mga anak, na nagpapalago ng tagumpay ng mga species.

Gayunpaman, ang mga maliliit na populasyon ay maaaring magdusa mula sa nabawasan na pagkakaiba-iba ng genetic sa pamamagitan ng pag-aalsa. Halimbawa, ang isang paghahambing ng iba't ibang mga posisyon kasama ang genome ng 25 Red-billed Queleas (Quelea quelea), ang karamihan sa ibon sa mundo, ay maaaring makahanap ng tatlo hanggang apat na magkakaibang mga haluang metal, samantalang ang magkatulad na mga posisyon sa genome ng lahat ng 25 natitirang Madagascar Pochards ( Ang Aythya innotata), ang pinakasikat na ibon sa buong mundo, ay malamang na makahanap lamang ng isa o dalawang mga haluang metal. Ang pattern na ito ng 'mababang allelic pagkakaiba-iba' ay maaaring masukat kasama ang genome sa pamamagitan ng pagkakasunud-sunod ng maraming mga indibidwal mula sa populasyon.

Ang Itim na paa Ferret isang beses ay may bilang lamang pitong mga indibidwal.

Ang mga genetika ay masuwerteng-isawsaw.

Sa isang hindi gaanong sitwasyon, isipin kung ang populasyon ng Red-billed Quelea, na nagtataglay ng mataas na antas ng pagkakaiba-iba ng genetic, biglang na-crash sa 100 indibidwal lamang - ang mataas na antas ng pagkakaiba-iba ng genetic na ito ay mawawala - kasama ang kakayahang tumugon sa mga pagbabago sa kapaligiran.

Sa genomics ng pag-iingat, pag-aralan natin ang pagkakaiba-iba ng genetic na ito sa lahat ng mga gen upang mas maintindihan ang kanilang mga implikasyon sa ekolohiya, kalusugan, at sakit. Ang random na pagkawala ng pagkakaiba-iba ng genetic sa pagbawas ng mga populasyon ay isang proseso na kilala bilang 'genetic drift' at mas kumplikado sa pamamagitan ng 'inbreeding depression', kung saan ang mga kaugnay na indibidwal ay nag-breed sa bawat isa na nagreresulta sa karagdagang pagkawala ng pagkakaiba-iba ng genetic.

Red-billed Quelea, malapit na. Credit: Shutterstock / Nick Biemans.

Hindi lahat ng mga gene ay pantay.

Ang isa sa mga unang problema na kinakaharap ng maliliit na populasyon ng mga endangered species ay ang sakit.

Halimbawa, ang Itim na paa na Ferret (Mustela nigripe), na ang laki ng populasyon kamakailan ay bumagsak hanggang sa mababang bilang pitong indibidwal lamang, ay madaling kapitan ng mga sakit na hindi kilala na nakakaapekto sa iba pang mga species ng ferret o polecat. Maaari itong maging sanhi ng inbreeding depression at genetic naaanod na may kasunod na pagkawala ng mga kapaki-pakinabang na alleles sa mga gen na responsable para sa labanan na sakit.

Sa mga genomics ng pag-iingat, ang pag-aaral ng mga gen na kasangkot sa immune response ay isa sa pinakamataas na priyoridad, dahil ang mga gen na ito ay karaniwang ilan sa una na nakakaapekto sa isang maliit na populasyon na nagdurusa mula sa pagkawala ng pagkakaiba-iba ng genetic.

Ang Itim na paa Ferret isang beses ay may bilang lamang pitong mga indibidwal. Credit: Graham Etherington.

Pagsagip ng genetic.

Kaya ano ang magagawa natin sa impormasyong nakuha mula sa isang diskarte sa Conservation Genomics? Ang 'Genetic Rescue' ay isang pamamaraan na naglalayong maingat na muling paggawa ng pagkakaiba-iba ng genetic sa mga endangered species. Ang isang klasikong halimbawa ay sa Florida Panther (Puma concolor).

Ang Florida Panther ay nabawasan sa isang laki ng populasyon na hindi hihigit sa 25 mga indibidwal, na may makabuluhang mga palatandaan ng pagsasama at nagreresulta sa pagkawala ng pagkakaiba-iba ng genetic.

Sa pag-iingat ng genomics, ang pag-aaral ng mga gen na kasangkot sa immune response ay isa sa pinakamataas na priyoridad ...

Ang pagpapakilala ng walong panthers mula sa Texas hanggang sa natural na Florida panther habitat na pinapayagan para sa isang pagtaas ng pagkakaiba-iba ng genetic sa populasyon, na pinahihintulutan ang mga species na malampasan ang mga epekto ng pag-aanak at paglalakbay sa laki ng populasyon.

Ang Florida Panther, isang kuwento ng tagumpay ng pag-iimbak ng genomics. Shutterstock / Jo Crebbin.

Isang problema sa populasyon.

Maaari ring magamit ang pagpapanatili ng genomics upang makilala ang pinakamahusay na populasyon na gagamitin para sa genetic rescue. Sa pamamagitan ng pag-uuri at pagsusuri sa mga genom ng isang potensyal na populasyon ng 'genetic donor', matutukoy namin ang mga rehiyon ng genome na naka-link sa pagbagay.

Pagkatapos ay maaari nating piliin kung aling mga indibidwal ang ipapakilala sa pamamagitan ng paghahambing ng mga genomant ng donor sa mga target na populasyon. Upang matukoy ang pinakamahusay na mga indibidwal na donor, maaari nating piliin ang mga genom na may pinakamataas na pagkakaiba-iba, o sa pamamagitan ng pagtukoy sa mga posisyon sa target na genom na responsable para sa inbreeding depression at pagkatapos ay ipakilala ang mga indibidwal na mayroong iba't ibang mga alleles sa mga posisyon.

Ang bagong teknolohiya ay nagdudulot ng mga bagong ideya at mga moral na dilemmas na madalas na kasama nila.

Ang iba pang mga pagsisikap ay maaaring tumingin tungo sa paggamit ng mga kamakailang pagsulong at mga pambihirang tagumpay sa mga pamamaraan ng pag-edit ng genome, tulad ng mga unang unggoy na ipinanganak na may pasadyang mga mutasyon.

Ang mga teknolohiyang ito ay maaaring magamit sa pag-iingat ng genomics sa pamamagitan ng maingat na gabay na pamamaraan na kinasasangkutan:

  • Ang mga specimen ng museo sa pagkakasunud-sunod mula sa isang panahon na kung saan ang isang kasalukuyang mga mapanganib na species ay hindi gaanong bihirang at may mataas na antas ng pagkakaiba-iba ng genetic
  • Ang pagkilala sa pagkakaiba-iba ng genetic na 'nawala' sa kasalukuyang populasyon
  • Gamit ang mga pamamaraan ng pag-edit ng genome upang maingat na muling likhain ang nawala na pagkakaiba-iba ng genetic na bumalik sa kasalukuyang, endangered na populasyon.

Mga tool sa pag-iimbak ng genomics.

Medyo mahal pa rin ito sa pagkakasunud-sunod ng mga genom, lalo na kung nais mong talagang mataas ang kalidad na data, at hindi palaging kayang gawin ng mga mananaliksik. Kaugnay nito, ang larangan ng pag-iingat ng genomics ay naghahanap ng mga kahalili upang idirekta ang pagkakasunud-sunod ng genome sa pamamagitan ng paglikha ng mga tool na mapagkukunan at mapagkukunan para magamit ng ibang mga mananaliksik.

Maaari kaming lumikha ng SNP genotyping chips na maaaring subukan para sa pagkakaroon o kawalan ng ilang genetic pagkakaiba-iba sa loob ng daan-daang o libu-libong mga indibidwal. Ang genomics ng pag-iingat ay maaari ding matukoy ang isang labis na nabawasan na subset ng mga gene upang magkakasunod, upang makilala ang pagkakaiba-iba ng genetic sa loob ng isang malaking bilang ng mga indibidwal, na nagpapabaya sa pangangailangan ng pagsunod-sunod ng buong genome.

Ang Tasmanian Devil (Sarcophilus harrisii) ay nasa banta din mula sa sakit. Shutterstock / Gapvoy.

Huwag nating kalimutan ...

Mabilis na gumagalaw ang teknolohiya at ang pangarap ngayon ay madalas na realidad bukas. Ang bagong teknolohiya ay nagdudulot ng mga bagong ideya at mga moral na dilemmas na madalas na kasama nila. Siyempre, gayunpaman ang advanced na teknolohiya ay, dapat nating tandaan na ang pag-iimbak ng tirahan at pamamahala ay dapat palaging manatiling isa sa aming pinakamahalagang prayoridad.

Ni Dr Graham Etherington

Orihinal na artikulo: Conservation Genomics - pag-save ng mga genom, hindi mga indibidwal