Transcript Genetske analize sulca

Genetske analize sulca
Aleš Snoj
Vsebina predavanja
1. del
• Vloga genetike pri varstvu rib na splošno
• Možne aplikacije genetike pri ohranjanju sulca v Sloveniji
2. del
• Genetika sulca
(rezultati dveh publikacij)
UNIVERZA V LJUBLJANI
UNIVERSITY OF LJUBLJANA
Biotehniška fakulteta
Biotechnical Faculty
ODDELEK ZA ZOOTEHNIKO
DEPARTMENT OF ANIMAL SCIENCE
BALKAN TROUT RESTORATION GROUP
www.balkan-trout.com
Neformalna mednarodna skupina
•
•
•
Znanstvene inštitucije
Ribiške družine, društva
Zainteresirani posamezniki
Varstvena genetika ogroženih
endemnih vrst rib na območju JZ
Balkana
• Soška postrv
• Soški lipan
• Glavatica
• Mehkoustna postrv
• Ohridska postrv
(preliminarno tudi sulec)
Varstvena genetika
Interdisciplinarna znanost, ki z uporabo genetskih metod poskuša ščititi in ohranjati
ogrožene vrste.
 Populacijska genetika
 Molekularna biologija
 Molekularna ekologija
 Evolucijska biologija
 Sistematika
 Statistika
Foto: A. Hodalič
Foto: A. Hodalič
Genetska pestrost je osnovno merilo uspešnosti neke vrste.
Genetski markerji
Polimorfni odseki na genomu, na osnovi katerih je mogoče razlikovati vrste,
populacije ali posamezne osebke.
Nekatere prednost molekularnih markerjev pred morfološkim markerji:
• Neinvazivno vzorčenje
• Večja številčnost
• Precizna kvantifikacija in zato lažje statistično vrednotenje
• Lahko se odbere take odseke v genomu, ki niso pod vplivom okolja
(t.i. nevtralni markerji)
Konrad Gesner (1560)
Nomenclator aquatilium
Uporaba genetskih markerjev v varstveni genetiki
Genetski markerji omogočajo vpogled v marsikatero lastnost populacije ali vrste, ki je z
drugimi pristopi ni mogoče odkriti:
• Ugotavljanje sorodstvenih odnosov med populacijami ali vrstami (soški lipan je
samostojna vrsta)
• Ugotavljanje genetske strukture v populaciji:
 Ali gre za naravno obnavljajočo ali ribogojniško populacijo (divje populacije šarenke)
 Ali gre za genetsko čisto ali za hibridno populacijo
 Sledenje migracij
• Ocenjevanje genetske pestrosti vrste ali populacije
• Določanje evolucijsko pomembnih enot in enot upravljanja (severne in južne
populacije soške postrvi ).
Genetika sulca
Krovna vrsta – genetika izjemno slabo preučena
Dve mednarodni znanstveni publikaciji:
WEISS S, MARIĆ S, SNOJ A.:
Regional structure despite limited mtDNA sequence diversity found in the endangered
Huchen, Hucho hucho (Linneaus, 1758). Hydrobiologia, 2011, 658, 1, 103-110.
GEIST J, KOLASHA M, GUM B, KUEHN R.:
The importance of genetic cluster recognition for the conservation of migratory fish
species: the example of the endangered European huchen Hucho hucho (L.). Journal of
Fish Biology, 2009, 75, 1063-78.
Namen: Genetska karakterizacija sulca na njegovem širšem arealu
- Ocena genetskega polimorfizma vrste
- Kako je genetski polimorfizem geografsko porazdeljen (filogeografska analiza)
(Genetska analiza slov. populacij sulca ni bila predmet te raziskave)
Genetski markerji:
- mitohondrijska DNA (kontrolna regija, NADH)
- mikrosatelitna DNA
Analiza mtDNA
Lokacija vzorčenja
Št. vzorcev
Haplotipi mtDNA (kontrolna regija in gen za NADH)
Hap 1
Hap 2
1
Hap 3
Hap 4
Avstrija
Drava
Gail
Mura
6
5
4
4
5
3
Krka
Sava
Sora
5
2
2
2
2
Drina
Vrbas
7
2
7
2
Plavsko j.
2
2
Vah
4
4
Tisa
3
3
1
1
Slovenija
5
BiH
Črna Gora
Slovaška
Ukraina
•
Izjemno nizka genetska pestrost - vsaj 5x nižja kot pri postrvi; 1) počasnejši metabolizem,
2) učinek ustanovitelja, 3) nizka efektivna velikost populacije
•
Celoten genetski polimorfizem omejen na Avstijo in Slovenijo
•
Nakazana genetska strukturiranost v Sloveniji - poseben haplotip v Krki
Analiza mikrosatelitne DNA
Razdelitev glede na populacije:
SEVERNA
SKUPINA
JUŽNA
SKUPINA
• Dve veliki geografsko vezani genetsko
homogeni skupini: severna in južna
• Slovenija: potrjen poseben
položaj sulca v Krki
Razdelitev glede na posamezne osebke:
JUŽNA
• Splošna topologija
drevesa ostaja
nespremenjena:
 južna skupina
 severna skupina
• Oddvojen položaj vzorcev
iz Krke
SEVERNA
• Vzorec iz Drine v
„slovenskem clustru“
• (možnost poribljanja)
Material in metode:
•
Osem divjih populacij iz Nemčije in severne Avstrije
•
Štiri ribogojniške populacije
•
Analiza mikrosatelitne DNA
Ugotovitve:
•
Ugotovili so genetske razlike med ribogojniškimi in divjimi populacijami sulca.
•
V okviru divjih populacij so odkrili izrazito genetsko strukturiranost: osem genetsko
homogenih skupin.
Povzetek
Genetska raznolikost sulca na ravni mtDNA je v primerjavi z drugimi predstavniki
salmonidov, kot sta postrv in lipan, bistveno manjša.
- počasnejši metabolizem
- učinek ustanovitelja
- nizka efektivna velikost populacije
Obstoj dveh velikih geografskih skupin, ki se genetsko jasno ločita.
- severna (vzorci iz Avstrije in Slovenije)
- južna (vzorci iz BiH, Srbije, Črne Gore, Slovaške in Ukraine)
Analize mikrosatelitne DNA (vzorci iz Krke) nakazujejo, da v Sloveniji verjetno ne gre za
genetsko enotno populacijo sulca, ampak da najbrž obstajajo geografsko vezane
populacije, ki se med seboj genetsko razlikujejo.
To predpostavko posredno podpirajo rezultati Geista in sodelavcev.
Če je temu tako, je potrebno genetsko enotne populacije zaščititi, ker predstavljajo vitalno
pomemben vir genetskega polimorfizma za to vrsto.
Zaključki
Očitno je, da genetska struktura sulca v Sloveniji ni dovolj razjasnjena.
Ob nepoznavanju genetske strukture so lahko ukrepi upravljanja neučinkoviti ali celo
tako škodljivi, da ogrožajo obstoj vrste (e.g., avtohtona potočna postrv).
Na osnovi obsežne genetske analize sulca v Sloveniji bi lahko določili:
• njegove evolucijsko pomembne enote
• enote upravljanja
Populacijsko genetska analiza bi omogočala ugotoviti:
• katere populacije sulca so sposobne samoobnavljanja
• obstoj katerih temelji na vlaganju ribogojniško vzrejenih rib
Verjamemo, da je genetska analiza sulca v Sloveniji nujno potrebna.
Le na tak bo mogoče določiti najprimernejše smernice za zaščito in ohranitev
te vrste.
Mitohondrijska in mikrosatelitna DNA
(dva ločena genetska sistema v isti celici)
Mitohondrijska DNA
MIKROSATELIT
OBIČAJNA DNA
CA 3x
CA 5x
Mikrosatelitna DNA
•
•
Nahaja se v mitohondriju
(prisotna v jajčecu, v spermijih je ni)
Dedovanje po ženski liniji
– Filogenetske analize
– Filogeografske študije
– Neprimerna za hibridizacijske študije
•
Nahaja se v jedrni DNA ( celično jedro)
•
Ponavljajoči nukleotidni motivi
•
Število motivov se razlikuje med aleli
•
Dedovanje po obeh starših
–
–
–
Razlikovanje med populacijami
Razlikovanje med posameznimi osebki
Določanje genetskih deležev pri križancih