Прогресс в генетическом секвенировании морских млекопитающих

Ответы на эволюционные и экологические загадки о видах морских млекопитающих стали ближе благодаря развитию методов генетического секвенирования для так называемых немодельных организмов.

Команда под руководством Кристины Каммен, научного сотрудника Национального научного фонда (NSF) и будущего доцента по науке о морских млекопитающих в Университете Мэна (с мая 2017 г.), опубликовала обзор в Journal of Heredity. Идея статьи родилась на двух международных семинарах во время конференций Общества по изучению морских млекопитающих в Новой Зеландии (2013) и Сан-Франциско (2015).

За последнее десятилетие технологический прогресс и снижение стоимости позволили эволюционным биологам и экологам применять к морским млекопитающим методы секвенирования, ранее доступные только для модельных организмов (человек, лабораторные крысы). К ним относятся полногеномное секвенирование и секвенирование ассоциированной с рестрикционными сайтами ДНК (RAD-seq).

В статье рассмотрены геномные исследования с 2002 года ключевых видов: обыкновенной афалины, косатки, антарктического морского котика и белого медведя. Прогресс шёл от секвенирования отдельных генов к полногеномному анализу и, на геномном уровне, от изучения отдельных особей к популяционным выборкам.

Каждый метод имеет уникальные преимущества для изучения факторов, влияющих на виды.

RAD-секвенирование даёт доступ к тысячам генетических маркеров для любого вида. Поскольку анализируется лишь часть генома, можно сравнивать образцы множества организмов. Метод использовали для изучения генетических паттернов у обыкновенных тюленей и моржей. Сама Каммен применяла его для исследования разной восприимчивости популяций афалин в Мексиканском заливе к цветению токсичных водорослей.

Полногеномное секвенирование позволяет глубже понять эволюционные силы, приведшие к обособлению морских млекопитающих от наземных родственников. На сегодня отсеквенированы геномы 12 видов, включая несколько китообразных (киты и дельфины) и ластоногих (тюлени, морские львы, моржи), а также американского ламантина и белого медведя. Анализ этих геномов раскрыл историю видов. Например, исследование генома китайского речного дельфина выявило сокращение популяции во время последнего дегляциации.

Отдельно отмечен прогресс благодаря повторному секвенированию геномов на популяционном уровне. Пока опубликовано лишь два таких исследования по морским млекопитающим:

1. Анализ геномов 79 особей белого медведя из трёх популяций.
2. Исследование 48 особей косатки пяти эволюционно расходящихся экотипов.

Эти работы раскрыли новые детали эволюционной истории: как расходились популяции и как естественный отбор привёл к различиям в экологических нишах. Подобные выводы, как и многие другие, приведённые в статье, были бы невозможны без использования современных технологий геномного секвенирования.