Ученые из ИТМО впервые в мире расшифровали геном ягуарунди

Статья об исследовании опубликована в Journal of Heredity — рецензируемом научном журнале, выпускаемом издательством Оксфордского университета. В интервью ITMO.NEWS один из авторов исследования, сотрудник Научно-образовательного центра геномного разнообразия Павел Добрынин рассказал, чем занимается геномика животных, как с ее помощью можно сохранить редкие виды и как расшифровка генома поможет в дальнейших исследованиях пум и гепардов.

— Чем занимается геномика животных?

― Исследование генома позволяет получить информацию как непосредственно о самом организме и его геноме, так и о популяции в целом. По сути геном — это как база данных, инструмент, с помощью которого можно узнать больше о том или ином виде.

Одна из важнейших задач геномики (а точнее, раздела conservation genomics) животных — предотвратить вымирание определенных видов. Как это можно сделать? Например, оценивая риски и демографическую историю популяции и используя генетическое разнообразие как один из инструментов.

Допустим, есть газели, которых осталось не так много в дикой природе, но при этом они содержатся на ранчо, в зоопарках и других местах — они сохранили большой потенциал генетического разнообразия. Поэтому даже если в дикой природе их осталось немного, мы можем постепенно возвращать газелей туда и помогать им адаптироваться, при том условии, что дико живущие животные не имеют большого количества отличий от тех, что содержатся в неволе.

В случае, если особей остается мало и увеличивается количество близкородственных скрещиваний, то происходит потеря генетического разнообразия, а вместе с ним зачастую снижается и способность к выживанию. Единственный способ это изменить в рамках естественных природных механизмов — помочь увеличить количество особей путем размножения. В ходе роста числа поколений будет расти и генетическое разнообразие.

Геном как раз помогает отследить многие изменения, в том числе потенциально вредоносные. Имея расшифрованный геном, мы можем пытаться контролировать некоторые риски ― как для диких животных, так и для содержащихся в неволе.

Допустим, если в дикой природе животное заболело и умерло из-за уязвимости к каким-то патогенам — это грустно, но для популяции его смерть большого урона не нанесет. А если то же самое случится в зоопарке, где животные живут скученно, оно может заразить остальных. Информация из генома может указать на скомпрометированную имунную систему.

— А как данные о геноме используются при разведении домашних животных?

― Для сельского хозяйства появление геномных методов было большим бонусом. В России этим пока мало кто занимается. Традиционно люди стали выводить домашних животных, ничего не зная о геномике и генетике, а имея лишь некоторые наблюдения о том, что, если мы разводим тех животных, которые обладают определенными свойствами, их потомство в дальнейшем эти свойства наследует.

Со временем у домашних животных растет продуктивность — то, сколько корова давала молока раньше, уже не сопоставимо с тем, сколько она дает его сейчас. Использование геномики позволяет развивать селекцию и сократить время на то, чтобы вывести породу с нужными нам свойствами. Используя генетику и геномную селекцию, мы можем сразу сказать, какой у коровы будет приблизительный уровень продуктивности молока относительно других особей в стаде, какие могут быть заболевания и так далее.

— Расскажите о вашей работе — расшифровке генома ягуарунди. Я так понимаю, это вид пумы?

― Да, они родственники: пума, гепард и ягуарунди. Ягуарунди выглядят иначе, нежели пумы или гепарды, они небольшого размера, имеют короткие лапы, вытянутое тело. Охотятся в основном днем, на мелкую добычу. Если самцы гепардов, например, не особо заботятся о потомстве, то у ягуарунди есть свои социальные структуры. Про этих животных мало известно, в России их мало кто изучает.

Мы уже расшифровали геном гепарда. Расшифрованный геном пумы тоже есть, а ягуарунди — следующие в этом семействе, они ближайшие родственники гепардов. Хотя, что касается сохранения, то ягуарунди не обладает каким-то важным статусом, в отличие от пумы или гепарда, не находится под угрозой вымирания.

Для нас он был интересен именно как некоторая сестринская группа, но при этом очень сильно отличающаяся. Потому что все три вида животных по-разному охотятся, по-разному живут, по-разному питаются, иначе выглядят.

Расшифровав геном, мы сможем узнать, какими характеристиками обладает животное, почему ведет себя определенным образом, почему так выглядит, какая у всего этого молекулярно-генетическая основа. Наша статья поможет заложить основу для дальнейших исследований ягуарунди, этими данными могут пользоваться другие ученые, изучающие этот вид.

— Где вы нашли геном ягуарунди?

― Ягуарунди не является редким и охраняемым видом, поэтому отыскать и переправить его геном проще, чем геномы охраняемых видов животных. Нам помогли коллеги из Новосибирского института, у них были образцы замороженных тканей. Затем образец секвенировали — расшифровали геном. ДНК этого образца преодолела длинный путь: из Новосибирска она отправилась в Балтимор, в Университет Джонса Хопкинса, где и были получены данные, уже оттуда они переслали их нам, а мы собрали геном.

— А как собирается геном?

― После расшифровки генома у нас есть сотни миллионов коротких кусочков, которые нужно сложить как пазл. Мы собираем разные геномные элементы, размечаем, оцениваем методы качества полученной сборки и генетическое разнообразие. Геном ягуарунди никто до нас не расшифровывал — это первый в мире.

Дальше планируется сравнительный анализ с гепардом и пумой. Идея в том, что хочется расширить наше понимание биологии этих видов, используя геномные сборки высокого качества.

— Что вы узнали из генома ягуарунди?

— Мы узнали его структуру и организацию с крайне высокой точностью, геномных сборок такого уровня для кошек ― и в целом для млекопитающих ― не так много. Как и ожидалось, организация генома крайне консервативная среди всех представителей кошачьих. Наша дальнейшая работа будет направлена на подробное изучение и описание имеющихся различий между другими представителями кошачьих. В первую очередь, мы проведем сравнение с африканским гепардом и пумой.

Геном выглядит вполне здоровым, присутствует достаточное генетическое разнообразие, нам не удалось обнаружить каких-либо потенциально вредных мутаций. После публикации генома он стал доступен для остальных исследователей по всему миру. Возможно, они найдут что-то еще, пока мы будем заниматься сравнительным анализом.

— Получается что-то вроде открытого кода для исследователей генома?

― Да, так и есть. Много расшифрованных геномных последовательностей находятся в открытом доступе. И каждый новый геном расширяет наши возможности для анализа как других геномов, так и самого вида. Чем больше данных у нас на руках, тем лучше и интереснее наши результаты в областях сравнительного анализа, филогенетики и эволюции.

Имея геном, мы можем создавать панели маркеров для исследований популяционной структуры, демографической истории и других работ в области популяционной генетики. Есть примеры, когда геномные данные помогают создавать инструменты для контроля за браконьерством. Я уверен, мы будем видеть все более и более творческие варианты применения этих данных.