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.

Павел Добрынин. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS

Павел Добрынин. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS

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.

Пума и гепард. Источник: depositphotos.com

Пума и гепард. Источник: depositphotos.com

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.

Ягуарунди. Иллюстрация Гелии Судзиловской, сотрудницы Научно-образовательного центра геномного разнообразия ИТМО. Изображение предоставлено авторами исследования

Ягуарунди. Иллюстрация Гелии Судзиловской, сотрудницы Научно-образовательного центра геномного разнообразия ИТМО. Изображение предоставлено авторами исследования

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.

Слева: фрагменты скаффолдов из сборки генома ягуарунди, расположенные на хромосомах домашних кошек.
Справа: сборка генома ягуарунди. Источник: статья в журнале Journal of Heredity / academic.oup.com

Слева: фрагменты скаффолдов из сборки генома ягуарунди, расположенные на хромосомах домашних кошек.
Справа: сборка генома ягуарунди. Источник: статья в журнале Journal of Heredity / academic.oup.com

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.

Перейти к содержанию