Sekvenování DNA a jeho význam pro environmentální monitoring

Rozmach technologií umožňuje zavádění genomiky - čili studia téměř veškeré genetické informace jedinců - do ochrany přírody.

Genomické metody se rychle rozvíjejí v základním výzkumu, výzva však spočívá v přenosu do praktické ochrany přírody.

Přístupy ochranářské genetiky

Hlavním cílem a tradičním přístupem ochranářské genetiky je zachování co nejvyšší genetické rozmanitosti druhu, odrážející vysoké či stabilní hodnoty velikosti populací.

Vysoká genetická rozmanitost teoreticky zvyšuje šanci druhu adaptovat se na nové podmínky.

Navíc snižuje možnost, že se v populaci prosadí škodlivé mutace.

Čtěte také: Ekologický význam srnce

Jsou však známy i případy, kdy nízká genetická diverzita v málopočetné populaci umožní odstranit škodlivé alely (formy genů), které by se ve velké populaci dlouhodobě udržovaly.

Dalším přístupem ochranářské genetiky je ochrana lokálních populací, kde selekce určité skupiny genů umožnila adaptaci na místní podmínky prostředí.

Do těchto populací není vhodné zanášet varianty genů odjinud, k čemuž by mohlo dojít při neřízených repatriacích.

Ochrana přírody využívá genetické metody při plánování péče o ohrožené obratlovce, méně často pro rostliny a jejich uplatnění pro bezobratlé je spíše výjimkou.

Při ochraně obratlovců se uplatňují odhady efektivních velikostí populací, jejich změny v minulosti, odvození původu jedinců a historie populací např. pro plánované záchranné chovy nebo repatriace.

Čtěte také: Proč je ekologická výchova důležitá

Oproti obratlovcům bývají populace hmyzu početnější a běžně mají mnohem vyšší genetickou variabilitu, která je po nějaký čas zachována i u fragmentovaných populací.

Naopak druhy s malou schopností šířit se na nová místa mohou mít sice početné populace, ale zcela izolované od ostatních a mohou být geneticky unikátní.

Pokles efektivní velikosti populace tedy nemusí u hmyzu naznačovat její kolaps.

Záleží na historické populační struktuře druhu, na jeho mobilitě a ekologii.

Výskyt hmyzu je často těsně vázaný na specifické biotopy, které se navíc mohou lišit mezi vývojovými stádii.

Čtěte také: Klíčová role bakterií v přírodě

Populace hmyzu jsou vystaveny většímu riziku vymření v důsledku jiných faktorů.

Monitoring genetické diverzity má být součástí záchranných programů a plánů péče o druhy.

Ochranářská opatření se provádějí odborně a s využitím genetické informace, pokud jsou k dispozici, ale jejich účinnost na genetickou strukturu nebývá následně vyhodnocována.

Nemáme tak dostatek informací o tom, jak se populace po opatření vyvíjejí.

Jednou z mála výjimek je repatriace populace hnědáska chrastavcového (Euphydryas aurinia) ve Velké Británii.

Průběžné genetické monitorování v ochraně hmyzu v podstatě chybí, a to v celoevropském měřítku.

Genetika a genomika

Klasické genetické přístupy jsou nyní už relativně levné, ale poskytují pouze malou část genetické informace.

To může vést ke zkresleným závěrům např. pro odhady efektivní velikosti populace.

Klasické sekvenování mitochondriální DNA či několika málo jaderných genů bude i nadále sloužit např. pro rychlé určení druhů, pilotní studie či při zpracování množství vzorků z různých částí areálu.

Výhodou je, že pro většinu druhů existují databáze těchto genů.

Tyto geny se v průběhu evoluce mění jen pomalu.

Proto nejsou užitečné pro sledování genetických změn v malých prostorových a časových měřítkách, např. toku genů v rámci metapopulace nebo adaptace na změny klimatu.

Současné změny genetické diverzity lze sledovat pomocí mikrosatelitů, krátkých opakujících se úseků DNA.

Mikrosatelity lze získat také z muzejního materiálu.

Genomika naopak využívá sekvenování nové generace umožňující přečíst stovky až tisíce částí genomu.

Pomocí genomiky nyní můžeme řešit různé otázky, které zajímají praktickou ochranu přírody.

V současné době probíhají v Evropě první případové studie, které genomiku zavádějí do praxe ochrany druhů.

Tomu také donedávna bránila vysoká cena sekvenování nové generace a také nedostatek referenčních a anotovaných genomů.

Cena sekvenování se odvíjí podle velikosti genomu a použité metody a pohybuje se v rozmezí několik set až pár tisíc Kč za jedince.

Ceny však průběžně klesají a předpokládá se, že budou klesat i nadále.

Pro porovnání, osekvenovat klasickým způsobem jeden krátký úsek DNA stojí kolem 100 Kč.

Vliv člověka na strukturu populací

Genomický výzkum lze využít ke studiu struktury populací, a to i na detailní krajinné škále.

Tyto analýzy umožňují získat informace o tom, jak si jsou populace navzájem příbuzné, jak jsou početné, zda a jak moc se míchají, nebo je možné identifikovat bariéry omezující výměnu jedinců mezi nimi.

Významnou výhodu genomiky představuje možnost využití muzejních exemplářů při zjišťování genetické diverzity v minulosti.

Klasická sekvenace u muzejních vzorků často selhává, protože DNA v nich bývá rozlámána na kratší úseky.

Genomika pak například umožňuje porovnat změny v genetické diverzitě a izolovanosti mezi historickými a současnými populacemi.

Ve Finsku zkoumali, jak se fragmentace populací za posledních 80 let odrazila v genetické diverzitě hnědáska kostkovaného (Melitaea cinxia).

Zaznamenali, že změny v zastoupení alel souvisejících s letovými schopnostmi ve vyhynulých populacích odpovídaly těm u populací mizejících z krajiny.

Ve fragmentovaných populacích docházelo k selekci genů, které podporují vyšší letové schopnosti.

Změny ve velikosti populací v minulosti lze také odvozovat z genomů současných vzorků.

To nám umožňuje např. srovnání vlivů historických klimatických nebo antropogenních změn na vývoj populace.

Velikost populace okáče hnědého (Coenonympha hero) ve francouzském pohoří Jura se snížila v průběhu dob ledových.

K dalším poklesům došlo po osídlení pohoří lidmi, které vedlo ke změnám biotopů, a nyní v důsledku probíhajících klimatických změn.

Ačkoliv zbývající populace okáče stále představují velkou metapopulaci s genovým tokem, může snadno dojít k jeho přerušení kvůli vysychání biotopů.

Na základě této studie ochranáři začali s obnovou mokřadů v blízkosti současných lokalit, aby zmírnili vliv vysychání krajiny.

Dále genomika umožňuje hledání bariér v krajině, které mohou vést k fragmentaci populací.

tags: #sekvenování #DNA #význam #environmentální #monitoring

Oblíbené příspěvky:

• Jak na dezinfekci vody
• Více o olivínu
• Odpad z nikotinových sáčků a e-cigaret v ČR
• Firmy specializované na nebezpečný odpad
• Normy kvality ovzduší