Aleš Snoj

Genetske analize sulca

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 Biotehniška fakulteta ODDELEK ZA ZOOTEHNIKO UNIVERSITY OF LJUBLJANA Biotechnical Faculty DEPARTMENT OF ANIMAL SCIENCE

BALKAN TROUT RESTORATION GROUPwww.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)

Interdisciplinarna znanost, ki z uporabo genetskih metod poskuša ščititi in ohranjati ogrožene vrste.

Varstvena genetika

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

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 ).

Uporaba genetskih markerjev v varstveni genetiki

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

Lokacija vzorčenja Št. vzorcev Haplotipi mtDNA (kontrolna regija in gen za NADH)

Hap 1 Hap 2 Hap 3 Hap 4Avstrija

Drava 6 4 1 1Gail 5 5

Mura 4 3 1 Slovenija

Krka 5 5 Sava 2 2 Sora 2 2

BiH Drina 7 7 Vrbas 2 2

Črna Gora Plavsko j. 2 2

Slovaška Vah 4 4

Ukraina Tisa 3 3

•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 mtDNA

Analiza mikrosatelitne DNA

Razdelitev glede na populacije:

• Dve veliki geografsko vezani genetsko homogeni skupini: severna in južna

• Slovenija: potrjen poseben položaj sulca v Krki

JUŽNASKUPINA

SEVERNASKUPINA

Razdelitev glede na posamezne osebke:

JUŽNA

SEVERNA

• Splošna topologija drevesa ostaja nespremenjena:

južna skupina severna skupina

• Oddvojen položaj vzorcev iz Krke

• 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

• 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

Mikrosatelitna DNA

MIKROSATELIT

CA 3x

CA 5x

OBIČAJNA DNA