Naukowcy z Texas A&M School of Veterinary Medicine & Biomedical Sciences (VMBS) opublikowali plan działania, który ma pomóc światowemu przemysłowi rybnemu stać się bardziej zrównoważonym. W pięcioetapowym planie opisano, w jaki sposób przemysł rybny może wykorzystać genomikę populacji – porównania DNA gatunku na dużą skalę – aby zapobiec przełowieniu.

Plan działania, opublikowany niedawno w Annual Review of Animal Biosciences, można również wykorzystać do monitorowania różnorodności genetycznej dowolnego gatunku – nie tylko ryb.

„Rybołówstwo jest bardzo ważnym elementem naszego bezpieczeństwa żywnościowego” – powiedział dr Leif Andersson, profesor na Wydziale Weterynaryjnych Integracyjnych Nauk Biologicznych VMBS. „Morski łańcuch pokarmowy jest również bardzo wzajemnie powiązany, więc mała liczba jednego rodzaju ryb może być szkodliwa dla wielu innych gatunków.

„Niestety, ponad jedna trzecia światowej populacji ryb zmniejsza się z powodu takich czynników, jak przełowienie i globalne ocieplenie” – stwierdził. „Nasz plan działania może pomóc branży rybackiej uważniej obserwować populacje ryb, dzięki czemu będziemy wiedzieć, kiedy zakończyć ich połowy, a także kiedy mogą potrzebować pomocy w zakresie ochrony ryb, aby przywrócić ich liczebność”.

Wykorzystanie genomiki populacji umożliwi przemysłowi rybołówstwa poznanie dokładnych szczegółów odławianych ryb, w tym miejsca ich tarła i miejsc przemieszczania się populacji w różnych porach roku.

„Różne populacje tej samej ryby mogą znacząco się od siebie różnić — na przykład nawet w przypadku tak licznie występujących gatunków, jak śledź atlantycki, mamy wiele subpopulacji” – stwierdził Andersson. „Jeden rodzaj śledzia może być przystosowany do życia w cieplejszych wodach, a inny w niższych temperaturach. Jeśli wyczerpiesz jedną populację, ta konkretna odmiana może nie powrócić, co może mieć konsekwencje dla ludzi, innych zwierząt i środowiska”.

Jednak techniki opisane w planie działania nie są specyficzne dla ryb — mogą je stosować wszyscy naukowcy chcący monitorować różnorodność genetyczną.

„Jeśli zarządzasz obszarem, na którym występuje wiele populacji wilków – lub nawet lokalnych pszczół – i chcesz wiedzieć, ile jest ich rodzajów, możesz skorzystać z tego samego planu działania” – powiedział Andersson. „Przydaje się każdemu.”

Wykorzystanie genomiki populacji w praktyce

Zgodnie z nowym planem monitorowanie stada ryb rozpoczyna się od sekwencjonowania genomu danego gatunku. Jest to proces, który pozwala naukowcom dokładnie poznać działanie każdej sekcji DNA organizmu.

„Pierwszym krokiem jest stworzenie genomu referencyjnego, który możliwie najdokładniej ukazuje funkcję każdego genu na każdym chromosomie” – powiedział Andersson. „Geny są istotne, ponieważ determinują wszystko, od cech fizycznych – takich jak kolor łuski – po złożone systemy – takie jak układ odpornościowy.

„Mamy szczęście, że żyjemy w czasach, które nazywam „złotym wiekiem” badań genetycznych, ponieważ dzięki technologii wyniki są pełniejsze, a sam proces tańszy – powiedział. „Przez długi czas trudno było uzyskać kompletne genomy referencyjne, ponieważ istnieją bardzo długie, powtarzające się sekcje DNA. Jednak teraz możemy czytać te długie sekcje, korzystając z lepszych technologii sekwencjonowania i bioinformatyki”.

Kiedy naukowcy zajmujący się populacją będą mieli już genom referencyjny gatunku, który chcą monitorować, będą musieli znaleźć sposób na odróżnienie populacji regionalnych.

„Krok drugi polega na ustaleniu, gdzie ryby składają tarło; musisz wiedzieć, gdzie rozmnaża się populacja, którą chcesz monitorować” – powiedział Andersson. „Kiedy już to wiesz, musisz pobrać próbki ryb w miejscu tarła i zsekwencjonować ich DNA. Następnie można porównać DNA populacji z genomem referencyjnym i zobaczyć różnice”.

Krok trzeci polega na pomiarze częstotliwości zmienności genetycznej w populacji.

„Musisz wiedzieć, jak różne są populacje tej samej ryby” – powiedział Andersson. „Na przykład, jeśli pobierzesz 100 próbek DNA od węgorzy w Anglii i taką samą ilość z rzeki Nil w Egipcie, zobaczysz, że nie ma znaczącej różnicy genetycznej. Dzieje się tak dlatego, że wszystkie węgorze należą do tej samej populacji — mają ten sam obszar tarła w Morzu Sargassowym.

„Ale śledzie są inne” – powiedział. „Jeśli pobierzesz próbki śledzia z różnych regionów Oceanu Atlantyckiego, znajdziesz w genomie setki miejsc, w których występują różnice. Każda populacja śledzia dostosowała się do swojego położenia geograficznego i będzie potrzebować innego planu zarządzania”.

Według Anderssona dwa ostatnie etapy polegają na wykorzystaniu informacji z poprzednich etapów w celu dokładnego określenia liczby różnych populacji danego gatunku.

„Możesz nawet bardziej skoncentrować swoją analizę i użyć określonych markerów genetycznych, aby określić, gdzie znajdują się poszczególne stada w każdym momencie roku” – powiedział. „To jak posiadanie genetycznego odcisku palca, który pozwala stworzyć plan zarządzania specyficzny dla każdego stada”.

Wkraczanie w przyszłość zarządzania populacją

Władze ds. rybołówstwa w Europie zaczęły już wykorzystywać plan działania w zakresie zarządzania opracowany przez Anderssona i jego współpracowników badawczych do monitorowania kluczowych populacji ryb, które są ważne zarówno dla gospodarki, jak i lokalnej różnorodności biologicznej.

Chociaż Andersson i jego zespół nie będą gromadzić danych na temat populacji w jednej bazie danych, ma on nadzieję, że więcej osób w światowym sektorze rybołówstwa, od przedsiębiorstw rybackich po rządowe władze ds. rybołówstwa, również zacznie korzystać z planu działania, aby stały się one najlepszymi praktykami dla całą branżę.

„Ten rodzaj analizy byłby cenny na całym świecie” – stwierdził. „Ryby są ważne dla ekosystemów morskich naszej planety, a także są zdrowym źródłem białka dla ludzi. Jednak wiele populacji ryb zależy od czynników regionalnych i sezonowych, które do niedawna nie były dobrze poznane. Mamy nadzieję, że genomika populacji może stać się potężnym narzędziem do oceny i utrzymania różnorodności biologicznej nie tylko ryb, ale wielu gatunków”.