Zrównoważenie potrzeb milionów Kalifornijczyków w zakresie zaopatrzenia w wodę przy jednoczesnej ochronie środowiska nie jest łatwym zadaniem. Departament Zasobów Wodnych angażuje się w wykorzystywanie i rozwijanie najlepszych dostępnych osiągnięć naukowych w celu realizacji Państwowego Projektu Wodnego w celu dostarczania wody ludziom, którzy jej potrzebują, przy jednoczesnej ochronie rodzimych gatunków ryb.

Jednym z ważnych sposobów, w jaki DWR realizuje to zadanie, jest zaawansowane wykorzystanie genetyki do identyfikacji różnych stad łososia Chinook w celu monitorowania i ochrony wybiegów, które są wymienione jako zagrożone. Wiedza o tym, które wybiegi są obecne i gdzie się znajdują w systemie wodnym, ostatecznie pomaga odbudować populację łososia w Kalifornii. DWR opublikowało film pokazujący proces identyfikacji genetycznej w akcji.

DWR kieruje międzyagencyjnym wysiłkiem, w skład którego wchodzą Kalifornijski Departament Rybołówstwa i Dzikiej Przyrody (CDFW) oraz US Fish and Wildlife Service (USFWS), mające na celu obliczenie szacunkowej produkcji młodych osobników (JPE) dla łososia Chinook wypuszczanego na wiosnę, co pozwala oszacować wielkość łososia populacja wpływająca do Delty z dopływów znajdujących się w górnym biegu rzeki. Część wysiłków międzyagencyjnych oznacza, że ​​inne agencje wysyłają zebrane DNA młodych łososi do DWR. Program monitorowania genetycznego DWR wykorzystuje następnie zebrane DNA do określenia typu serii, co jest niezbędne do sporządzenia dokładnego oszacowania produkcji młodych osobników.

Istnieją cztery różne rodzaje łososia Chinook: wybieg wiosenny, wybieg jesienny, wybieg późną jesienią i wybieg zimowy. Łosoś Chinook z wiosennych hodowli jest wymieniony jako „zagrożony” na mocy stanowych i federalnych ustaw o gatunkach zagrożonych. Łosoś Chinook hodowany jesienią i późną jesienią to „gatunki budzące obawy” na szczeblu federalnym, natomiast hodowle zimowe są wymienione jako „zagrożone” na poziomie stanowym i federalnym.

„Wszystkie cztery typy przebiegów wyglądają dokładnie tak samo” – powiedziała Melinda Baerwald, kierownik programu ochrony środowiska DWR. „Ponieważ nie możemy ich rozróżnić na podstawie wyglądu, musimy zastosować inne metody, aby potwierdzić typ przebiegu”.

Pierwotnie, aby określić typ wybiegu, naukowcy pobierali z ryb trochę śluzu. Obecnie preferowaną metodą jest przycięcie niewielkiej części płetwy grzbietowej każdej ryby, ponieważ zapewnia ona więcej DNA.

Ten rodzaj testów DNA wykorzystuje specyficzną technologię zwaną „SHERLOCK”, która oznacza odblokowanie specyficznego enzymatycznego reportera o wysokiej czułości. SHERLOCK został pierwotnie opracowany do diagnostyki wirusów, podobnie jak testy wykrywające Covid-19 u ludzi, ale niedawno został zastosowany w biologii konserwatorskiej. Oprócz identyfikacji wiosennego Chinooka, DWR opracowało lub rozwija testy SHERLOCK dla trzech gatunków stynki w Delcie: stynka Delta, stynka długopłetwa, Wakasagi; oraz trzy gatunki inwazyjne: nutrie, małże zebry i małże kwaggi. Opracowywanie konkretnych testów odbywa się we współpracy z UC Davis.

SHERLOCK wykorzystuje inny zabawny akronim „CRISPR”, który oznacza Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Powtórzenia. Ponieważ łosoś wypuszczany wiosną ma inne DNA niż inne wybiegi, naukowcy z DWR używają enzymu CRISPR do wyraźnego wykrywania DNA łososia wypuszczanego wiosną, zimą i jesienią.

„Śluz lub klips płetwy zawiera trochę DNA. Zatem wkładamy go do probówki, umieszczamy w innej probówce, pozostawiamy do ostygnięcia, a jeśli zostanie wykryte specyficzne DNA dla określonego typu analizy, zaświeci. Będzie fluorescencja” – powiedział Sean Canfield, starszy specjalista ds. ochrony środowiska w DWR.

SHERLOCK ma przewagę nad niektórymi wcześniejszymi testami genetycznymi, ponieważ jest niezwykle szybki. Wyniki typu przebiegu mogą być gotowe w ciągu jednej lub dwóch godzin. SHERLOCK jest również bardzo wrażliwy i potrzebuje tylko niewielkiej ilości DNA, aby wykryć gatunek. Naukowiec zajmujący się ochroną środowiska w DWR, Sarah Stinson, wyjaśniła, że ​​technologia ta ma inne zalety, takie jak opłacalność i potencjał mobilności.

„Możesz używać SHERLOKA w terenie, o ile masz dostęp do lodu i źródła zasilania.” – stwierdził Stinson. „Naszym długoterminowym celem jest wykorzystanie go w terenie, ale naszą obecną metodą jest przetwarzanie próbek w naszym laboratorium genetycznym. Ekipy terenowe przynoszą nam jednocześnie tysiące próbek z pola, a następnie możemy je przetworzyć na raz”.

Ponieważ łosoś Chinook w Kalifornii występuje w szerokim zasięgu geograficznym, firma DWR musi być w stanie pobierać próbki tak wydajnie i efektywnie, jak to tylko możliwe.

„W tym celu wykorzystujemy naszych partnerów z różnych agencji stanowych i federalnych, abyśmy mogli jak najszybciej uzyskać próbki potrzebne do przeprowadzenia analiz genetycznych” – powiedział Baerwald.

Informacje zebrane z testów genetycznych pomogą menedżerom śledzić różne przebiegi łososi w całym zlewni. DWR pracuje nad tym, aby łososie pochodzące z rzeki Sacramento pozostały w rzece Sacramento, aby mogły migrować przez deltę do zatoki i oceanu, zanim ostatecznie powrócą do rzeki Sacramento na tarło. Ponieważ rzeka Sacramento łączy się z wieloma innymi źródłami wody, takimi jak bagna, kanały i rzeki, łosoś może zboczyć z kursu. Prawidłowa identyfikacja wybiegów pozwala DWR podejmować decyzje dotyczące sposobu ochrony ryb wymienionych jako zagrożone lub zagrożone, co przyczynia się do osiągnięcia długoterminowego celu projektu, jakim jest pomoc w odbudowie wszystkich populacji łososia.

Oprócz generowania szacunków dotyczących produkcji młodych osobników, SHERLOCK ma potencjał identyfikowania lęgów łososi w pobliżu infrastruktury, takiej jak przesiewacze dla ryb. Jednakże, ponieważ SHERLOCK jest nadal w fazie pilotażowej, DWR współpracuje z Laboratorium Genetycznym CDFW w celu sprawdzenia typu przebiegu przy użyciu dodatkowych podejść genetycznych.

Dodatkowo DWR współpracuje z Laboratorium Genetycznym Cramer Fish Sciences, które przeprowadza również testy genetyczne w celu określenia rodzaju wybiegu. W ten sposób sprawdza się, czy obie metody genetyczne dają takie same wyniki. Decyzje te mogą pomóc zarządcom gospodarki wodnej w ramach State Water Project, którzy dokonują dostosowań operacyjnych i dostarczają wodę 27 milionom Kalifornijczyków. Państwowe Przedsięwzięcie Wodne musi dostosować swoją działalność w przypadku wykrycia wymienionych gatunków w pobliżu przesiewaczy na obiektach. Szybkość SHERLOCKA mogłaby umożliwić szybkie określenie, czy woda z Państwowego Projektu Wodnego może być nadal pompowana i eksportowana, czy też konieczne będzie ograniczenie pompowania.

Odwiedź DWR Ochrona łososia kalifornijskiego StoryMap, aby zobaczyć więcej prac włożonych w pomoc łososiom w Kalifornii.