Биологи «сломали» ДНК-штрихкодирование криптическими клещами

Ученые из ТюмГУ, Университета Мичигана и Зоологического института РАН провели исследование, в котором проверили точность метода баркодирования ДНК. Для этого они взяли два вида клещей: Caparinia, паразитов ежей, и Dermatophagoides farinae, самый распространенный вид клеща, который живет в домашней пыли и вызывает аллергию. Зачастую чтобы понять, к одному или разным видам относятся разные популяции какого-нибудь животного, недостаточно просто внимательно их рассмотреть и найти различия во внешности. Иногда практически неразличимые внешне животные относятся к разным видам и даже не могут скрещиваться друг с другом – это так называемыекриптические (скрытые) виды. Тогда для их различения приходится прибегать к молекулярной биологии и популяционной генетике. Методбаркодирования ДНК(от англ.barcode, т.е. штрих-код) – это широко распространенный сейчас метод, который позволяет разделить виды или, напротив, понять, что они не отличаются (т.е. различные популяции принадлежат к одному виду). Он основан на том факте, что митохондриальные гены мутируют быстрее ядерных. Ученые расшифровывают участок митохондриального генаcox1, который есть у всех эукариот, и сравнивают результаты расшифровки с данными тех животных, видовая принадлежность которых не вызывает сомнений. Если последовательности этого гена различаются достаточно сильно, значит, его носители уже разошлись в процессе эволюции, и их относят к разным видам. Также, чтобы показать наличие разных видов, необходимо найти так называемый «баркодинговый зазор» (barkoding gap) – промежуток между степенью внутри- и межвидовой генетической изменчивости, который свидетельствует об отсутствии потока генов между популяциями. У метода есть слабые стороны. Например, он не очень хорош для видов с большой численностью популяции. «[Метод баркодирования]не справляется с моделированием генетической изменчивости, присутствующей в большой популяции. Таким образом, наиболее многочисленные и обычные виды могут быть неправильно разграничены методом молекулярного баркодирования, который является самым распространенным методом в настоящее время», – отметил в разговоре с «Чердаком» автор исследования, ведущий научный сотрудник Института экологической и сельскохозяйственной биологии ТюмГУ Павел Климов. Ученыепроверили, сможет ли метод различить разные виды родаCaparinia (небольшой размер популяции)и, наоборот, не разделит ли он на разные видыDermatophagoides farinae(космополитический вид с огромным размером популяции). То же самое испытание прошли другие методы – алгоритмы, основанные на мультивидовых коалесцентных моделях. Коалесцентные методы основаны на анализе не одного, а множества генов, причем они также используют гены, находящиеся в ядерной ДНК, и при этом учитывают размер популяции. С помощью коалесцентных методов можно построить древо (генеалогию) генов и не только разделить виды, но и примерно сказать, когда они разошлись. Этот метод основан на предположенияхнейтральной эволюции – теории, которая гласит, что большую часть генетической изменчивости составляют нейтральные, т.е. никак не влияющие на эффективность адаптации мутации, а не обязательно являющиеся генетическими следами адаптации вида к давлению естественного отбора (полезные мутации). Ученые выяснили, что метод баркодирования справился с идентификацией паразитов ежей. Он показал, что разница между вариантами генаcox1двух видов родаCaparinia – C. tripilisиC. ictonyctisотличается на 7,4-7,8%, а это значит, что их можно отнести к разным видам. Но на пылевых клещах баркодирование провалилось, посчитав представителей разных популяций видаDermatophagoides farinaeпредставителями разных видови предположив, что его можно объединить с другим пылевым клещом –D. microceras, притом что эти два вида даже не могут скрещиваться и давать потомство. По мнению ученых, коалесцентные методы превзошли баркодирование из-за разницы в размерах популяции – пылевые клещи живут повсеместно, а паразиты ежей встречаются очень редко. Однако большую эффективность сопровождает и рост сложности (и, соответственно, стоимости). Как отметил Климов в разговоре с «Чердаком», хотя применение коалесцентных методов и дает более реалистичые результаты, «эти методы требуют секвенирования множественных генов и требуют существенных вычислительных мощностей». Фото: Dermatophagoides farinae Gabriel Andrés Trujillo Escobedo / flickr / CC BY-SA 4.0
Партнёр: Тюменский государственный университет