Conservation Genomics - genom penyelamat, bukan individu

Jangan berlomba untuk menyelamatkan spesies itu! Sebaliknya, berlomba untuk menyelamatkan genomnya.

Oleh Dr Graham Etherington

Genomik konservasi memberikan bantuan bagi spesies langka dalam memulihkan jumlah mereka kembali ke ukuran yang berkelanjutan. Graham Etherington, Ahli Biologi Komputasi Senior di Vertebrate & Health Genomics Group menjelaskan bagaimana kita menggunakan teknologi terbaru untuk membawa spesies yang terancam punah kembali dari jurang.

Seekor kawanan Quelea Red-billed, spesies burung paling banyak di dunia. Kredit: Shutterstock / EcoPrint

Populasi besar umumnya beragam dalam susunan genetiknya. Ini berarti bahwa jika Anda secara acak memilih gen dari sejumlah individu berbeda dari spesies yang sama, Anda akan menemukan perbedaan yang sangat halus dalam urutan DNA mereka.

Variasi ini adalah apa yang kita sebut 'keragaman genetik' dan setiap perbedaan antara individu dikenal sebagai 'alel'.

Jika suatu populasi memiliki tingkat keragaman genetik yang tinggi, individu-individu tertentu lebih mungkin untuk dapat menanggapi perubahan di lingkungan. Variasi khusus ini (yang mungkin netral untuk memulai, yaitu tidak memiliki keuntungan atau kerugian), dapat menjadi menguntungkan, memberikan individu-individu dengan alel tertentu untuk beradaptasi dengan lingkungan yang berbeda dari yang tanpa mereka dan karenanya, meningkatkan peningkatan kelangsungan hidup, dan mau tidak mau , berkembang biak.

Variasi ini kemudian diturunkan kepada keturunannya, yang selanjutnya akan meningkatkan keberhasilan spesies.

Populasi kecil, bagaimanapun, dapat menderita dari berkurangnya keragaman genetik melalui perkawinan sedarah. Sebagai contoh, perbandingan berbagai posisi di sepanjang genom 25 Kuong Tagihan Merah (Quelea quelea), burung paling banyak di dunia, mungkin menemukan tiga hingga empat alel yang berbeda, sedangkan posisi yang sama dalam genom dari 25 Pochards Madagaskar yang tersisa ( Aythya innotata), burung paling langka di dunia, kemungkinan hanya akan menemukan satu atau dua alel. Pola 'keragaman alelik rendah' ​​ini dapat dikuantifikasi sepanjang genom dengan mengurutkan beberapa individu dari populasi.

Musang Berkaki Hitam dulu hanya berjumlah tujuh orang.

Genetika lucky-dip.

Dalam skenario yang tidak biasa, bayangkan jika populasi Quelea Red-billed, yang memiliki tingkat keragaman genetik yang tinggi, tiba-tiba jatuh hanya ke 100 orang - tingkat keragaman genetik yang tinggi ini akan hilang - bersama dengan kemampuan untuk menanggapi perubahan di lingkungan.

Dalam genomik konservasi, kami mempelajari keragaman genetik ini di semua gen untuk lebih memahami implikasinya terhadap ekologi, kesehatan, dan penyakit. Hilangnya keragaman genetik secara acak dalam populasi yang semakin berkurang ini adalah suatu proses yang dikenal sebagai 'pergeseran genetik' dan semakin rumit oleh 'depresi perkawinan sedarah', di mana individu-individu terkait berkembang biak satu sama lain yang mengakibatkan hilangnya keragaman genetik lebih lanjut.

Quelea yang ditagih merah, dari dekat. Kredit: Shutterstock / Nick Biemans.

Tidak semua gen sama.

Salah satu masalah pertama yang dihadapi populasi kecil spesies yang terancam punah adalah penyakit.

Misalnya, Musang Berkaki Hitam (Mustela nigripes), yang ukuran populasinya baru-baru ini anjlok hingga hanya tujuh individu, rentan terhadap penyakit yang tidak diketahui memengaruhi spesies musang atau polecat lainnya. Ini mungkin karena depresi perkawinan sedarah dan pergeseran genetik dengan hilangnya alel menguntungkan pada gen yang bertanggung jawab untuk melawan penyakit.

Dalam genomik konservasi, mempelajari gen yang terlibat dalam respons imun adalah salah satu prioritas tertinggi, karena gen-gen ini biasanya adalah yang pertama yang mempengaruhi populasi kecil yang menderita kehilangan keragaman genetik.

Musang Berkaki Hitam dulu hanya berjumlah tujuh orang. Kredit: Graham Etherington.

Penyelamatan genetik.

Jadi apa yang bisa kita lakukan dengan informasi yang diperoleh dari pendekatan Conservation Genomics? 'Penyelamatan Genetik' adalah suatu pendekatan yang bertujuan memperkenalkan kembali keanekaragaman genetik ke dalam spesies yang terancam punah. Contoh klasiknya adalah Florida Panther (Puma concolor).

Florida Panther telah direduksi menjadi ukuran populasi tidak lebih dari 25 individu, dengan tanda-tanda signifikan inbreeding dan hilangnya keanekaragaman genetik.

Dalam genomik konservasi, mempelajari gen yang terlibat dalam respon imun adalah salah satu prioritas tertinggi ...

Pengenalan delapan macan kumbang dari Texas ke habitat panther Florida alami memungkinkan peningkatan keragaman genetik dalam populasi, memungkinkan spesies untuk mengatasi efek perkawinan sedarah dan tiga kali lipat ukuran populasi.

The Florida Panther, kisah sukses genomik konservasi. Shutterstock / Jo Crebbin.

Masalah populasi.

Genomik konservasi juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi populasi terbaik yang digunakan untuk penyelamatan genetik. Dengan mengurutkan dan menganalisis genom dari populasi 'donor genetika' yang potensial, kita dapat mengidentifikasi wilayah genom yang terkait dengan adaptasi.

Kita kemudian dapat memilih individu mana yang akan diperkenalkan dengan membandingkan genom donor dengan genom populasi target. Untuk mengidentifikasi individu donor terbaik, kita dapat memilih genom dengan keragaman tertinggi, atau dengan menunjukkan dengan tepat posisi dalam genom target yang bertanggung jawab atas perkawinan sedarah dan kemudian memperkenalkan individu yang memiliki kisaran alel yang berbeda di posisi tersebut.

Teknologi baru membawa ide-ide baru dan dilema moral yang sering menyertai mereka.

Upaya lain dapat dilakukan dengan memanfaatkan kemajuan terbaru dan terobosan dalam teknik pengeditan genom, seperti monyet pertama yang lahir dengan mutasi khusus.

Teknologi-teknologi ini dapat digunakan dalam genomik konservasi melalui pendekatan yang dipandu dengan hati-hati yang melibatkan:

  • Mengurutkan spesimen museum dari periode waktu ketika spesies yang saat ini hampir punah tidak begitu langka dan memiliki tingkat keanekaragaman genetik yang tinggi
  • Identifikasi keanekaragaman genetik 'hilang' dalam populasi saat ini
  • Menggunakan teknik pengeditan genom untuk memperkenalkan kembali keanekaragaman genetik yang hilang dengan hati-hati kembali ke populasi saat ini yang terancam punah.

Alat genomik konservasi.

Masih relatif mahal untuk mengurutkan genom, terutama jika Anda menginginkan data yang benar-benar berkualitas tinggi, dan para peneliti tidak selalu mampu melakukannya. Dalam hal ini, bidang genomik konservasi mencari alternatif untuk pengurutan genom langsung dengan menciptakan alat dan sumber daya yang hemat biaya untuk digunakan oleh peneliti lain.

Kami dapat membuat chip genotip SNP yang dapat menguji ada tidaknya keragaman genetik tertentu dalam ratusan atau ribuan individu. Genomik konservasi juga dapat menentukan urutan subset gen yang jauh berkurang, untuk mengidentifikasi keragaman genetik dalam sejumlah besar individu, meniadakan kebutuhan pengurutan seluruh genom.

Setan Tasmania (Sarcophilus harrisii) juga terancam penyakit. Shutterstock / Gapvoy.

Jangan lupa ...

Teknologi bergerak cepat dan impian hari ini sering menjadi kenyataan di hari esok. Teknologi baru membawa ide-ide baru dan dilema moral yang sering menyertai mereka. Tentu saja, betapapun canggihnya teknologi, kita masih harus ingat bahwa konservasi dan pengelolaan habitat harus selalu tetap menjadi salah satu prioritas terpenting kita.

Oleh Dr Graham Etherington

Artikel asli: Conservation Genomics - genom penyelamat, bukan individu