В геноме дельфина обнаружены изменения, связанные с адаптациями к условиям среды

Животные, обитающие в средах с неоднородными условиями, могут испытывать разное давление отбора, что приводит к формированию у них определенных адаптаций. Для изучения пространственной структуры популяций и ее связи с разнообразием адаптаций необходимо сочетание данных о геноме с информацией о местообитании; такой подход называется «геномика ландшафта». Австралийские ученые из Университета Флиндерса применили его для исследования популяции обыкновенного дельфина, или дельфина-белобочки (Delphinus delphis), широко расселившегося вдоль южного побережья Австралии. Исследователи предположили, что характерная для этих мест разнородность океанографические условия влияет на геномную изменчивость вида и приводят к разделению популяции.

Ученые собрали образцы тканей 214 дельфинов, которых встретили на протяжении 3 тыс. км побережья, выделили ДНК. В результате секвенирования было выявлено 17 327 однонуклеотидных замен (SNP). В статистическом анализе, наряду с геномными данными, учитывали такие параметры среды, как соленость, температура поверхностного слоя воды, первичная продуктивность, а также скорость течения и диапазон ее изменений.

Ученые идентифицировали 747 SNP-кандидатов, которые ассоциированы с различными адаптациями D.delphis. Анализ показал, что его существование в экологически неоднородных условиях привело к разделению дельфинов предположительно на четыре-пять популяций с высоким уровнем постоянной геномной изменчивости. Ключевыми для этого процесса факторами стали скорость течения, температура поверхности воды, соленость и первичная продуктивность. В свою очередь, эти факторы оказались связаны с тремя основными океаническими явлениями, которые, вероятно, влияли на расселение дельфинов: с локальными течениями, их сменой вблизи с заповедными прибрежными зонами, а также с подъемом глубинных вод океана к поверхности (апвеллинг).

Генетические вариации у дельфинов южного побережья Западной Австралии связаны с местными течениями, например течением Леувина (Leeuwin current), теплые воды которого создают градиент температуры, первичной продуктивности и скорости течения вдоль шельфа с запада на восток. Различия SNP в интронах генов Ebf2, Lef1 и межгенных участках, примыкающих к Kctd16, коррелировали с первичной продуктивностью и скоростью течений. Известно, что активность этих генов ассоциирована с осмо- и терморегуляцией, а также с метаболизмом.

Напротив, геномная изменчивость D. delphis, заселивших охраняемые прибрежные территории, была связана с колебаниями солености и температуры воды. В геноме были обнаружены различия в строении генов Stx7 (SNP в интронах) и Igfbp7 (SNP в межгенных участках), которые задействованы в сигнальных путях осморегуляции.

Замена теплых течений холодными в течение лета на австралийском континенте способствует появлению апвеллингов. Это явление связано с изменением не только температуры поверхностных слоев воды, но и первичной продуктивности, что оказало влияние на геномные вариации у дельфинов: SNP в интроне Erc2 и экзонах Man2b1 и Zfp57. Согласно литературным данным, эти гены связаны с обменом веществ.

Таким образом, эти факторы среды формируют градиенты и разрывы, которые могут выступать в качестве барьеров между предполагаемыми популяциями. По мнению ученых, информация об ассоциации генотипа и места обитания будет полезна в мероприятиях по контролю за состоянием популяций, а также позволит прогнозировать приспособление D.delphis к климатическим изменениям и антропогенному воздействию.