Биологи проверили точность метода баркодирования ДНК

Биологи проверили точность метода баркодирования ДНК

Наука сегодня 28 Января 2019
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 называемые криптические (скрытые) виды. Тогда для их различения приходится прибегать к молекулярной биологии и популяционной генетике.

Метод баркодирования 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 гена cox1, 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.

Ученые проверили, сможет ли метод различить разные виды рода Caparinia (небольшой размер популяции) и, наоборот, не разделит ли он на разные виды Dermatophagoides 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 предположениях нейтральной 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 гена cox1 двух видов рода Caparinia – C. tripilis и C. ictonyctis отличается 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 вида Dermatophagoides farinae представителями разных видов и 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

Рубрики
Поделиться
Июнь 2019
ПН ВТ СР ЧТ ПТ СБ ВС
1 2 3 4 5 6 7 <8 <9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

рубрики новостей

Показать / скрыть все рубрики