Salmon ditanam dalam penangkapan epigenetically berbeza daripada saudara liar mereka • Aliona Sukhoputova • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi, Ichthyology

Salmon yang ditanam di penangkapan secara epigenetik berbeza dari saudara liar mereka

Rajah. 1. Salmon ditanam di penangkaran ditandakan dengan memotong sirip lemak (sirip adipose). Di sebelah kiri – kutu, tahap kehidupan ikan di mana penandaan berlaku; di sebelah kanan – Dewasa salmon ditangkap dari laut dengan dan tanpa tanda. Imej dari captainquinn.com dan wdfw.wa.gov

Pada abad kedua puluh, kemanusiaan menyedari kerosakan yang dilakukan terhadap populasi salmon semula jadi akibat penangkapan ikan yang tidak terkawal. Terdapat program untuk memulihkan bilangan spesies salmon Atlantik: telur dan goreng ditanam dalam keadaan istimewa, dan kemudian dilepaskan ke dalam liar. Walaupun program pembiakan berterusan berterusan, ikan salmon dibiakkan dalam penangkapan masih kurang disesuaikan dengan kehidupan di lautan daripada yang liar. Kajian baru menunjukkan bahawa salah satu sebab utama penyesuaian salmon yang ditebus adalah perubahan epigenetik. Kondisi buatan pada peringkat awal membawa kepada penurunan dalam aktiviti gen, yang kerjanya diperlukan untuk menyesuaikan diri dengan air laut, berfungsi dengan baik otot, dan lain-lain.

Kemanusiaan telah membiakkan ikan salmon selama lebih dari seratus tahun, dan baru-baru ini, bahagian perikanan menyumbang kira-kira 70% dari tangkapan ikan global ini.Malah 40 tahun yang lalu, kurang daripada seperempat salmon dituai dengan cara ini, walaupun pada masa ini jumlah tangkapan meningkat hampir 4 kali (dari 750 ribu tan kepada lebih dari 3 juta tan). Didapati ditawan, ikan juga menambah populasi semulajadi, yang banyak terjejas pada abad XX dari memancing besar-besaran.

Sebelum ini, kitaran hidup salmon yang dibiakkan secara buatan kelihatan seperti ini. Kaviar dan milt untuk pembiakan dibawa dari sungai, di mana populasi ikan salmon semula jadi muncul. Di kilang, telur telah disenyawakan dengan mencampurkan produk seks wanita dan lelaki. Kemudian telur disimpan dalam inkubator air tawar, dengan aliran kecil yang tetap. Kira-kira tiga bulan selepas persenyawaan, menanam (embryos bebas) menetas, yang tidak makan selama beberapa minggu dan berenang hampir (Rajah 2). Kebanyakan masa mereka terletak di bahagian bawah dan hidup dari nutrien yang disimpan dalam kantung kuning telur. Apabila stok kuning telur habis, goreng bermula dengan kehidupan yang aktif, dekat dengan bahagian bawah dan makan pada plankton. Setelah mencapai panjang 4-8 cm, goreng bergerak ke tahap bersarang. Dalam titik-titik, warna bercorak adalah ciri, mereka secara aktif memakan sungai dengan cacing, moluska, serangga, dan fouling bawah.Selepas beberapa bulan atau bahkan beberapa tahun, bergantung kepada spesies, warna bergelombang hilang, ikan mencapai 10-15 cm dan mula bermigrasi ke mulut sungai. Peringkat ini dipanggil smolt dan berlangsung dari beberapa hari hingga beberapa bulan. Di mulut ikan menyesuaikan diri dengan air laut masin, ekornya dan skala meningkat, warna menjadi perak cerah. Proses ini dipanggil smoltification, selepas itu salmon masuk ke jambs dan dihantar ke laut. Di lautan, ikan menghabiskan 1-5 tahun (bergantung kepada spesies), makan ikan lain, larva kepiting, moluska, dll. Kemudian mereka kembali ke mulut sungai asli mereka.

Rajah. 2 Kitar hidup Atlantik salmon dan coho dalam pakaian perkahwinan. Imej dari boomerangclub.ru dan nativefishsociety.org

Semua ikan salmon mempunyai keupayaan yang luar biasa, menggunakan bau, dengan tepat mencari sungai yang sangat di mana mereka menetas. Salmon ditanam di ladang ikan kembali ke tumbuhan ini untuk pemijahan, di mana ia ditangkap. Secara semula jadi, salmon melawan arus deras dari mulut sungai untuk memijak tanah, menunjukkan ketangkasan dan ketekunan yang luar biasa. Pada masa ini, ikan berhenti makan, dan ketika mereka mencapai tujuan mereka, mereka bersedia untuk pemijahan: lelaki memperoleh warna kawin terang,dan betina memilih tempat untuk sarang, menggali lubang dengan pergerakan yang mendadak ekor dan letakkan telur-telur yang telah masak hingga saat ini. Pada masa yang sama, lelaki, menjaga wanita yang membina sarang, menghasilkan susu. Wanita itu boleh membuat tiga sarang. Selepas pemijahan, ia mengawasi sarangnya, dan mencari lelaki untuk wanita lain membina sarangnya. Dalam kebanyakan spesies, pembiakan hanya berlaku sekali dalam seumur hidup: kedua-dua lelaki dan perempuan mati dalam tempoh seminggu selepas pemijahan.

Walau bagaimanapun, nilai pemakanan salmon selepas pemijahan sangat rendah, dan ia jatuh ketika ia bergerak ke atas sungai. Oleh itu, di ladang ikan, salmon tidak dibenarkan mencapai kematangan seksual dan, lebih-lebih lagi, untuk bertelur. Dan untuk meneruskan pengeluaran, kaviar dan milt dibawa balik dari dasar salmon semulajadi salmon. Oleh itu, penetasan dengan kesannya terhadap populasi semulajadi berbeza sedikit daripada perikanan konvensional. Terdapat masalah lain yang disebabkan oleh pembiakan tiruan salmon; lihat, contohnya, Akuakultur salmon boleh menyebabkan kepupusan populasi semula jadi salmon merah jambu, "Elemen", 12/18/2007.

Dari waktu ke waktu, menjadi jelas bahawa memancing dari lautan-lautan di dunia terlalu besar dan penduduk salmon semulajadi menjadi semakin berkurangan sejak beberapa tahun lalu.Bagi beberapa spesies dan wilayah, perikanan diharamkan, tetapi ini tidak mencukupi untuk memulihkan populasi semulajadi. Oleh itu, menjelang akhir abad ke-20, banyak ladang ikan telah sebahagiannya atau sepenuhnya bertukar kepada ikan yang semakin meningkat, yang dibenarkan untuk memancarkan kembali mereka. Terima kasih kepada kawalan kadar survival tahap awal pembangunan salmon yang paling terdedah, dalam tumbuh-tumbuhan semacam itu, jauh lebih banyak ikan hidup untuk menghancurkan daripada keadaan semula jadi. Walau bagaimanapun, dari smoltifikasi kepada kepulangan ikan salmon untuk bertelur, tidak ada kawalan tambahan dan kelangsungan hidup ikan dipastikan oleh penyesuaiannya kepada kehidupan di alam liar.

Kajian menunjukkan bahawa salmon yang ditanam secara buatan di lautan kurang berjaya daripada saudara liar mereka: mereka menjadi lebih letih dan melarikan diri dari pemangsa yang lebih buruk (CM Chittenden et al., 2010. Genetik berbanding kesan alam sekitar). – dan salmon coho kelahiran liar). Kecergasan ikan yang ditebang adalah masalah yang serius untuk pemulihan populasi salmon semula jadi.

Antara ikan salmon yang bertelur di ladang-ladang ikan untuk beberapa generasi, beberapa pilihan boleh berlaku. Sebagai kesan sampingan, kadar kelangsungan hidup relatif yang dimakan, yang lebih baik disesuaikan dengan syarat-syarat yang dibuat dalam takungan tiruan dan inkubator, meningkat.Di samping itu, kepelbagaian genetik ikan ini terhad kepada gen-gen yang menghasilkan ikan, yang menimbulkan populasi buatan. Oleh itu, langkah-langkah yang diambil untuk bertukar-tukar gen antara ikan salmon liar dan binatang tawanan: mereka mula membiak ikan berhampiran dengan alasan penanaman semulajadi supaya kembali ke menanam ikan liar akan jatuh ke dalam takungan tiruan, dan ikan yang dibesarkan boleh meninggalkan anak-anak mereka di alam liar. Dianggap bahawa pertukaran gen seperti itu akan menyelesaikan masalah yang diterangkan di atas. Walau bagaimanapun, ternyata hanya satu generasi cukup untuk perubahan ketara dalam ekspresi gen dalam salmon dalam negeri berbanding dengan liar (M. R. Christie, 2012. Penyesuaian genetik kepada penangkaran boleh berlaku dalam satu generasi). Dan ini bermakna bahawa salmon yang ditanam di penangkaran berbeza dari kebiasaan liar sekaligus, dan tidak ada apa-apa dalam genetik sahaja.

Di Kanada, satu kajian dijalankan di mana mereka menguji hipotesis bahawa salmon yang ditanam dalam kurungan berbeza dari haiwan liar bukan kerana perbezaan dalam himpunan gen, tetapi kerana peraturan yang berbeza mereka. Faktanya ialah gen itu sendiri tidak menentukan apa yang akan dilakukan haiwan itu. Pertama,Sebagai tambahan kepada gen, perkembangan organisma sentiasa dipengaruhi oleh keadaan luar (pada nisbah sumbangan gen dan alam sekitar, lihat. Kekurangan makanan berlebihan atau kekurangan zat makanan tidak diwarisi, Elemen, 13 September 2017). Kedua, untuk pelbagai sebab, gen yang ada di dalam badan boleh "dihidupkan" atau "dimatikan". Sebagai peraturan, pada peringkat perkembangan yang berbeza, dalam organ-organ yang berlainan dan juga dalam sel-sel individu, set gen bekerja adalah berbeza. Ekspresi gen dalam badan sangat sukar untuk dikawal. Sebagai tambahan kepada pelbagai bahan isyarat, ekspresi dapat mempengaruhi, misalnya, susunan ruang DNA (kawasan yang berlainan boleh dilipat secara berlainan, yang menggangu atau sebaliknya menyumbang kepada kerja gen yang terletak di kawasan ini) atau dengan melabelkan dengan kumpulan metil yang, dengan mengikat kepada kawasan pengawalseliaan gen, matikan mereka kadang-kadang sementara dan kadang-kadang selama-lamanya. Pengubahsuaian sedemikian berlaku sepanjang hayat, tetapi mereka sangat aktif semasa pembentukan gamet dan perkembangan awal (lihat Ikan Danio rerio mewarisi pengubahsuaian DNA dari ayah, "Unsur", 06.21.2013). Mereka menukar kerja-kerja gen, tetapi bukan DNA itu sendiri, jadi secara umumnya mereka dipanggil epigenetik, iaitu, yang berlaku "di atas gen" (lihat video).Perubahan epigenetik boleh berlaku di bawah tindakan produk gen lain, dan di bawah tindakan persekitaran luaran.

Penyelidik menguji tahap metilasi pelbagai tapak DNA di salmon liar dan domestik dari dua sungai di British Columbia pada peringkat smolta. Di kedua-dua sungai, Sungai Capilano dan Sungai Queensam, penyebaran salmon semula jadi berlaku (Oncorhynchus kisutch). Kedua-dua sungai mempunyai cawangan buatan kecil untuk pembiakan salmon. Dalam kedua-dua kes, penetasan itu terletak dan dilengkapi sedemikian rupa sehingga ikan bertelur di tumbuhan dan penanaman ikan dalam alam semula jadi merupakan satu populasi. Untuk memulakan, saintis telah mengesahkan sama ada ini benar. Analisis kepelbagaian genetik menunjukkan bahawa ikan yang ditanam dalam keadaan tawar dan dalam keadaan semula jadi satu sungai adalah saudara-mara satu sama lain. Dan antara sungai-sungai terdapat beberapa perbezaan genetik yang signifikan.

Tahap DNA metilasi dalam ikan tawanan yang dibawanya jauh lebih tinggi daripada yang liar. Ini menunjukkan bahawa banyak gen yang bekerja di perut liar tidak berfungsi dengan intensiti yang sama di dalam negeri.

Di antara tapak dengan peningkatan metilasi, terdapat banyak yang berkaitan dengan homeostasis ionik dan kawalan tahap cecair di dalam badan. Aktiviti berkurangan dari tapak-tapak DNA ini mungkin menjelaskan komplikasi yang telah dinyatakan sebelum ini semasa smoltifikasi, iaitu penyesuaian kepada air laut, dalam salmon dalam negeri (J. Shrimpton et al., 1994).Oncorhynchus Kisutch) sebelum dan selepas pendedahan air masin).

Sejumlah besar kumpulan metil juga didapati dalam gen yang terbabit dalam pembentukan hubungan antara saraf dan otot. Ini seterusnya menjejaskan penyelarasan pergerakan otot dan mungkin penyebab keletihan yang disebutkan di atas dan mengelakkan pemangsa yang lemah di dalam ikan salmon dibiakkan berbanding dengan salmon liar.

Di samping itu, beberapa gen yang berkaitan dengan tindak balas imun dan kelakuan pemakanan, serta gen yang produknya terlibat dalam mengawal ekspresi banyak wilayah genom lain, ternyata dimatikan secara besar-besaran.

Salah satu hasil yang paling menarik dalam kerja ini ialah perubahan dalam tahap metilasi adalah sama di dua ladang ikan yang mengambil bahagian dalam kajian ini. Kumpulan metil yang berlebihan di perut domestik berbanding dengan yang liar dari sungai yang sama diperhatikan pada segmen DNA yang sama.Ternyata keadaan yang dicipta oleh manusia, dan bukannya perbezaan rawak, membawa kepada kesan negatif yang diperhatikan: kebugaran salmon domestik yang berkurang di lautan. Kini ia masih mencari tahu apa keadaan penternakan ikan harus diubah untuk membetulkan ini dan, sebagai hasilnya, untuk memperbaiki kerja program untuk pemulihan salmon secara semula jadi.

Sumber: Jérémy Le Luyer, Martin Laporte, Terry D. Beacham, Karia H. Kaukinen, Ruth E. Withler, Jong S. Leong, Eric B. Rondeau, Ben F. Koop, dan Louis Bernatchez. Pengubahsuaian epigenetik selari yang diakibatkan oleh pembiakan penetasan di Salmon Pasifik // PNAS. 2017. DOI: 10.1073 / pnas.1711229114.

Alena Suhoputova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: