Vpliv transgena rastnega hormona na genetsko arhitekturo lastnosti povezanimi z rastjo

Z genskim inženiringom je človek ustvaril veliko genetskih variacij v rastlinah in živalih. Večinoma ni povsem znano, kako bi te genetske variacije vplivale na ekosisteme, če bi gensko spremenjeni organizmi (GSO) bili izpuščeni v okolje. Boljše razumevanje potencialnih okoljskih vplivov GSO v naravnem okolju, bi prineslo boljše ocene tveganja, s čemer pa bi lahko izboljšali ohranjanje divjih populacij. V predstavljeni študiji so na primeru srebrnega lososa (Oncorhynchus kisutch) preverili, kako prisotnost transgena (TG) za rastni hormon vpliva na genetsko arhitekturo preostalih, z rastjo povezanih lastnosti glede na netransgene (NT) osebke. Uporabili so kartiranje lokusov kvantitativnih lastnosti (QTL kartiranje). Rezultati naj bi veljali tudi za druge vrste rib iz družine postrvi (Salmonidae) npr. druge losose, postrvi in zlatovčice. <ref name=[1]> M. Kodama, K. A. Naish in R. H. Devlin: Influence of a growth hormone transgene on the genetic architecture of growth-related traits: A comparative analysis between transgenic and wild-type coho salmon. Evol Appl. 11(10), 2018; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6231474/ </ref>

Križanje in merjenje kvantitativnih lastnosti

Iz linije M77 srebrnega lososa so pripravili transgene (TG) živali s stabilno vključenim OnMTGH1 genom za rastni hormon, na enem mestu na genomu. TG so vstavili z mikroinjiciranjem v moško projedro.<ref> M. Uh, J. Khattra in R. H. Devlin: Transgene constructs in coho salmon (Oncorhynchus kisutch) are repeated in a head-to-tail fashion and can be integrated adjacent to horizontally-transmitted parasite DNA. Transgenic Res. 15(6), 2006; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16952013 </ref> Linijo so gojili deset generacij s povratnim križanjem hemizigotnega TG samca in samice divjega tipa (WT). Za potrebe raziskave so s križanjem enega para dobili potomce, ki so jih gojili v bazenih laboratorija Fisheries and Oceans Canada laboratoriy v Zahodnem Vancouvru. Ribe so gojili v sladki vodi, dokler niso dosegle primerne zrelosti za premestitev v slano vodo. Spremljali so rast vsake posamezne ribe z meritvami teže in dolžine, računali pa so tudi dnevni koeficient rasti.

Med potomci, ki so se izvalili 21. 1. 2011 je bilo 121 netransgenih (NT) in 123 transgenih (T) potomcev. 26. 7. 2011 so ločili T skupino od NT zaradi pospešene rasti T, ki so postali že očitno večji. Ob tem času so T potomci dosegli tudi zrelost za premestitev v slano vodo, kar se pokaže kot sprememba pigmentacije kože. Vstavili so jim pasivne integrirane transponderje (PIT) in odščipnili tolščenko (neparno adipozno plavut) s pomočjo katere so genotipizirail ribe za prisotnost transgena.

NT populacija je bila 20. 1. 2012 označena s PIT, tudi jim so odščipnili tolščenko za preverjanje odsotnosti transgena. Na ta dan so tudi vsem, T in NT, odstranili levo ventralno plavut, ki so jo uporabili za izolacijo DNA visoke kakovosti za genotipiziranje. NT skupina je 21. 2. 2012 dosegla enako povprečno dolžino kot njihovi sorojenci 26. 7. 2011, povprečno težo pa 19. 3. 2012. Zrelost za premik v slano vodo so dosegli 28. 7. 2012, eno leto za T sorojenci.<ref name=[1]/>

QTL kartiranje lokusov

DNA so iz plavuti T in NT osebkov izolirali s pomočjo kita, genotipiziranje pa so izvedli z RAD sekvenciranjem (restriction site-associated DNA sequencing). S SbfI so razgradili DNA in vsakemu vzorcu dodali 6 nt dolgo barkodo. Vzorce so sekvencirali s 100 bp dolgim enojnim branjem z Ilumino HiSeq 2000. Kot referenčno QTL karto so uporabili karto, ki so jo sami razvili leta 2014. Takrat so primerjali kartiranje genomov srebrnega lososa z drugimi ribami iz družine postrvi.<ref> M. Kodama, M. S. O. Brieuc, R. H. Devlin, J. J. Hard in K. A. Naish: Comparative Mapping Between Coho Salmon(Oncorhynchus kisutch) and Three Other Salmonids Suggests a Role for Chromosomal Rearrangementsin the Retention of Duplicated Regions Followinga Whole Genome Duplication Event. G3. 4(9), 2014; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4169165/ </ref> Sekvence so uredili, za identifikacijo posameznih osebkov pa so uporabili barkode. Ker kakovost branja pade po prebranih 74 nt, so lokuse definirali kot 74 nt dolge RAD sekvence. Vse lokuse so prilegali z RAD lokusi referenčne karte, dovolili so neujemanje treh nukleotidov. Določili so polimorfne lokuse za T in NT skupino. Ker so ugotavljali genetsko arhitekturo pri primerljivih fenotipih T in NT, so med sabo primerjali QTL pozicije v T in NT skupinah in pregledali razmerja med vplivom lokusa in fenotipom za vsak QTL. Uporabili so segregirane QTL iz samca in iz samice. Da bi zaznali s spolom povezane razlike in vzorce in stopnje rekombinacije, so posebej analizirali polimorfne lokuse, prisotne samo pri mami – WT samici ali očetu – TG samcu. Po lociranju posameznih QTL so naredili še teste za dva in več QTL, da so lahko določili interakcije večih QTL.<ref name=[1] />

Rezultati

30 signifikantnih QTL za dolžino, težo in dnevni koeficient rasti so zaznali v NT skupini. Večina je bila zaznana s segregacijskimi QTL markerji iz TG samca, dva pa sta bila iz WT samice. V T skupini so zaznali 37 signifikantnih QTL. Od teh je 23 markerjev bilo iz samca in 14 iz samice. Večina QTL je imela majhen vpliv na lastnosti v obeh skupinah (med 3 in 5 % PVE). 13 QTL je imelo velik vpliv na lastnosti (>15 % PVE): 5 v NT in 8 v T skupini. Markerji, ki so se povezali s kromosomoma Co30 in Co23 so bili povezani z dolžino, težo in hitrostjo rasti in so bili iz samca. QTL x QTL interakcije so bile opažene v NT skupini za 5 lastnosti, v T skupini pa za eno. Vse so imele majhen vpliv (<5 % PVE). QTL, ki so povezani s spolom so tudi bili najdeni v obeh skupinah, kar kaže na genetske vplive povezane s spolom osebka.   En QTL je bil zaznan pri obeh skupinah, ta je vplival na dolžino, marker pa se je povezoval na Co30. Vidino, da ima ta QTL velik vpliv v NT skupini, v T skupini pa majhen. Pri vplivih na težo in hitrost rasti pa niso zaznali nobenega skupnega QTL. Ker so imele vse ribe enako genetsko ozadje (predniki iz iste linije)so iz tega, da ni bilo skupnih QTL sklepali, da interakcija TG z ostalimi lokusi vpliva na rast. V splošnem so QTL, ki so udeleženi v poteh rasti, med NT in T skupinami različni. Verjetno obstajajo še drugi QTL, ki vplivajo na rast pri obeh skupinah, vendar zaradi velikega vpliva TG v T osebkih teh ni bilo mogoče zaznati. 13 QTL je bilo najdenih na kromosomu Co30 v T skupini, v NT skupini pa je bil na tem mestu le eden, in več kot pol QTL na Co30 v T skupini je imelo velik vpliv na velikost (>15 % PVE).

  TG je v liniji M77 lociran na metacentričnem kromosomu Co13, a nobeno QTL mesto v tej študiji ni bilo pripisano tej lokaciji. Ker so na drugih mestih našli polimorfne markerje v T in NT ribah lahko sklepamo, da je pri TG prišlo do zmanjšanja variacij zaradi selekcije in povratnega križanja (selective sweep). Zaradi tega tudi niso mogli preučiti interakcij transgena z drugimi QTL. Transgen ima verjetno najpomembnejši vpliv na rast T rib. Signifikantnih QTL x QTL interakcij z drugimi lokusi niso zaznali, ker je prispevek ostalih tako majhen v primerjavi s TG.<ref name=[1] />

Zaključek

Iz te študije vidimo, da TG vpliva na vpliv, ki ga imajo na fenotip drugi lokusi v genomu. Takšna epistatična interakcija lahko vpliva na variacijo QTL in hitrost evolucije. Naravna selekcija bi lahko fenotipe vodila v hitrejšo ali počasnejšo rast, odvisno od tega, katere ribe bi imele boljši fitnes. Fenotip T rib (agresivno hranjenje, občutljivost na plenilce) bi lahko imel posledice na ekosistem in njegove komponente, verjetno pa je tudi, da bi se s časom spremenil. Poznavanje fenotipa T rib in možnosti njegovega spreminjanja skozi čas, lahko izboljša ocene tveganja. V tej študiji so uporabili le eno družino in sta imeli obe skupini, T in NT, enako genetsko ozadje. To naj bi omogočilo večjo občutljivost analize detekcije interakcij TG in preostalih lokusov. Vsekakor bi bilo potrebno izvesti še dodatne študije na večih osebkih in različnih družinah, da bi videli če so ta odkritja splošna in kako TG vpliva na populacijo.<ref name=[1] />

Viri:

<references />