Erfðamengi þorsks nýtt til að finna bestu líkön um viðgang stofnsins

Sérfræðingar í stofnerfða- og þróunarfræði við Háskóla Íslands og samstarfsfólk þeirra hafa með rannsóknum á erfðamengi þorsksins komist að því hvaða þróunarlíkön henta best til að meta viðgang stofnsins. Sagt er frá niðurstöðunum í grein í nýjasta hefti vísindatímaritsins eLife. Í tímaritinu kemur einnig fram rannsóknin auki verulega skilning á erfðabreytileika í lífverum með háa frjósemi.

Að greininni, sem ber heitið „Sweepstakes reproductive success via pervasive and recurrent selective sweeps“, standa þau Einar Árnason, prófessor emeritus í þróunar- og stofnerfðafræði við HÍ, og Katrín Halldórsdóttir, sérfræðingur við Líf- og umhverfisvísindastofnun skólans, ásamt þeim Jere Koskela, dósent við University of Warwick í Bretlandi, og Bjarka Eldon, nýdoktor við Leibnitz Institute for Evolution and Biodiversity Science, Museum fur Naturkunde í Berlín.

Greinin er afrakstur verkefnisins „Stofnerfðamengjafræði þorskfiska með háa frjósemi“ sem hlaut öndvegisstyrk árin 2018-2922 úr Rannsóknasjóði. „Kveikjan að rannsókninni er hinn mikli breytileiki sem er í nýliðun þorskstofnsins. Rannsóknin er á sviði fræðilegrar stofnerfðafræði þar sem viðfangið er að finna réttu líkönin til að meta viðgang og breytingar í stofnum lífvera með óvenju mikla frjósemi. Þorskurinn við Íslandsstrendur er slík lífvera en veiðar á þorski eru ein meginundirstöðugrein þjóðarinnar,“ bendir Katrín á en þau Einar hafa í rannsóknum sínum sérstaklega beint sjónum sínum að náttúrulegu vali hjá þessum helsta nytjafiski Íslendinga. 

Til þess að geta áætlað hversu mikið má veiða af stofninum er nauðsynlegt að öðlast sem bestan skilning á vexti hans og æxlunarháttum lífverunnar. „Til að meta stærð stofnsins og spá fyrir um viðgang hans þarf rétt þróunarlíkön. Þessi rannsókn er fyrsta sinnar tegundar þar sem notuð eru raðgreiningargögn heilla erfðamengja stofns við greiningu á viðeigandi líkönum,“ segir Katrín.

Rannsóknin leiðir í ljós að önnur þróunarlíkön en vanalega eru notuð við slíkt stofnmat nýtast best og að sögn þeirra Einars og Katrínar getur það breytt sýn og spám um stofna lífvera með óvenju mikla frjósemi. Þessi nýju líkön rekja ættir einstaklinga aftur til sameiginlrgs forföður og formóður á þann hátt að margar greinar ættartrésins renna saman samtímis (e. multi-merger colaescence) en í hefðbundnum líkönum renna einungis tvær greina saman í einu.

Grundvallarspurning öndvegisverkefnisins, sem rannsóknin byggist á, hverfist um hvort svokölluð happdrættisæxlun einkenni lífverur sem hafa háa frjósemi, eins og þorskurinn. Með happdrættisæxlun er átt við að dreifing í fjölda afkvæma sem einstaklingar koma á legg til næstu kynslóðar líkist dreifingu vinninga í lottóinu. Til að svara þessari og öðrum spurningum verkefnisins er m.a. beitt aðferðum sameindalíffræði og erfðamengjafræði auk nýrra stærðfræðilegra og tölfræðilegra aðferða.

Í matsgerð ritstjórnar tímaritsins eLife, sem birt er með greininni, er tekið fram að niðurstöður rannsóknarinnar séu „grundvallarverk“ sem auki verulega skilning á erfðabreytileika í lífverum með háa frjósemi en það sé gert með því að sýna fram á hvernig hraðar breytingar í erfðamengi Atlantshafsþorsksins verði í sífellu af völdum náttúrulegs vals. „Niðurstöðurnar eru studdar á sannfærandi hátt með umfangsmiklum greiningum á tíðnirófi stökkbreytinga sem styðja við líkön um happdrættisæxlun vegna náttúrulegs vals og líkön um samruna fjölda greina í ættartré lífvera. Þessar rannsóknir munu vekja áhuga breiðs hóps þróunarerfðafræðinga og ættu að hvetja til rannsókna á því hvort happdrættisæxlun vegna tilviljunar einnar sé samverkandi þáttur við happdrættisæxlun vegna náttúrulegs vals.“

Greinin er birt í opnum aðgangi og því aðgengileg öllum áhugasömum