一个新的基因组图谱可以帮助拯救濒危大象

最初发表在Illumina公司新闻中心

成群的长毛象一度横跨北半球张成的空间,从不列颠群岛穿越白令海峡大陆桥东部海岸的北美。然后,大约4000年前,最后一个庞大的死亡。

足够的遗体被保存在冰冻苔原,露出一个忧郁的事实:在一个世代的时间尺度,生物的突然消失和灾难性的。陪审团是气候变化是否由人类狩猎,或别的东西是最怪我们知道的最亲密的亲戚,大象,正在经历一个类似的人口崩溃的今天,由类似的威胁。

国际自然保护联盟(IUCN)估计,仅在过去的世纪,生活非洲稀树大草原大象的数量已经减少了60%。他们的姊妹物种,非洲森林象,已减少了惊人的86%,现在被列为“濒危”。

人类有权停止这种陷入灭绝。但是在这之前,我们需要更多的数据。“目前,我们实际上有更多的基因组数据猛犸象生活比我们的大象,”帕特丽夏Pečnerova说,哥本哈根大学的进化生物学家。”,应该改变。”

Pečnerova写她的博士论文在猛犸paleogenomics玛丽Skłodowska-Curie行动研究员,现在大学生物学系和国家地理探险家。她联系Mrinalini Erkenswick Watsa,圣地亚哥动物园野生动物保护科学家联盟(SDZWA),开始形成伙伴关系。其愿景:创建一个非洲大象基因组多样性的阿特拉斯,这可以用来制造领域保护工具和社区的人们直接接触动物,因此最力量来帮助他们。

这种伙伴关系需要几个球员:有人收集生物样本,某人序列,有人分析数据和发展地图集,有人部署工具基于磁暴在每个参与者必须理解手头的挑战。

手头的挑战
草原大象是世界上最大的陆地动物。他们可以重达6.5吨的两悍马和多活70年。所以他们需要大量的空间游荡,寻找食物和水,他们每年都返回相同的路线。不幸的是,人类常常不知道当他们建立在这些路线,当野生大象发现他们迁移打断了人类,它常常会导致对抗,给动物一个坏名声。

野生动物兽医Stephen Chege博士为SDZWA保护项目提供管理监督在肯尼亚北部,认为这是不公平的。“当每个人都是唯一可用的水源,例如,有一个高冲突的机会,”他说。“人有误解,野生动物有带来混乱。但是我们需要改变思维。对野生动物的健康和个人的动物,我们必须说他们有权访问他们需要的。我们不应该自私的。”

如果生物学家可以积极识别基于DNA和匹配他们对大象的记录,群之前,它可以揭示它们的迁移规律,帮助人们决定在哪里建记住共存,确保动物经过和平的空间。

大象面临另一个威胁是遗传多样性的丧失。大象群母系;留在群雌性,雄性往往直到他们离开或被强迫交配的年龄了。当雄性生殖群之间可以混合,基因库是多样化的人口保持更健壮的抵抗疾病、害虫、气候变化以及其他环境压力。但是目前的野外观察表明,大约有70%的雄性大象死去的时候他们到达生育年龄,牛群变得更加孤立,他们交换了个人,少和年长的男性主导生殖。威瑟斯,当这一切发生的时候,人们的遗传多样性,让每个新一代更加脆弱。

识别每个群密切相关的是如何通过基因组测序将帮助人们确定这群优先保护,甚至选择动物个体易位。

当然,即使它在1989年被禁止在国际上,非法偷猎大象以来只有上升。根据世界自然保护联盟,它的森林象死亡的主要原因。但法医测序恢复象牙可以帮助当局跟踪它们被猎杀,和保护他们。

第一步:收集样品
创建一个基因组图谱,首先需要一个巨大的收集的样本来自动物的栖息地的范围。幸运的是,合伙企业不需要从头开始。

早在1990年代,他在Nanyuki Mpala研究中心的主任,肯尼亚,尼古拉斯皮质从非洲大象收集了超过400个生物样品。整个20世纪,森林象被认为仅仅是一个亚种的稀树大草原elephants-but皮质,阿尔弗雷德·罗卡角和其他合作者使用这些示例证明他们数百万年前分化成单独的物种。

“他们像黑猩猩和人类不同,更不同于狮子与老虎,“罗卡说,他现在是教授伊利诺伊大学动物科学实验室。对保护工作具有实际意义的区别:两个物种已经适应了不同的栖息地;它们形成不同的迁移模式和社会结构。罗卡角的研究是中央的决定保护机构正式承认非洲象是两个不同的物种。作为一个物种,非洲象被认为仅仅是“脆弱”,而不是“濒危”世界自然保护联盟红色名录。分开两个物种进行评估时,确定草原象濒临灭绝,而森林大象被发现“极度濒危”,一个类别留给物种灭绝的风险最高。

罗卡渴望加入合作和贡献这个具有里程碑意义的样本收集。他的团队的研究科学家,Yasuko石田,将负责从集合中选择一个种群的多样性和将进行一些分析。旧的样品现在几十年不matter-DNA仍然可以从中提取,测序,并映射;和野外生物学家可以使用这些信息来研究大象仍然生活在这些人群。

第二步:序列样本
先前的基因研究大象看起来只在几个选定的标记,如microsatellites-short的DNA片段,重复多次,可用于跟踪家庭继承。这种方法的问题是,不同的实验室看看不同的网站,和他们的结果不一定可以相比。

这么大的项目需要整个基因组序列就是为什么它欢迎Illumina公司iConserve伙伴关系,其任务是加速环境和野生动物保护使用基因组学。今年,iConserve团队将使用Illumina公司测序仪垂直罗卡的400个样本,共计40 x的报道。一旦创建了基因组序列数据,他们会寄给Pečnerova在丹麦,在那里她可以映射。

“整个基因组研究提供更多信息分辨率更好,”她说。“我们可以回答一些问题,真的很难或几乎不可能回答与传统标记。”

第三步:发展地图集
映射在非洲大象的基因变异,伙伴关系需要第一次读到整个遗传密码,然后削减下来的部分提供了最多的信息。

利用整个遗传密码的力量提供了前所未有的分辨率研究遗传变异。个体的DNA一起来自部分来自其父母。Pečnerova解释说,通过这些“我们可以重建整个人口的人口历史,其大小随着时间的变化,从一个个体的基因组。”

她的任务是处理tb的基因组数据通过genomes-each筛超过三十亿个“字母”——确定最信息的位置。称为单核苷酸多态性,或单核苷酸多态性(发音“剪”),在一个人的遗传密码这些地方一个字母不同其他大多数的物种。而不是学习12个或两个基因标记,像研究人员用来做过去,整个基因组提供数百万美元。通过分析400头大象来自整个非洲大陆,数以百万计的单核苷酸多态性的团队将确定哪些是揭示当地模式和个体差异的关键。

配备这些数据,伙伴关系应该能够映射象如何遗传多样性在它们的栖息地范围不同,看看非洲连接或孤立的不同人群,并解释哪些因素导致这种多样性的丧失。

反过来,环保人士可以选择潜在的保护走廊和候选人群易位。数据可以被用来创建一个实用、低成本的基因工具领域的团队,使用单核苷酸多态性与地理、物种,性,和个人。这种工具可以帮助他们为个人,建立谱系景观评估种群数量和分布,并促进恢复拯救野生动物。

步骤四:部署地图集
领域基因分型技术自1990年代以来已经走过了漫长的道路,当皮质收集他的样品用飞镖biopsy-a特写,破坏性,往往危险方法(防守大象一旦推翻他的车辆)。

现在,可行的样本可以从一个更安全,微创(如果不那么迷人)来源:粪便。现代测序可以透过任何其他分子的静态的礼物肠道微生物,消化的植物,所以表示只是大象DNA拔出来。

“技术是节能的关键,”Chege说,但他指出,这些样本在草原带来另一个挑战:DNA快速与暴露在紫外线和热降解,尤其是如果有有限的电力可以冻结。甚至液氮蒸发每次你打开容器,和生物学家通常在数周。他们再也不能等着船海外样品分析的伙伴关系计划,。

合伙提到的头等大事,每个人都是赋予自然资源保护者在地上做这项工作本身,甚至如果他们不是遗传学家。罗卡总是使它指向涉及当地研究人员在他的作品中,但是Watsa解释说,从历史上看,科学社区的成员经常使用从其他国家进口的样品:“今天我们翻转,脚本工作。188bet网址怎么打不开我们不会把样品带到实验室;我们将实验室样品。“建立基础设施,在训练中,配料,和设备,意味着未来这些收集样本可以参与更广泛的分析和领导研究本身的一部分。

概念证明,团队希望第一个测试一个新的基因分型工具通过构建一个血统人口监测拯救大象”的桑布鲁,肯尼亚,早在今年之前公开释放所有的数据和试验结果。“除了atlas免费Pečnerova说,“我们希望通过实施试点运行在肯尼亚和乌干达与同事协作,我们将激励和促进环保人士在国家未来的研究。“毕竟,大象不分国界。

Chege承认,现场工具是必不可少的工作,但“很多创新研究是基于发达国家。我知道没有市场这样的事情;这不是让快速的投资回报。但野生动物保护有更大的好处。”

何苦呢?
面对这样的惊人的人口下降的统计信息,诱惑是怀疑的投资是值得的。时一百万火灾燃烧,为什么这个值得我们关注?

“有两种方式看,“Watsa说。“一个是象是巨大的生态系统工程师。当你删除它们,没有人吃他们吃什么,一切最终剩下的肉食动物,人类,它发生了突变。因为我们所有的连接。对吧?”,她说,一个笑容穿过她的脸,仿佛她接下来的话应该是显而易见的。“但最简单的答案是,我们都有权利生活在这个星球上。”

Chege补充道:“还有一个消息,我想与大家分享。大象是明智的,聪明的动物。他们很聪明,他们的情绪就像我们做的一样。他们拥抱孩子,为他们的家人好几天。你发现他们使用他们的躯干和象牙调查尸体翻过来。他们必须问很多问题。“出了什么事?我们可以做任何事情,不让你死?”

灭绝并非不可避免。我们有足够的资源来做必要的防止大象死亡——我们只需要意志力。

帕特丽夏Pečnerova项目踩踏事件:时空分析现代和过去的大象的多样性已经收到了欧盟的资助下地平线2020研究和创新项目玛丽Skłodowska-Curie格兰特协议892446号。