Genpool: Kann DNA-Forschung Columbia River Salmon Retten?
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Anonim

Wissenschaftler wenden sich der Genetik zu, um die vom Aussterben bedrohte Lachspopulation im Nordwesten der USA wieder aufzufüllen.

Den meisten Menschen würde es schwer fallen, den Unterschied zwischen Chinook- und Coho-Lachs oder sogar zwischen jungen und alten Fischen zu erkennen. Aber nicht die Bewohner des Columbia River Basin (insbesondere in Washington State, Oregon und Idaho): Sie kennen nicht nur ihren Lachs, sondern ihre Fähigkeit, zwischen Arten zu unterscheiden, ist der Schlüssel zum Erhalt der schnell verschwindenden Fische.

Lachse, die früher im Columbia River reichlich vorhanden waren, sind heute eine aussterbende Rasse - eine Situation, die nicht nur ihre Existenz, sondern auch den Lebensunterhalt der Menschen bedroht, die an den Ufern des mächtigen Flusses leben: Die kommerzielle Fischereiindustrie beschäftigt mehr als 3.600 Menschen und erzeugt mehr als nur Aufsteiger Das Reservat Nez Perce, Umatilla, Warm Springs und Yakama gründeten 1977 das Celilo Fish Committee, das seitdem erweitert und in Columbia River Inter-Tribal Fish Commission (CRITFC) umbenannt wurde.

In den letzten zehn Jahren hat die CRITFC mithilfe genetischer Analysen lokale Fischpopulationen untersucht, darunter Chinook, Rotlachs und Koho-Lachs. Laut Shawn Narum, dem führenden Genetiker von CRITFC, besteht das Ziel darin, die Lachspopulation zu erhöhen, indem die gefährdeten Rassen identifiziert und (neben lokalen Fischbrutstätten) die bedürftigsten nachgefüllt werden. "Da die Auswirkungen des Menschen auf die natürliche Bevölkerung stetig zunehmen, ist ein besseres Verständnis der Anpassungsrate und des Anpassungsgrades der Arten erforderlich", sagt er.

Zu CRITFC gehören etwa 60 Genetiker, Hydrologen, Fischbiologen, Biometriker, Meteorologen und andere Wissenschaftler (plus etwa 500 Mitarbeiter), die sich mit der Untersuchung von Lachs und seinem Ökosystem befassen. Die Bestimmung der genetischen Variationen in (und die Entwicklung genetischer Signaturen für) Lachspopulationen im Columbia River Basin hilft den Forschern, die Vielfalt, Anpassung und Verbreitung der Fische besser zu verstehen. Diese genetischen Signaturen können auch verwendet werden, um zu identifizieren, wann bisher unbekannte Lachsarten in das Gebiet wandern.

Die Forscher sagen, dass Zeit von entscheidender Bedeutung ist, da einige der Lachse als gefährdet eingestuft wurden. ("Fischereimanager auf Bundes-, Landes- und lokaler Ebene erwägen, die von diesen Wissenschaftlern bereitgestellten Informationen zu verwenden, um zu entscheiden, wann, wo und wie viele Fische geerntet werden dürfen", sagt Narum.)

Eine Möglichkeit für die Wissenschaftler, ihre Bemühungen zu beschleunigen, besteht darin, auf neuere, schnellere Technologien umzusteigen, um Variationen in der DNA oder im genetischen Material der Fische zu identifizieren. Seit Juli laden CRITFC-Wissenschaftler die für die Untersuchung von Lachs-DNA erforderlichen Materialien in ein Prototyp-Testsystem der in South San Francisco ansässigen Fluidigm Corporation, mit dem Variationen an 96 verschiedenen Stellen (als SNP-Marker (Single Nucleotide Polymorphism) bezeichnet) in DNA-Proben identifiziert werden können. Die Forscher können bis zu 96 Proben genetischen Materials gleichzeitig testen und innerhalb von vier Stunden 9, 216 gleichzeitige Reaktionen (oder Genotypen) liefern. (Dies war zuvor auf einem System durchgeführt worden, das jeweils nur 384 solcher Genotypergebnisse liefern konnte.)

Das EP1-System von Fluidigm, das auch vom Alaska Department of Fish and Game und der University of Washington in Seattle verwendet wird, erzeugt diese Reaktionen in integrierten Fluidkreisläufen (IFCs) mit einem Quadrat von 3,8 cm (1,5 Zoll) und 0,32 cm (0,13 Zoll). dick und aus einem klaren, gummiartigen Polymer hergestellt. Die IFCs enthalten eine mikroskopische Matrix aus Tunneln, Ventilen und Kammern, durch die Lösungen mit Lachs-DNA-Proben geleitet werden können. Der Luftdruck wird zum Öffnen und Schließen der Tunnel verwendet, um verschiedene Lösungskombinationen in der gesamten IFC zu unterteilen. Das Ergebnis ist eine Reihe von Tausenden von Genotypen, die die Forscher untersuchen können.

Narum schätzt, dass es sein Labor mit dem Preisschild des von den Forschern verwendeten Assaysystems Applied Biosystems in Carlsbad, Kalifornien, ungefähr Acker kosten würde. Die Kosten für die in beiden Systemen verwendeten Chemikalien sind ebenfalls ähnlich, aber die Wissenschaftler verwenden kleinere Mengen im EP1-System, was zu geringeren Kosten pro Probe führt, um die gleichen Genotypdaten schneller zu erhalten, fügt er hinzu.

Die Technologie bietet CRITFC-Forschern die Möglichkeit, Organismen, deren Genomsequenzen (im Gegensatz zu denen von Menschen und Mäusen) noch untersucht und katalogisiert werden müssen, schnell auf SNP zu untersuchen und zu erforschen.

Ein besseres Verständnis der Genetik wird natürlich nicht dazu beitragen, die Lachspopulation über Nacht wieder aufzufüllen. Dennoch ist die Arbeit von CRITFC ein klassisches Beispiel für den Einsatz von Wissenschaft und Technologie, um sicherzustellen, dass die für die Rettung des Lachses Verantwortlichen die richtigen Entscheidungen treffen.

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