Новые результаты, опубликованные 29 октября в Science, означают, что в водосборном бассейне, таком как река Кламат, разные участки чавычи являются частью единой разнообразной популяции.
«Это похоже на синий и коричневый цвет глаз у людей – это просто зависит от того, какой генотип вы унаследовали от своих родителей», – сказал автор-корреспондент Джон Карлос Гарза, адъюнкт-профессор наук об океане Калифорнийского университета в Санта-Круз и генетик-исследователь из NOAA Southwest Fisheries Science. Центр.
Исследование имеет глубокие последствия для сохранения чавычи, крупнейшего вида лосося, и управления им, и делает восстановление осажденного источника реки Кламат более осуществимым, если планы по устранению плотин на реке будут продвигаться вперед.
«Мы рассматриваем это как очень хорошие новости», – сказал Гарза.
Команда Гарзы начала с секвенирования полных геномов 160 лососей чавычи из бассейнов рек Кламат и Сакраменто. Единственные устойчивые различия, которые они обнаружили между весенними и осенними рыбами, произошли в пределах одного участка хромосомы 28.
В этом регионе они определили более короткий «регион сильнейшей ассоциации» (RoSA), который встречается в двух версиях: «E» для ранней миграции и «L» для поздней миграции.
RoSA включает части двух генов и участок ДНК между ними.
Версии E и L различаются во многих местах, что делает их «гаплотипами», термином для набора вариаций ДНК, которые наследуются вместе. Лосось, как и все позвоночные, наследует два набора хромосом, по одному от каждого родителя, поэтому их «генотип» RoSA может быть EE, LL или EL.
Вооружившись генетическими маркерами гаплотипов E и L, исследователи отобрали образцы 502 чавычи, добытой племенем юрок в устье реки Кламат. Для рыб с «гомозиготными» генотипами EE и LL не было совпадения во времени миграции, когда рыба покидала океан, чтобы подплыть к Кламату и нереститься. Рыбы EE мигрируют рано (весенний бег), а рыбы LL мигрируют позже (осенний бег).
Рыбы с «гетерозиготным» генотипом EL имели промежуточное время миграции, перекрываясь с таковыми для гомозиготных генотипов. Время миграции EL-лосося смещено в сторону весеннего бега, но некоторые из них перекрываются с осенним.
По словам Гарзы, эти результаты показывают, что сезонные различия в миграции полностью связаны с генетическими вариантами RoSA. «Это было выдающееся открытие», – сказал он. "Я не знаю другой области гена, которая бы так полностью определяла сложное миграционное поведение позвоночных в дикой природе."
Этот результат особенно поразителен, потому что люди давно отметили различия между весенним и осенним лососем по содержанию жира и другим характеристикам, которые, как предполагалось, были частью набора наследственных признаков, характеризующих разные бега.
Но на самом деле, сказал Гарза, все эти различия связаны со сроками миграции, определяемыми генотипом RoSA.
Весной лосось попадает в пресную воду в начале года, где он сталкивается с другими условиями окружающей среды, особенно с более теплой водой, что, вероятно, ускоряет их созревание.
Перед нерестом рыбы проводят лето в прохладных глубоких водоемах рядом с местом нереста.
«Весенние и осенние рыбы начинают созревать в океане одновременно, но в течение этого периода после того, как весенний период попадает в пресную воду, они испытывают разные условия окружающей среды, что приводит к различиям в том, где и когда они нерестятся», – сказал Гарза. «Кроме того, люди замечают различия в содержании жира и состоянии тела, потому что они сталкиваются с весенней рыбой раньше в процессе созревания, чем с осенней рыбой."
Когда исследователи взяли образцы туш лосося, погибшего после нереста в реке Лосось, главном притоке Кламата, они обнаружили доказательства того, что весенний и осенний лосось свободно скрещивались. Соотношения генотипов EE, LL и EL были близки к тому, что можно было бы ожидать для случайных моделей спаривания. Гарза отметил, что если две рыбы EL спариваются, их потомство будет включать рыб EE, LL и EL.
Другими словами, весенний лосось может иметь брата или сестру на осеннем бегу.
«Трудно придумать какой-либо сценарий, в котором можно было бы классифицировать людей из одного гнезда как принадлежащих к разным популяциям», – сказал он. "Для меня одним из основных сообщений является то, что, пытаясь классифицировать вещи, мы упустили из виду тот факт, что это, по сути, одно и то же животное."
Исследователи распространили свое исследование трупов после нереста на реки северной Калифорнии и реку Силец в Орегоне. Опять же, они обнаружили, что гетерозиготные (EL) рыбы были широко распространены там, где встречаются рано мигрирующие рыбы и для них существует подходящая среда обитания.
Исследователи также обнаружили, что гаплотипы RoSA одинаковы во всех линиях чавычи, обитающих в разных реках, что указывает на то, что они предшествовали эволюции генетически различных линий, адаптированных к определенным водостокам вдоль побережья.
«Эти гаплотипы везде одинаковы, что является хорошей новостью, потому что это означает, что не существует вариантов, связанных с признаком весенней миграции, которые были потеряны с искоренением исторически обильного весеннего стока в верховьях реки Кламат», – сказал Гарза сказал.
Плотины блокируют миграцию лосося в верховьях реки Кламат с 1912 года.
Потомки лосося, которые раньше появлялись в верхнем Кламате, теперь останавливаются у плотины Железных ворот и появляются внизу там. Плотины также сократили среду обитания в прохладной воде, необходимую весеннему лососю для выживания летом, благодаря селекции против генотипов EE и EL.
Но команда Гарзы обнаружила, что чавычи с генетическими признаками местной адаптации к верхнему Кламату все еще сохраняются ниже плотины.
«Это подчеркивает важность снятия этих плотин, потому что потомки исторического источника верхнего Кламата все еще существуют – они только что потеряли гаплотип E», – сказал Гарза. "Простое скрещивание с другими популяциями в Кламате, чтобы вернуть гаплотип E в генетический фон чавычи верхнего Кламата, могло бы восстановить этот весенний бег."