Eesti Maaülikooli teadlaste poolt juhitud uuring kirjeldab uudset lähenemist, mis ühendab geenide aktiivsuse ja regulatsiooni suuremahulised andmed loodusliku valiku poolt mõjutatud genoomi piirkondade informatsiooniga. Töö tulemused annavad uut olulist teavet selle kohta, kuidas kohastumine tumeda ja happelise veega järvedes on vorminud ahvena genoomi mitmekesisust.

Funktsionaalse ja evolutsioonilise genoomika ühendamine paljastas loodusliku valiku sihtmärgid ning kohastumise seisukohalt kõige olulisemad füsioloogilised protsessid. Kui funktsionaalse genoomika kui teadusharu eesmärgiks on mõista organismi ja geenide toimimise vahelisi keerulisi mehhanisme, siis evolutsiooniline genoomika keskendub ajas toimuvate geneetiliste muutuste kirjeldamisele. 

Eesti Maaülikooli vesiviljeluse õppetooli ja Rootsi Põllumajandusteaduste Ülikooli professori Anti Vasemägi sõnul on tegemist maailmas ainulaadse uuringuga mitmes mõttes.

"Seni on loodusliku valiku jälgede tuvastamiseks kasutatud peamiselt populatsioonigenoomika meetodeid, kuid kohastumiste molekulaarsete mehhanismide selgitamiseks on hädavajalik paremini mõista geenide rolli eri kudedes ja keskkonna mõju geenide avaldumisele,” selgitas uuringut juhtinud Vasemägi. ”Seepärast oligi meie esmaseks eesmärgiks töötada välja sobiv metoodika, mis ühendab kohastumise seisukohalt oluliste genoomi piirkondade teabe geenide aktiivsuse ja regulatsiooni suuremahulised andmetega erinevates kudedes,” lisas ta.

Uuringu tulemusena avastati tuhandeid geenide aktiivsust mõjutavaid geneetilisi variatsioone ehk eQTLs (ingl. k. expression Quantitative Trait Loci). Teisisõnu leiti üles genoomis paiknevad variatsioonid, mis mõjutavad geenidelt mahaloetava informatsiooni hulka  - aktiivselt kasutuses oleva geeni RNA koopiaid leidub rakus palju, mille tulemusel toodetakse ka vastavast geenist sageli rohkem valku. Varasemad tööd eri organismidel on näidanud, et just sellised geenide aktiivsust reguleerivad mutatsioonid on olulised kohastumisel erinevate keskkonnatingimustega. Vasemägi sõnul on regulatoorsete DNA muutuste tähtsust nii kohastumisel kui liikide kujunemisel ennustatud inimese ja šimpansi valke kodeerivate järjestuste äärmise sarnasuse alusel juba 50 aastat tagasi.

"Analüüsi käigus avastasime valiku all olevate regulatoorsete variatsioonide kõrgema sageduse kahes uuritud koes, mis näitab koe-spetsiifiliste regulatoorsete mutatsioonide olulisust ahvena kohastumisel,” ütles Vasemägi. "Loodusliku valiku all olevate DNA muudatuste sagedus oli kõrgeim just nendes geenides, mille aktiivsus erines oluliselt tumedates ja selgeveelistes järvedes elavatel ahvenatel. Aga seda ainult kahes uuritud elundis, nimelt lõpuses ja põrnas avaldunud geenide puhul. See omakorda viitab nende kahe elundi olulisele rollile kohastumisel tumeda ja happelise keskkonnaga," selgitas uuringus osalenud Maaülikooli vesiviljeluse õppetooli juht, professor Riho Gross.

Ta lisas, et düstroofsetes ehk huumustoitelistes järvedes valitseb juba mõne meetri sügavusel peaaegu pilkane pimedus, sest lühema lainepikkusega valgus ei tungi läbi tumeda vee. Lisaks valgustingimustele erinevad tumedates järvedes ka väga erinevad vee keemilised ja füüsikalisi omadused võrreldes slegeveeliste järvedega.

"Seega ei olnud päris ootamatu, et tugevaid loodusliku valiku jälgi esines just lõpustes avaldunud geenides, mis toimivad kala hingamiselundina omades olulist rolli ka kaltsiumi-, kaaliumi-, naatriumi- ja muude ioonide transpordil ning pH tasakaalu regulatsioonil," ütles ta.

Vasemägi rõhutas, et liikide kohastumine äärmuslike keskkonnatingimustega on keerukas protsess ning geenide avaldumise ja selektsiooni jälgede üheaegne uurimine võimaldab lihtsamalt leida üles geenid, millel on ellujäämises võtmerolli. Seega ühendades evolutsioonilise ja funktsionaalse genoomika meetodeid on võimalik paremini mõista elurikkust mõjutavaid tegureid ja kliima muutuste mõju geneetilisele mitmekesisusele.

Teadlaste välja töötatud meetod on kasutatav erinevatel liikidel, kaladest ja kahepaiksetest imetajate ja lindudeni.

Uuring ilmus ajakirjas Molecular Ecology | Molecular Genetics Journal | Wiley Online Library. Projekti toetasid Eesti Teadusagentuur (PRG852) ja Rootsi Teadusnõukogu (2020-03916).

Kui sulle see lugu meeldis, siis toeta sõltumatut rohelist meediat   Anneta