Как суматранскому носорогу избежать инбридинга и вымирания

Численность популяции суматранского носорога (Dicerorhinus sumatrensis), прежде распространенного в дождевых лесах Юго-Восточной Азии, за последние 20 лет сократилась на 70%. На сегодня насчитывается менее 100 особей. Международный союз охраны природы внес его в список видов, находящихся под угрозой исчезновения. К падению численности вида могут приводить как экологические факторы, так и генетические, такие как инбридинг и груз вредных мутаций. Команда под руководством специалистов из Центра палеогенетики в Стокгольме (Швеция) выяснила, каков вклад генетических причин в снижение численности суматранского носорога. Статья с результатами этой работы опубликована в Nature Communications.

Ученые секвенировали геномы 16 современных особей суматранского носорога из двух популяций с островов Суматра и Борнео и скорее всего вымершей популяции с Малайского полуострова (с 2007 года в этом регионе нет подтверждений ее существования). Кроме того, секвенировали ДНК суматранского носорога из музейных образцов пяти особей, возраст образцов — до 140 лет. Геномы секвенировали с 9–29-кратным покрытием.

Анализ главных компонент показал, что три популяции образуют три генетических кластера. С помощью метода PSMC ученые восстановили демографическую историю: во всех трех популяциях произошло резкое сокращение численности 700–500 тысяч лет назад и последующее умеренное сокращение 2000–1000 лет назад. Выяснилось также, что популяция Борнео начала отделяться от остальных 300 тысяч лет назад, а носороги Суматры и Малайского полуострова разделились намного позже, от 13 до 9 тысяч лет назад.

Используя более 4,6 млн. SNP, авторы оценили степень гетерозиготности в геномах суматранского (число гетерозиготных сайтов на 1000 bp), а по показателю гомозиготности (Runs of Homozygosity) вычислили уровень инбридинга. К их удивлению, оказалось, что в популяциях Суматры и Борнео показатель гомозиготности довольно низкий. Длинные гомозиготные сегменты (≥ 2 Mb) составляли в среднем менее 10% генома. Вымершая малайская популяция при этом отличалась высоким уровнем инбридинга: длинные гомозиготные сегменты составляли 30% генома.

Затем исследователи оценили мутационную нагрузку (число потенциально вредных мутаций) в каждой из популяций, используя два разных метода. Оказалось, что популяция на Борнео несет бо́льшую мутационную нагрузку, чем популяция на Суматре и вымершая малайская популяция.

Ученые полагают, что относительно низкий уровень инбридинга в ныне живущих популяциях суматранского носорога связан с тем, что критическое снижение численности произошло недавно (в последние 20 лет), и популяции просто не успели войти в состояния инбридинга. Это хорошая новость, она означает сохранение генетического разнообразия на сегодня. Но если не предпринимать никаких мер, в ближайшем будущем инбридинг неизбежен. При этом высокая мутационная нагрузка приведет к драматическим для выживания последствиям.

«Если популяции не начнут увеличиваться в размерах, возникает риск, что уровень инбридинга начнет расти, и, как следствие, повысится частота генетических заболеваний», — говорит Николас Дассекс, сотрудник Центра палеогенетики и один из руководителей исследования.

Авторы считают, что спасти вид можно путем организации потока генов между популяциями суматранского носорога с Борнео и Суматры с помощью перемещения особей с одного на другой остров либо искусственного осеменения. Сравнение геномов с Борнео и Суматры не выявило значимых различий в локальных генетических адаптациях, так что это обстоятельство не должно стать препятствием.

По мнению ученых, современные технологии секвенирования геномов и полногеномного анализа имеют большие перспективы для сохранения исчезающих видов.