Сборка генома гигантской черепахи с островов Альдабра поможет сохранению вида

Сейшельская гигантская черепаха (Aldabrachelys gigantea) — эндемик атолла Альдабра и один из двух оставшихся в мире видов гигантских черепах. Из-за крайне ограниченного ареала обитания в дикой природе и угрозы, связанной с изменением климата, этот уязвимый вид занесен в Красный список Международного союза охраны природы (МСОП).

Геномная информация об A. gigantea практически отсутствует, что затрудняет работу по сохранению популяций. Высококачественная геномная сборка также дала бы возможность исследовать генетические основы гигантизма (отдельные особи могут достигать 300 кг) и исключительной продолжительности жизни (более 100 лет) вида.

Ученые из Цюрихского университета совместно с коллегами из Цюрихского зоопарка и с Сейшельских островов представили первую в мире высококачественную сборку на уровне хромосом генома A. gigantea. В работе было использовано сразу три технологии секвенирования: секвенирование с генерацией высокоточных длинных прочтений (PacBio HiFi), секвенирование с определением конформации хромосом (Hi-C) и секвенирование РНК (RNA-seq). Биологический материал для работы был отобран в декабре 2020 года у самки A. gigantea по кличке Германия (Hermania), живущей в Цюрихском зоопарке, а образец для RNA-seq — у самца по кличке Большой мальчик (Grosser Bub).

Размер генома A. gigantea оценивается в 2,37 Гб, образующих 26 хромосом. Геном также имеет низкую гетерозиготность в 0,072%, что соответствует 0,72 SNP на 1 Кб. Гетерозиготность соотносится с показателями для других исчезающих таксонов, таких как амурский тигр (0,49 SNP на 1 Кб) и горная горилла (0,65 SNP на 1 Кб), однако выше, чем у некоторых исчезающих видов черепах, например, Абингдонской слоновой черепахи (0,13 SNP на 1 Кб). Предсказание генов с помощью секвенирования РНК идентифицировало 23 953 гена, кодирующего белок, со средней длиной гена 39 458 п.н. (включая интроны), что меньше, чем у генов других черепах.

Анализ синтении среди геномов черепах выявил высокий уровень хромосомной коллинеарности даже среди отдаленно родственных таксонов, что согласуется с предыдущими исследованиями, в которых скорость замещения оснований (скорость эволюции) черепах оказалась относительно низкой.

Чтобы продемонстрировать, как новый эталонный геном можно использовать для практических целей, авторы провели секвенирование с низким покрытием полных геномов 30 гигантских черепах из дикой популяции и двух особей из Цюрихского зоопарка. Прежде всего исследователи сосредоточились на выявлении генетической дифференциации внутри и между островами в дикой популяции, а также на установлении вероятного происхождения особей, содержащихся в зоопарке. Так, на основании 6 651 907 SNP особи с острова Малабар и Гранд-Тер (острова атолла Альдабры) были разделены на отдельные группы. Оба образца зоопарка относились к группе особей Гранд-Тер, что указывает на наиболее вероятное происхождение этих особей, отловленных в XX веке.

При оценке мутационной нагрузки вида ученые также определили 630 SNP с предположительно высоким влиянием на функцию генов, 432 SNP были аннотированы как варианты с потерей функции (например, мутированные стартовые или стоп-кодоны) и 124 SNP — как имеющие нонсенс-опосредованный эффект распада.

Авторы подчеркивают, что понимание уровней геномного разнообразия как в диких, так и в ex situ популяциях имеет важнейшее значение для работы по восстановлению дикой природы и сохранению уязвимых видов. Кроме того, полногеномный анализ полиморфизмов может быть использован для определения вредных мутаций, угрожающих здоровью популяции в долгосрочной перспективе.