Perlenaustern sind ein wichtiges Aquakulturtier in Japan, da sie die schönen Perlen produzieren, die für Halsketten, Ohrringe und Ringe begehrt sind. In den frühen 1990er Jahren brachte diese Aquakulturindustrie jährlich etwa 88 Milliarden Yen ein. Aber in den letzten 20 Jahren hat eine Kombination aus neuen Krankheiten und roten Fluten dazu geführt, dass die Produktion von Japans Perlen von etwa 70.000 kg pro Jahr auf nur noch 20.000 kg gesunken ist.
Jetzt haben Forscher des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) in Zusammenarbeit mit einer Reihe anderer Forschungsinstitute, darunter K. MIKIMOTO & CO., LTＤ, Pearl Research Institute und Japan Fisheries Research and Education Agency, ein hochmodernes hochwertiges Genom im Chromosomenmaßstab von Perlenaustern, von dem sie hoffen, dass es verwendet werden kann, um widerstandsfähige Stämme zu finden. Die Studie wurde kürzlich in veröffentlicht DNA-Forschung.
„Es ist sehr wichtig, das Genom zu bestimmen“, sagte einer der beiden Erstautoren, Dr. Takeshi Takeuchi, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Marine Genomics Unit des OIST. „Genome sind der vollständige Satz der Gene eines Organismus – viele davon sind überlebenswichtig. Mit der vollständigen Gensequenz können wir viele Experimente durchführen und Fragen zur Immunität und zur Entstehung der Perlen beantworten.“
Im Jahr 2012 veröffentlichten Dr. Takeuchi und seine Mitarbeiter einen Entwurf des Genoms der japanischen Perlenauster Pinctada fucata, die eines der ersten Genome war, die von einer Molluske zusammengesetzt wurden. Sie setzten die Genomsequenzierung fort, um eine qualitativ hochwertigere Genomanordnung im Chromosomenmaßstab zu etablieren.
Dr. Takeuchi erklärte weiter, dass das Genom der Auster aus 14 Chromosomenpaaren besteht, von denen jeweils ein Satz von jedem Elternteil geerbt wird. Die beiden Chromosomen jedes Paares tragen nahezu identische Gene, aber es kann subtile Unterschiede geben, wenn ein vielfältiges Gen-Repertoire ihrem Überleben zugute kommt.
Wenn ein Genom sequenziert wird, fügen die Forscher traditionell das Chromosomenpaar zusammen. Das funktioniert gut bei Labortieren, die normalerweise fast identische genetische Informationen zwischen den Chromosomenpaaren haben. Aber bei Wildtieren, bei denen zwischen Chromosomenpaaren eine beträchtliche Anzahl von Genvarianten existiert, führt diese Methode zu einem Informationsverlust.
In dieser Studie entschieden sich die Forscher, die Chromosomen bei der Sequenzierung der Genome nicht zusammenzuführen. Stattdessen sequenzierten sie beide Chromosomensätze – eine Methode, die sehr ungewöhnlich ist. Tatsächlich ist es wahrscheinlich die erste Forschung, die sich auf wirbellose Meerestiere konzentriert und diese Methode verwendet.
Da Perlenaustern 14 Chromosomenpaare haben, haben sie insgesamt 28. Die OIST-Forscher Herr Manabu Fujie und Frau Mayumi Kawamitsu verwendeten modernste Technologie, um das Genom zu sequenzieren. Der andere Erstautor, Dr. Yoshihiko Suzuki, ehemaliger Postdoktorand für Algorithms for Ecological and Evolutionary Genomics des OIST und jetzt an der Universität Tokio, und Dr. Takeuchi rekonstruierten alle 28 Chromosomen und fanden die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Chromosomen eines Paars – dem Chromosom Paar 9. Bemerkenswerterweise waren viele dieser Gene mit der Immunität verbunden.
„Unterschiedliche Gene auf einem Chromosomenpaar sind ein bedeutender Fund, da die Proteine verschiedene Arten von Infektionskrankheiten erkennen können“, sagte Dr. Takeuchi.
Er wies darauf hin, dass es bei der Zucht des Tieres oft einen Stamm gibt, der eine höhere Überlebensrate hat oder schönere Perlen produziert. Die Bauern züchten oft zwei Tiere mit diesem Stamm, aber das führt zu Inzucht und reduziert die genetische Vielfalt. Die Forscher fanden heraus, dass nach drei aufeinanderfolgenden Inzuchtzyklen die genetische Vielfalt deutlich reduziert war. Wenn diese reduzierte Diversität in den Chromosomenregionen mit immunitätsbezogenen Genen auftritt, kann dies die Immunität des Tieres beeinträchtigen.
„Es ist wichtig, die Genomvielfalt in Aquakulturpopulationen zu erhalten“, schloss Dr. Takeuchi.
Mehr Informationen:
Eine hochwertige Haplotyp-Phasen-Genomrekonstruktion enthüllt eine unerwartete Haplotyp-Vielfalt in einer Perlauster, DNA-Forschung (2022). DOI: 10.1093/dnares/dsac035