Скрытое генетическое разнообразие помогло инбредным коричневым бойгам захватить Гуам

Коричневая бойга — инвазивный вид на Гуаме. Источник: Геологическая служба США

Коричневая бойга стала одним из самых известных в мире примеров инвазивного вида. Родом из Австралии и южной части Тихого океана, змея, вероятно, попала на Гуам после Второй мировой войны, спрятавшись на борту военных транспортных самолетов. Ее появление имело разрушительные последствия: коричневые бойги привели к локальному вымиранию многих местных лесных птиц Гуама и ежегодно вызывают сотни отключений электроэнергии, забираясь на столбы линий электропередач и электрооборудование. В некоторых частях этой территории США их численность достигает 30 000 змей на квадратную милю.

Вторжение долгое время озадачивало биологов, поскольку считается, что популяция на Гуаме началась с небольшого числа змей. Такая ограниченная основанная популяция обычно создает серьезное генетическое «бутылочное горлышко». При меньшем количестве генетических различий инбридинг (близкородственное скрещивание) обычно снижает способность вида к адаптации и делает быстрый рост популяции менее вероятным.

Новое исследование под руководством Университета в Буффало, опубликованное 24 июля в журнале Science Advances, предполагает, что коричневые бойги обладают гораздо большей генетической вариативностью, чем считалось ранее. Исследователи из UB и Геологической службы США (USGS) использовали передовое секвенирование длинных фрагментов ДНК для изучения крупных участков генома змеи. Они обнаружили тысячи структурных вариантов, включая сегменты ДНК, которые были дублированы, удалены или перестроены. Многие из этих вариаций были сконцентрированы в генах, связанных с иммунитетом и обонянием. Эта скрытая генетическая изменчивость может помочь объяснить, как популяция, основанная всего несколькими змеями, смогла пережить интенсивный инбридинг, адаптироваться к Гуаму и так резко расшириться.

«Коричневая бойга, возможно, не является чрезвычайно разнообразной, но у нее есть важные источники генетического разнообразия, которые недооценивались», — говорит соавтор исследования Тревор Краббенхофт, доктор философии, доцент кафедры биологических наук UB.

Это открытие может разочаровать организации, которые десятилетиями пытались сдержать популяцию коричневых бойг на Гуаме. Большая генетическая гибкость может сделать инвазивный вид более устойчивым, чем предполагалось ранее. В то же время результаты могут дать надежду для исчезающих видов с небольшими или сильно инбредными популяциями.

«Возможно, что у исчезающих видов может быть больше гибкости в генах, чем мы думаем, — говорит первый автор Кристофер Осборн, доктор философии, бывший аспирант лаборатории Краббенхофта, а ныне водный биолог в Университете штата Нью-Йорк в Освего. — Теперь мы начинаем лучше понимать недооцененные источники генетического разнообразия, которые могут объяснить, как некоторые инбредные виды все еще могут реагировать на окружающую среду».

Большая часть того, что ученые знают о генетическом разнообразии, получена в результате изучения изменений в отдельных парах оснований ДНК. Секвенирование длинных фрагментов ДНК позволяет исследователям изучать гораздо более крупные, непрерывные участки генома, что дает возможность обнаруживать структурные варианты, затрагивающие 50 и более пар оснований. В совокупности структурные варианты изменяют почти в восемь раз большую часть генома, чем изменения, затрагивающие отдельные пары оснований.

«Это все равно что рассматривать части двух книг буква за буквой через увеличительное стекло и думать, что они одинаковы, но не замечать, что целые абзацы были перемещены или продублированы. Старые технологии секвенирования не позволяли нам легко увидеть, что ДНК одной особи может находиться в совершенно другом месте хромосомы, чем у другой, — говорит Леви Грей, доктор философии, постдокторант лаборатории Краббенхофта. — То, как мы определяем генетическое разнообразие и как мы его фактически измеряем, во многом определяется технологиями сегодняшнего дня».

Когда команда проанализировала образцы в лаборатории Краббенхофта, они идентифицировали более 19 000 структурных вариантов в геноме коричневой бойги. Эти вариации не были разбросаны случайным образом по геному. Вместо этого они особенно часто встречались в генах, участвующих в иммунной функции и обонянии. Коричневые бойги сильно полагаются на обоняние для навигации и охоты. Необычное разнообразие, обнаруженное в их обонятельных генах, также может помочь объяснить поведенческую загадку: известно, что коричневые бойги поедают других змей в своем родном ареале, но мало доказательств того, что они часто охотятся друг на друга на Гуаме.

«Обостренное обоняние змей может позволить им узнавать друг друга скорее как родственников — особенно учитывая высокий уровень инбридинга — чем как добычу», — говорит Грей.

Ученые до сих пор не знают, присутствовали ли структурные варианты до того, как змеи попали на Гуам, или некоторые из них появились после начала вторжения. Определение того, когда появились эти изменения, потребует сравнения с коричневыми бойгами из их естественного ареала.

«Возможно ли, что часть этого разнообразия возникла после вторжения? Да, но мы должны были бы секвенировать змей из местных популяций, чтобы знать наверняка», — говорит Грей.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом в Буффало.

Christopher A. Osborne, Brian M. Foote, Steven J. Fleck, Hannah M. Waterman, Sarah L. Chang, Melia G. Nafus, M. Renee Bellinger, Levi N. Gray, Trevor J. Krabbenhoft. Genomic structural variation rescues a classic biological invader from a population bottleneck. Science Advances, 2026; 12 (30) DOI: 10.1126/sciadv.aed3656