Genomika w służbie ekologii

Zmienność genetyczna występująca u jednego gatunku może mieć wpływ na kompozycję lokalnej biocenozy oraz funkcjonowanie ekosystemu. Do niedawna skupiano się przede wszystkim na gatunkach roślin stanowiących fundament danego ekosystemu, które tworzą stabilne warunki życia i dostarczają odpowiednich zasobów dla różnorodnych gatunków. Genotyp gatunku – fundamentu wpływa na kondycję innych gatunków poprzez pośrednią interakcję genetyczną. Przykładem tego typu interakcji na wielu poziomach troficznych jest gatunek topoli Populus angustifolia. Niektóre osobniki tego gatunku topoli wykazują odporność na mszyce z gatunku Pemphigus betae. Zatem owady nie atakują drzew o określonym genotypie. Przekłada się to na strukturę lokalnej biocenozy tego drzewa, gdyż brak mszyc oddziałuje na wszystkie poziomy troficzne tego ekosystemu m. in. zróżnicowanie gatunkowe pośród grzybów, owadów, pająków oraz ptaków.

Dzięki dostępności kompletnie zsekwencjonowanych genomów powstała odrębna dyscyplina badań – genomika. Genomika odnosi się do badań naukowych dotyczących genów, przy czym bardziej zestawów genów niż pojedynczego genu. Postępy w rozwoju technologii sekwencjonowania zbiegły się w czasie z pojawieniem się wysokoprzepustowych technik eksperymentalnych. Kompletnie zsekwencjonowane genomy zmieniają sposób prowadzenia badań eksperymentalnych i pozwalają na rozważanie zagadnień, których badanie nie było dotąd możliwe.

Jednak postęp w genomice odnosi się przede wszystkim do gatunków uprawnych lub modelowych. Do tej pory jedynym dobrze poznanym gatunkiem o ekologicznym znaczeniu jest topola. Rozszerzenie badań na inne gatunki kluczowe dla ekosystemów może dostarczyć informacji o fenotypach ekosystemu z przełożeniem na spokrewnione gatunki innych ekosystemów.

Genomiczne podejście do procesów zachodzących w ekosystemie jest szczególnie istotne ponieważ jest ono w stanie zobrazować złożone zależności pomiędzy gatunkami z przełożeniem na wyjaśnienie mechanizmów zróżnicowania środowiskowego. Obecnie sekwencjonowane są coraz częściej genomy gatunków o kluczowym znaczeniu dla ekosystemów (chociaż czasem z przyczyn zupełnie innych), jak na przykład poznany genom kauczukowca, a nawet gatunków chronionych takich jak bóbr europejski.Wyjaśnienie molekularnych podstaw może pomóc zrozumieć zależności ekologiczne, które mają znaczący wpływ na funkcjonowanie ekosystemu. Przykładowo, skondensowane taniny, które wpływają na troficzne oddziaływania, drobnoustroje glebowe, rozkład zalegających liści oraz stopień mineralizacji azotu w glebie mogą również oddziływać wtórnie na roślinę – gospodarza. Dziedziczność swoistych fenotypów ekosystemu wskazuje na to, iż wykorzystanie genomiki w ekologii może uwidocznić, ukryte pośród zachowań ekosystemu, korelacje. Połaczenie genomiki z ekologią ekosystemów może pomóc zrozumieć jak ukształtowane są złożone ekosystemy oraz w jaki sposób były formowane w procesie swojej ewolucji.

Kamil Myszczyński 

Literatura:

• 1. Whitham T. G., DiFazio S. P., Schweitzer J. A., Shuster S. M., Allan G. J., Bailey J. K., Woolbright S. A. Extending genomics to natural communities and ecosystems. Science 25(320), 2008. 
• 2. Higgs P. G., Attwood T. K. Bioinformatyka i ewolucja molekularna. PWN, 2013. 
• 3. Whitham T. G., Bailey J. K., Schweitzer J. A., Shuster S. M. A framework for community and ecosystem genetics: from genes to ecosystems. Nature Reviews Genetics 7, 510-523, 2006. 
• 4. Schweitzer J. A., Bailey J. K., Fischer D. G., LeRoy C. J., Lonsdorf E. V., Whitham T. D., Hart S. C. Plant-soil-microorganism interacions: heritable relationship between plant genotype and associated soil microorganisms. Ecology 89, 773 (2008).