Forskare vid Texas A&M School of Veterinary Medicine &Biomedical Sciences (VMBS) har släppt en färdplan för att hjälpa den globala fiskeindustrin att bli mer hållbar. Femstegsplanen beskriver hur fiskeindustrin kan använda populationsgenomik – storskaliga jämförelser av en arts DNA – för att förhindra överfiske.
Färdkartan, nyligen publicerad i Annual Review of Animal Biosciences , kan också användas för att övervaka den genetiska mångfalden hos vilken art som helst – inte bara fisk.
"Fiske är en mycket viktig komponent i vår livsmedelsförsörjning", säger Dr. Leif Andersson, professor vid VMBS:s institution för veterinärintegrativ biovetenskap. "Den marina näringskedjan är också mycket sammankopplad, så att ha ett lågt antal av en typ av fisk kan vara skadligt för många andra arter.
"Tyvärr är över en tredjedel av världens fiskbestånd på tillbakagång på grund av faktorer som överfiske och global uppvärmning", sa han. "Vår färdkarta kan hjälpa fiskeindustrin att hålla ett närmare öga på fiskpopulationer så att vi vet när vi ska sluta fiska dem och även när de kan behöva bevarandehjälp för att återställa deras antal."
Genom att använda populationsgenomik kommer fiskeindustrin att få veta de exakta detaljerna om fisken de skördar, inklusive var de leker och vart populationen rör sig vid olika tidpunkter på året.
"Olika populationer av samma fisk kan ha viktiga distinktioner - till exempel, även i en riklig art som strömmingen har vi många subpopulationer," sa Andersson. "En typ av sill kan vara anpassad för att leva i varmare vatten och en annan i kallare temperaturer. Om du utarmar en population kanske den specifika sorten inte kommer tillbaka, och det kan få konsekvenser för människor, andra djur och miljön."
Men teknikerna i färdkartan är inte specifika för fisk – de kan användas av alla forskare som vill övervaka genetisk mångfald.
"Om du förvaltar ett område med många vargpopulationer - eller till och med lokala bin - och du vill veta hur många typer det finns, kan du använda samma färdplan," sa Andersson. "Det är användbart för alla."
Enligt den nya planen börjar övervakningen av ett fiskbestånd med att sekvensera genomet för den arten, en process som avslöjar för forskare exakt vad varje sektion av en organisms DNA gör.
"Första steget är att skapa ett referensgenom, som visar funktionen av varje gen på varje kromosom så fullständigt som möjligt," sa Andersson. "Gener är betydelsefulla eftersom de bestämmer allt från fysiska egenskaper – som skalfärg – till komplexa system – som immunsystemet.
"Vi är väldigt lyckligt lottade som lever i vad jag kallar "Golden Age" av genetisk forskning, eftersom tekniken gör resultaten mer kompletta och processen billigare, säger han. "Under lång tid var fullständiga referensgenom svåra att uppnå eftersom det finns mycket långa, repetitiva sektioner av DNA. Men vi har nu möjlighet att läsa dessa långa sektioner med hjälp av bättre sekvenseringsteknik och bioinformatik."
När väl populationsforskare har ett referensgenom för arten som de vill övervaka behöver de ett sätt att se skillnaden mellan regionala populationer.
"Steg två är att ta reda på var fisken leker; du måste veta var populationen som du vill övervaka reproducerar", sa Andersson. "När du vet det måste du ta prover på fiskar vid lekplatsen och sekvensera deras DNA. Sedan kan du jämföra populationens DNA med referensgenomet och se skillnaderna."
Steg tre är att mäta frekvensen av genetisk variation i befolkningen.
"Du måste veta hur olika populationer av samma fisk är," sa Andersson. "Till exempel, om du tar 100 DNA-prover från ålar i England och samma mängd från Nilen i Egypten, kommer du att se att det inte finns någon signifikant genetisk skillnad. Det beror på att alla ålar är en del av samma population - de har samma lekområde i Sargassohavet.
"Men sill är annorlunda", sa han. "Om du tar prover på sill från olika regioner i Atlanten kommer du att hitta hundratals platser i arvsmassan där det finns skillnader. Varje population av sill har anpassat sig till sin geografiska plats och kommer att behöva en annan förvaltningsplan."
Enligt Andersson innebär de två sista stegen att man använder information från de tidigare stegen för att avgöra exakt hur många olika populationer av en art det finns.
"Du kan till och med fokusera din analys ytterligare och använda specifika genetiska markörer för att kartlägga var varje bestånd är vid varje punkt på året," sa han. "Det är som att ha ett genetiskt fingeravtryck som gör att du kan skapa en förvaltningsplan som är specifik för varje bestånd."
Fiskerimyndigheter i Europa har redan börjat använda förvaltningsfärdplanen som lagts fram av Andersson och hans forskningssamarbetare för att övervaka nyckelpopulationer av fisk som är viktiga för både ekonomin och den lokala biologiska mångfalden.
Även om Andersson och hans team inte kommer att samla in befolkningsdata i en enda databas, hoppas han att fler människor i den globala fiskeindustrin, från fiskeföretag till statliga fiskerimyndigheter, också kommer att börja använda färdplanen så att de blir bästa praxis för hela branschen.
"Den här typen av analys skulle vara värdefull över hela världen", sa han. "Fiskar är viktiga för vår planets marina ekosystem, och de är också en hälsosam proteinkälla för människor. Men många fiskpopulationer är beroende av regionala och säsongsbetonade faktorer som inte har förståtts väl förrän nyligen. Vi hoppas att populationsgenomiken kan bli ett kraftfullt verktyg för att bedöma och upprätthålla biologisk mångfald, inte bara för fisk, utan för många arter."
Mer information: Leif Andersson et al, How Fish Population Genomics Can Promote Sustainable Fisheries:A Road Map, Annual Review of Animal Biosciences (2023). DOI:10.1146/annurev-animal-021122-102933
Tillhandahålls av Texas A&M University
