Gloppur í erfðamengi þess gula

Þorskurinn (Gadus morhua) sem stundum er kallaður sá guli er einn mikilvægasti nytjafiskur veraldar. Þorskveiðar hafa verið stundaðar um allt norðanvert Atlantshaf undangengnar aldir, með þeim afleiðingum að stofnarnir hafa látið á sjá. Frægast er að þorskstofninn við strendur Kanada hrundi fyrir síðustu aldamót, með skelfilegum afleiðingum fyrir sjávarþorp og útgerðir.

Fiskveiðistjórn byggist á þekkingu á líffræði tegundanna, t.d. stofnstærð, fjölgunargetu, fari milli landsvæða og fæðu. Margir líffræðingar, hérlendis við Háskóla Íslands og Hafrannsóknastofnun og erlendis (aðallega í Noregi) hafa kannað breytileika í útliti, eiginleikum og erfðamengi þorskins. Erfðafræðirannsóknir hafa sýnt forvitnilegan mun á milli hafsvæða, t.d. þegar horft er á hvatberalitninginn (Árnason 2004). Einnig sýnir Pan I genið sláandi fylgni við dýpi, þannig að fiskar af ákveðinni arfgerð finnast nær eingöngu neðan 200 metra dýpis (Aðlögun að dýpi). Af sögulegum og aðferðalegum ástæðum var erfðabreytileiki í hemoglóbín genum þorskins einnig mikið rannsakaður, þar sem arfgerðir voru mismunandi eftir landsvæðum og virtust einnig tengjast útliti og hitaþoli (sjá t.d. Borza ofl. 2009). Samt er þorri breytileikans sameiginlegur Norðusjávar, Íslands og Norður-Ameríkuþorski. Það þýðir að þorskar flytjast á milli landsvæða og makast.

Rannsóknir á stökum genum geta hins vegar gefið ólíkar niðurstöður, því þau eru staðsett á ólíkum litningum og vegna endurröðunar þeirra. Þess vegna er mikilvægt að skoða mörg gen þegar skyldleiki einstaklinga og stofna er skoðaður (FBI notar 13 mjög breytileg gen til að athuga hvort grunaðir hafi verið á vettvangi glæps). Til þess að skilja fjölbreytileika þorskins er því brýnt að raðgreina erfðamengi hans. Norskir aðillar (og tveir þjóðverjar) birtu í Nature vikunnar fyrstu drög að erfðamengi þorskins. Þar kennir margra forvitnilegra gena, en stærstu tíðindin eru þau að heilt genagengi vantar í þorskinn. Hin ærið mikilvægu MHC2 gen tilheyra ónæmiskerfi hryggdýra, og gera þeim kleift að greina og búa til mótefni gegn bakteríum og sníkjudýrum, vantar í þorskinn (sem og gen nokkura prótína sem starfa með MHC2 prótínunum).

Hvernig í ósköpunum kemst þorskurinn af án þessara gena? 

Svarið er fjölþætt, einnig er ágætt að rifja upp að aðrir fjölfrumungar (skordýr, sniglar, ormar) eru ekki með MHC gen og spjara sig ágætlega.

Í tilfelli þorskins virðist sem önnur gen og kerfi hafi tekið við hlutverki MHC2 genanna. Nokkrar vísbendingar um þetta eru tíundaðar í greininni í Nature. Í fyrsta lagi er mun fleiri eintök af MHC1 genunum og þau breytilegri innbyrðis meðal þorska en t.d. músa og manna. MHC2 er einmitt mjög breytilegt, sem nýtist við að skynja útlit margvíslegra sýkla, og í þessu tilfelli er eins og MHC1 genin séu farin að virka eins og MHC2. Í öðru lagi virðist sem náttúrulega ónæmiskerfið (innate immunity)* hafa stækkað að umfangi. Altént finnast fleiri gen nokkura lykilviðtaka þess kerfis.

Það má því líkja þessu við breytingu á samsetningu herliðs. Her eins lands (hér ónæmiskerfi þorskins) missti alla skriðdrekana sína, en í staðinn stækkuðu þeir flugherinn og vélvæddu fótgönguliðanna.

Niðurstaðan er allavega sú að þrátt fyrir stórkostlegar breytingar á samsetningu erfðamengis þorskins hefur sá guli það nokkuð gott. Holdið er allavega prýðilegt til átu, ekki kjaftfullt af hringormi eins og búast mætti við er ónæmiskerfið væri allt í steik.

Ítarefni og glósur.

* Það að hið forna ónæmiskerfi sé kallað hið "náttúrulega ónæmiskerfi" þýðir vitanlega ekki að frumubundna ónæmiskerfið sé ónáttúrulegt!

Arnason E.  Mitochondrial cytochrome B DNA variation in the high-fecundity atlantic cod: trans-atlantic clines and shallow gene genealogy. Genetics. 2004 Apr;166(4):1871-85.

Borza T, Stone C, Gamperl AK, Bowman S.  Atlantic cod (Gadus morhua) hemoglobin genes: multiplicity and polymorphism. BMC Genet. 2009 Sep 3;10:51.

Star B, Nederbragt AJ, Jentoft S, Grimholt U, Malmstrøm M, Gregers TF, Rounge TB, Paulsen J, Solbakken MH, Sharma A, Wetten OF, Lanzén A, Winer R, Knight J, Vogel JH, Aken B, Andersen O, Lagesen K, Tooming-Klunderud A, Edvardsen RB, Tina KG, Espelund M, Nepal C, Previti C, Karlsen BO, Moum T, Skage M, Berg PR, Gjøen T, Kuhl H, Thorsen J, Malde K, Reinhardt R, Du L, Johansen SD, Searle S, Lien S, Nilsen F, Jonassen I, Omholt SW, Stenseth NC, Jakobsen KS. The genome sequence of Atlantic cod reveals a unique immune system. Nature. 2011 Aug 10. doi: 10.1038/nature10342. [Epub ahead of print]