De mutationer vi bär gör vår avkomma redo att möta förändringar i omvärlden

Genetisk variation ger levande organismer förmåga att snabbt anpassa sig till förändringar i livsmiljön. Ett test av gränserna för anpassningsförmågan är att utsätta en population för ett riktat urval i många generationer för att se hur extrema miljöer den kan anpassa sig till. Genom att studera en hönspopulation där man under 40 år har undersökt hur mycket kroppsvikten kan ändras genom avel har forskare nu visat att de mutationer som redan fanns i den ursprungliga populationen var väldigt viktiga för den mycket stora anpassningsförmågan.

Studien har letts av SLU-professorn Örjan Carlborg, och resultaten publicerades nyligen i den fritt tillgängliga vetenskapliga tidskriften Genome Biology.

Man har länge försökt förstå vad det är för mekanismer som gör att arter kan anpassa sig till att leva i nya miljöer. Denna kunskap är viktig för att, till exempel, förutsäga möjliga effekter på växt och djurliv av de pågående klimatförändringarna, eller vilka möjligheter vi har att anpassa kulturväxter och husdjur till nya och mer utmanande produktionsmiljöer. I en ny studie visar Örjan Carlborg och hans forskarkollegor att populationer som har ansamlat mutationer, dvs. har en stor genetisk variation, innan miljön förändras har större möjligheter att snabbt anpassa sig till nya miljöer.

I studien har forskarna utnyttjat en unik hönspopulation som är framavlad i USA. Paul Siegel, en av medförfattarna till artikeln, har sedan 1957 studerat de biologiska effekterna av att, genom avel, förändra kroppsvikten hos höns. Han började försöket med en enhetlig grupp av hönor och har nu under nästan 60 år jobbat för att avla fram så stora och så små hönor som möjligt utifrån denna ursprungspopulation. I dag väger de hönor som selekterats fram för att bli stora mer än femton gånger så mycket som de som valts ut för att bli små. Om man jämför storleken på dagens hönor med de som fanns i ursprungspopulationen är alla i linjen med små hönor mindre än den minsta, och alla i den stora större än den största, som fanns i ursprungspopulationen.

– Skillnaderna mellan de stora och de små hönorna beror på att genuppsättningen i respektive grupp snabbt har anpassats för ökad respektive minskad storlek, säger Örjan Carlborg, som tillsammans med Paul Siegel vid Virginia Tech i USA har initierat de genetiska studierna på hönslinjerna.

Tidigare arbeten har visat att det är mutationer i många gener som har bidragit till att hönsen idag skiljer sig så markant i storlek.

– Det vi nu har kunnat visa är att de mutationer som redan fanns innan aveln påbörjades har varit centrala för att hönsen skulle kunna anpassa sin storlek så mycket bortom den storleksvariation man kunde se i ursprungspopulationen, förklarar Zheya Sheng, SLU, som har analyserat data från de studerade hönsen.

Dessa resultat visar hur viktigt det är för en population att bära på ett stort antal mutationer redan innan dess livsmiljö förändras, för att snabbt kunna anpassa sig genom att utveckla egenskaper som inte kan observeras i populationen idag. Man har länge trott att sådana befintliga mutationer skulle kunna vara viktiga, men det har varit svårt att påvisa hur stort deras bidrag har varit, eftersom deras effekter varit sammanblandade med bidraget från nya mutationer som uppkommit under selektionen.

– Genom vårt unika experimentella upplägg har vi här kunnat separera effekter från befintliga och nya mutationer, och därigenom kunnat visa att bidraget från existerande genetisk variation kan vara betydande även i fall där ursprungspopulationen inte uppvisar så stor variation för den selekterade egenskapen, fortsätter Örjan Carlborg.

Denna insikt bidrar till en bättre förståelse av de mekanismer som ligger bakom både naturligt urval och avel respektive växtförädling. Därigenom har vi nu bättre möjligheter att förstå hur tama och vilda arter kan förväntas hantera till exempel snabba klimatförändringar eller ändrade produktionsförhållanden inom lantbruket.

Mer information
Örjan Carlborg, institutionen för kliniska vetenskaper, SLU
018-67 20 01, 076-210 91 14, orjan.carlborg@slu.se

http://www.slu.se/orjan-carlborg/

Artikeln
Standing genetic variation as a major contributor to adaptation in the Virginia chicken lines selection experiment. Zheya Sheng, Mats E. Pettersson, Christa F. Honaker, Paul B. Siegel & Örjan Carlborg. Genome Biology 2015, 16:219 doi:10.1186/s13059-015-0785-z
http://www.genomebiology.com/2015/16/1/219

Pressbild (får användas fritt i artiklar om detta pressmeddelande, fotograf ska anges)

Vid 8 veckors ålder är hönorna som selekterats för hög kroppsvikt i genomsnitt nio gånger så tunga som de som selekterats för låg kroppsvikt. På bilden sitter en höna selekterad för låg kroppsvikt i 49 generationer på ryggen av en höna selekterad för hög kroppsvikt under samma antal generationer. Foto: Paul B. Siegel.