AKTUALITY ŠUMAVSKÉHO VÝZKUMU s. 213 217 Srní 2. 4. dubna 2001 Genetická charakterizace pstruha obecného (Salmo trutta m. fario) v oblasti Šumavy Věra Šlechtová 1, Vlastimil Šlechta 1 & Josef Pokorný 2 1 Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, Laboratoř genetiky ryb, CZ 277 21 Liběchov, Česká republika 2 Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Výzkumný ústav rybářský a hydrobiologický, Zátiší 728/II, CZ 389 25 Vodňany, Česká republika Naše stručná prezentace navazuje na práce ing. Pokorného a ing. Randáka o biologii pstruha potočního v oblasti Šumavy a je rozšířením výsledků několikaletého průzkumu tohoto druhu z hlediska genetického. Pstruh obecný je jedinou evropskou lososovitou rybou, u které dosti dobře známe taxonomickou organizaci poddruhů a skupin populací (výsledky posledního desetiletí shrnuje LAI- KRE & al. 2000). Dobře dokumentovaná je i historie jeho migrací v dobách meziledových i po poslední době ledové. Tento druh jako jeden z hospodářsky nejvýznamnějších byl středem zájmu již od konce minulého století a jeho umělé rozmnožování bylo především v posledních desetiletích úzce spjato s velmi intenzívním vysazováním do volných vod a rovněž převozy jiker a ryb po celé zemi bez ohledu na povodí nebo i úmoří bylo (a stále je) běžným jevem. To všechno vedlo k promíchání a zkřížení různých místních forem či populací a k téměř úplnému odstranění rozdílů mezi nimi. V rámci spolupráce s některými evropskými zeměmi jsme měli možnost studovat genetickou strukturu různých populací pstruha obecného u nás. Vzhledem k historii chovu pstruha obecného v našich zemích jsme od počátku předpokládali, že zde dlouhou dobu docházelo k mísení populací a stírání genetických rozdílů mezi nimi. Proto jsme se snažili analyzovat materiál především z těch lokalit, kde jsme mohli předpokládat minimální zásahy člověka a k takovým by mohly patřit i toky v šumavské oblasti. Metodika Jako prostředek k popisu genetické struktury jednotlivých populací byla vybrána variabilita proteinů. Variabilní proteiny / enzymy byly studovány pomocí elektroforetického dělení na škrobovém gelu, po rozdělení byly detekovány pomocí specifických druhů barvení. Elektroforetické analýzy byly prováděny buď v krvi, nebo v tkáňových extraktech svalu, sítnice a jater. Celkem jsme takto studovali 16 proteinových / enzymových systémů (Tab. 2.), což representovalo produkty, jejichž syntéza v organismu je řízena z 38 strukturních lokusů (míst na chromosomech). Výskyt různých variant alel v jednotlivých lokusech byl vyhodnocen a zpracován pomocí genetických statistických programů (BIOSYS, PHYLIP apod.), které poskytly základní genetické populační charakteristiky. Na základě získaných hodnot genetické podobnosti byl vytvořen fenogram strom znázorňující genetickou příbuznost zkoumaných populací. 213
Tímto způsobem jsme studovali celkem 897 jedinců z 33 lokalit (z čehož 25 lokalit bylo z území ČR, 8 vzorků bylo srovnávacích z Polska, Itálie a importy chované na farmách). Z výše uvedeného bylo 5 lokalit (celkem 153 jedinců), které zařazujeme do šumavské oblasti (Tab. 1.). Výsledky a diskuse U pěti studovaných populací pstruha potočního byla nalezena genetická variabilita celkem u produktů 15 proteinových lokusů z analyzovaných 38 (Tab. 3.). Hodnoty u jednotlivých populací se pohybovaly mezi 22 a 33 %. Průměrný počet alel na lokus byl v rozmezí 1,3 až 1,5 a průměrný poměr heterozygotů byl mezi 0,069 a 0,112. Srovnáme-li zjištěné hodnoty s údaji nalezenými pro další populace studované na území ČR (Tab. 4.), vidíme, že vzorky popisované v této práci patří podle těchto hodnot k populacím, jejichž genetická variabilita je nad průměrem. Genetická příbuznost studovaných populací vyjádřená koeficienty genetic- Tabulka 1. Populace pstruha potočního (Salmo trutta m. faro) zahrnuté ve studii Číslo Lokalita Počet jedinců 1 Žichovice 25 2 Borová Lada 23 3 Žďárské jezírko 22 4 Blanice dolní tok 43 5 Blanice horní tok 40 Celkem 153 Tabulka 2. Přehled analyzovaných proteinů Protein / enzym Zkratka Počet lokusů 6-fosfogluconát dehydrogenasa 6PGDH 1 alkohol dehydrogenasa ADH 1 aspartát aminotransferasa AAT 4 kreatin kinasa CK 3 fruktosa bisfosfatasa FBP 2 fumarát hydratasa FH 1 glukosafosfát isomerasa GPI 3 glycerol 3 fosfát dehydrogenasa G3PDH 2 isocitrát dehydrogenasa IDHP 4 laktát dehydrogenasa LDH 5 malát dehydrogenasa MDH 4 malát dehydrogenasa (NADP) MDHP 3 manosafosfát isomerasa MPI 1 fosfoglukomutasa PGM 1 superoxid dismutasa SOD 2 transferin TF 1 Celkem 16 38 214
Tabulka 3. Frekvence alel v polymorfních lokusech studovaných populací Populace Populace Lokus 1 2 3 4 5 Lokus 1 2 3 4 5 AAT 1 A.900.913 1.965 1 MDH 2 A.960.761.795.849.875 B.100.065.035 B.040.239.205.151.125 C.022 MDH 3 A.820.696.795.849 1 AAT 4 A.417.457.523.442.525 B.180.304.205.151 B.583.370.477.558.475 MPI A.159.739.850.563.650 C.174 B.841.261.150.438.350 CK 1 A.420.652.455.500.408 GPDH2 A.840.913.591.744.613 B.580.348.545.500.592 B.160.087.409.256.387 FBP 1 A.595.848.932.829.762 GPI 3 A.860.978.841.737.850 B.405.152.068.171.237 B.140.022.159.263.150 FH 1 A.500.609.423.563.725 PGM 1 A 1.913 1 1 1 B.120.174.192.200.237 B.087 C.380.217.385.237.038 ME 1 A 1.761 1 1 1 IDH 3 A 1.978 1 1 1 B.239 C.022 TF A 1 1 1.987 1 LDH 5 A 1.674 1.947.988 C.013 B.326.053.013 Tabulka 4. Genetická variabilita studovaných populací Populace velikost počet alel % lokusů heterozygotnost vzorku / lokus / lokus polymorfních Ho HW He ** Ho/He 1 Borová Lada 22,4 1,5 33,3 0,112 0,126 0,889 2 Žďárské jezírko 21,1 1,3 25,0 0,111 0,097 1,144 3 Žichovice 24,1 1,3 25,0 0,069 0,096 0,719 4 Blanice Dolní 41,6 1,4 27,8 0,098 0,108 0,907 5 Blanice Horní 38,9 1,3 22,2 0,095 0,090 1,056 srovnání s údaji získanými u dalších populací z území ČR Průměrné hodnoty 1,315 23,65 0,091 0,091 a jejich rozsah 1,1 1,5 5,6 33,3 0,025 0,129 ké vzdálenosti či podobnosti (Tab. 5.) je dosti vysoká (podobnost se pohybuje v rozmezí 0,976 0,996). Tyto hodnoty pro ostatní populace studované na území ČR se pohybují mezi 0,919 a 0,998. Fenogram, znázorňující graficky genetické vztahy mezi studovanými populacemi (Obr. 1.) ukazuje rovněž blízkou genetickou příbuznost populací z šumavské oblasti (populace Morske oko z polských Tater je použita jako outgroup ). Zkoumané populace z oblasti Šumavy vykazují ve srovnání s ostatními oblastmi našeho území, ve kterých jsme podobný průzkum prováděli, daleko vyšší genetickou variabilitu. Zajímavým jevem je, že bez ohledu na intenzívní převozy materiálu a vysazování jsme stále 215
Tabulka 5. Matice genetických vzdáleností (nad úhlopříčkou) a podobností (pod úhlopříčkou) podle Nei (1972) Populace 1 2 3 4 5 1 Žichovice ***** 0,024 0,022 0,009 0,015 2 Borová Lada 0,976 ***** 0,013 0,011 0,016 3 Žďárské jezírko 0,978 0,987 ***** 0,005 0,007 4 Blanice dolní tok 0,991 0,989 0,995 ***** 0,004 5 Blanice horní tok 0,986 0,984 0,993 0,996 ***** Obr. 1. Fenogram strom genetické příbuznosti studovaných populací (populace Morske oko jako outgroup) ještě schopni do určité míry navzájem odlišit některé populace nebo alespoň jejich skupiny. To by znamenalo, že vnesení cizích variant bílkovin není tak intenzívní, jak jsme původně předpokládali. (K podobným výsledkům došli u některých populací pstruha např. i vědci ve Francii, ale je známo mnohem více případů, kdy převozy a vysazování ryb z nepůvodních, geograficky vzdálených populací místní populaci ovlivnily ve velkém rozsahu buď ji ovlivnily ve směru snížení životaschopnosti, nebo způsobily její vymizení.) Jako jeden z důsledků vyplývajících ze zjištěných údajů lze uvést např. ten, že udržování místních populací pstruha vysazováním potomstva získaného od generačních ryb z místních zdrojů je ekonomicky (a samozřejmě i ekologicky) mnohem účinnější než neustálé vysazování ryb z jiných, geneticky odlišných a zeměpisně vzdálených zdrojů. Tento způsob samozřejmě předpokládá důkladnou znalost struktury jednotlivých místních populací. Jiným důsledkem mísení odlišných populací téhož druhu může být vyšší výskyt jedinců se sníženou schopností přežití, případně může dojít ke zhoršení jiných vlastností ryb v důsledku tzv. outbreedingu (křížení jedinců z geneticky vzdálených populací po jejich smísení), což může vést např. ke snížení úlovků (viz pacifičtí lososi rodu Oncorhynchus). 216
Závěr Na závěr je nutno zdůraznit, že genetický průzkum populací pstruha obecného dokazuje postupnou a neustálou ztrátu variability (genetické a biologické diverzity) tohoto druhu ve střední Evropě. Podobná situace platí nejen pro tento druh, ale i pro ostatní lososovité a kaprovité (pokud je nám známo) druhy ryb. Tento vývoj pak může vést i k problémům v chovu, jak se začalo ukazovat u mnoha divoce žijících druhů. Vhodný způsob ochranářské a chovatelské práce by měl vést k využívání místních zdrojů. Jednak je to ekonomicky výhodnější (jak bylo uvedeno), jednak nekontrolované mísení a křížení různých populací může v dlouhodobém výsledku vést ke snížení životaschopnosti populace v daných podmínkách. Literatura LAIKR L., ANTUNES A., APOSTOLIDIS A., BERREBI P., DUGUID A., FERGUSON A., GARCÍA-MARÍN J. L., GUYOMARD R., HANSEN M. M., HINDAR K., KOLJONEN M.-L., LARGIADER C., MARTÍNEZ P., NIELSEN E. E., PALM S., RUZZANTE D., RYMAN N. & TRIANTAPHYLLIDIS C., 2000: Conservation genetic management of brown trout (Salmo trutta) in Europe. Report by the Concerted action on identification, management and exploitation of genetic resources in the brown trout (Salmo trutta) ( TROUTCONCERT ; EU FAIR CT97 3882). Danmarks Fiskeriundersřgelser, Silkeborg, 91 pp. 217