Game&Hunt - Die ABC van DNS: Molekulêre genetika in perspektief© Game&Hunt
Die ABC van DNS: Molekulêre genetika in perspektief© Published in Buffalo Genetics font size decrease font size increase font size Print Email In die eerste in ’n reeks van drie artikels wat handel oor molekulêre genetika as hulpmiddel vir die bestuur en bewaring van wild, met die klem op die Kaapse buffel, verduidelik DR BEN GREYLING, programbestuurder: vleisbeesverbetering van die LNR-Diereproduksie-instituut te Irene die beginsels van buffelgenetika.
InleidingBiotegnologiese ontwikkelinge, en meer spesifiek op die gebied van DNS-tegnologie, het die afgelope twee dekades ’n groot bydrae gemaak tot die vooruitgang wat gemaak is in landbou, medisyne en ook natuurbewaring. Dit het ons onder andere in staat gestel om beter strategieë te ontwerp vir die bestuur en bewaring van ons wildgenepoel. En hoewel die bestuur van wildspesies in groot natuurlike parke mag verskil van die meer intensiewe praktyke op ’n wildplaas, is daar tog baie aspekte wat die twee in gemeen het. Om die waarheid te sê, heelwat van wat ons wys geword het oor groot natuurlike populasies, kan op die wildplaas toegepas word. Ons het natuurlik ook baie geleer by die veeteeltbedryf, waar die klem sterk lê op die volhoubare produksie van biologies en ekonomies meer doeltreffende diere. Die bestuur en seleksie van goeie genetika vorm derhalwe ’n integrale deel van enige bestuursprogram vir die wildboer. DNS: Die basis van genetikaDNS, die bloudruk vir lewe, kan vergelyk word met ’n baie lang tou wat inligting bevat. Die tou bestaan uit nagenoeg drie biljoen boustene, genoeg om ’n paar duisend keer maan toe en terug te strek. Slegs vier boustene kom in ons en ons diere se DNS voor, nl A, C, G en T (amper soos vier kleure bakstene). Die blote volgorde (genetiese kode) waarin die boustene gerangskik is (bv ACAAGTCGTTA), bepaal watter inligting dit bevat (Fig 1). Die kode kan verder vergelyk word met ’n taal: Die boustene is die letters, wat afsonderlik nie veel beteken nie, maar ’n klomp boustene in ’n bepaalde volgorde vorm die woorde, en meer daarvan langs mekaar vorm die sinne. Laasgenoemde vorm uiteindelik die taal wat op sy beurt kommunikasie bewerkstellig. Die DNS-volgordes is dus die taal van gene, ’n taal wat met die liggaam se selle kommunikeer om lewe in stand te hou. Die dele of volgordes wat informasie bevat en essensieel is vir lewensbelangrike prosesse, noem ons gene. Interessant genoeg vorm gene maar sowat 3% van ons totale DNS; die res word sogenaamd beskou as junk- of “oortollige” DNS. Een van die merkwaardigste eienskappe van DNS is hoe dit, as gevolg van die manier waarop dit oorgeërf word, genetiese variasie skep en bevorder. Dit word grootliks bepaal deur die manier hoe DNS verpak word in chromosome (Fig 2), waarvan die Kaapse buffel 52 het. As ons al die prosesse in ag neem wat betrokke is tydens die oordrag van DNS na die nageslag, kan ’n buffelbul en -koei ’n kalf produseer met een van etlike biljoene moontlike DNS-samestellings! Dit beteken dat geen twee buffels (behalwe vir identiese tweelinge) dieselfde DNS-profiel sal hê nie. Ten spyte hiervan is alle individue (mense, en heel waarskynlik geld dit ook vir buffels) steeds 99.9% identies op DNS-vlak. Nageslag erf natuurlik ook gelyke dele van die DNS van elke ouer (50/50-beginsel), wat ook beteken dat mens en dier twee kopieë van elke geen het. Die 50/50-beginsel beteken dat ons ouerskap baie akkuraat kan bepaal vir ’n verskeidenheid van wildspesies, insluitend buffels. Vir lg kan ons bv met 99.99% sekerheid ’n ouerskap met DNS-merkers verifieer. Foute in DNS: MutasiesHoewel mens en dier se DNS-samestelling (die volgorde) baie stabiel is, kan dit tog met tyd verander, wat beteken foute of mutasies kom voor in ons DNS. Hierdie mutasies kan wissel van ’n enkele bousteen wat verander het (puntmutasie) tot heel chromosome (die verpakkingsmateriaal van DNS) van etlike miljoene boustene wat weggelaat word of selfs te veel is. Mutasies kan verder óf geen effek hê nie óf dikwels katastrofiese gevolge inhou. By die mens is reeds duisende geneties gekoppelde mutasies geïdentifiseer, soos diabetes, sistiese fibrose, progeria (“oumenssiekte”), achondroplasie (dwergsindroom), kankers, kleurblindheid, ens. Persone met Downsindroom het ’n hele ekstra chromosoom, terwyl diere wat met ’n bepaalde puntmutasie gebore word, ’n baie swak immuniteit sal hê en gewoonlik vrek voor volwassenheid bereik word. Die waarde van genetiese toetsing vir mutasies lê daarin dat ons akkuraat kan voorspel watter persentasie nageslag sal normaal, geaffekteerd deur die siekte of draers wees. So bv, in die geval van ’n resessiewe afwyking, as die bul ’n draer is, sal 50% van sy kalwers ook draers wees. Die prentjie lyk natuurlik heelwat minder rooskleurig as albei die koei en bul draers is – slegs 25% kalwers sal normaal wees, terwyl 25% geaffekteer sal wees deur die afwyking, en 50% sal draers wees. Hou in gedagte dat veral draers van baie afwykings in meeste gevalle fenotipies heeltemal normaal voorkom. Genetiese toetsing kan dus met groot welslae gebruik word as seleksiehulpmiddel ten einde van slegte gene ontslae te raak. DNS en die invloed van die omgewingGene alleen kan in baie gevalle nie verseker dat ’n dier presteer of dat bepaalde eienskappe tot uiting kom nie. Die omgewing het ’n groot invloed op die uitdruk van gene, en baie voorbeelde bestaan waar geenregulering (die aan- en afskakel van gene) deur die omgewing beïnvloed word. Ons weet bv dat voedingstatus van buffels bepaalde gene op die Y-chromosoom kan aktiveer. Wanneer goeie gehalte weiding volop is tydens die nat seisoen, en die bulle in goeie kondisie is, skakel spesifieke gene op die Y-chromosoom aan wat daartoe lei dat noemenswaardig meer bulkalwers as verskalwers geproduseer word. Gedurende die droë seisoen weer is die omgekeerde waar – swak liggaamskondisie skakel ander Y-chromosoom-gene aan wat verseker dat meer verskalwers gebore word. Baie interessant is dat, in die Nasionale Krugerwildtuin, bepaalde bul-genotipes (of “Y-chromosoom-lyne”) domineer afhangende van die beskikbaarheid van goeie gehalte weiding. Hieruit is dit dus duidelik dat die samestelling en dinamika van ’n populasie sensitief kan wees vir klimatologiese veranderinge wat op sy beurt voedingstatus beïnvloed. Die mees algemene toepassings van DNS-tegnologie:Ouerskaptoetse. Word gebruik as ’n basiese seleksiehulpmiddel asook om stambome te verifieer. Individuele identifikasie. Noodsaaklik vir naspeurbaarheid- en forensiese doeleindes (bv diefstalsake waar eienaarskap ter sprake mag kom) en verifikasie van die identiteit van ’n dier. Lg kan van belang wees wanneer diere verkoop word of as teelmateriaal gebruik word. Individuele identifikasie kan ook bo enige twyfel bewys word aangesien die kans dat twee onverwante buffels dieselfde DNS-samestelling (DNS-profiel) het, minder is as een uit etlike biljoene! Diagnose van mutasies. Dit sluit in slegte maar ook voordelige mutasies. Diere met bepaalde mutasies kan geïdentifiseer word en seleksie vir of teen bepaalde genotipes kan uitgevoer word. Filogenetiese studies. Studies wat kyk na die evolusionêre verwantskappe tussen populasies en spesies, en faktore (bv geografies) wat verwantskappe beïnvloed. Populasiegenetika. Ook van toepassing opbewaringsgenetika. Bestudeer al die genetiese aspekte wat verband hou met dinamika binne populasies / spesies, en sluit in genetiese uniekheid van populasies / spesies, vlakke van genetiese variasie en volhoubaarheid daarvan (vraag na aanvulling van genetiese variasie deur translokasies), vlakke van inteling, graad van differensiasie tussen populasies, effektiewe grootte van populasies, ens. Genomika. Die identifikasie van DNS-merkers wat geassosieer word met bepaalde eienskappe van ekonomiese of biologiese belang. Transgeniese diere. Die genetiese manipulasie (verandering van DNS) van ’n dier ten einde nuwe of verbeterde eienskappe tot stand te bring. Suksesvolle voorbeelde hier sluit in transgeniese bokke en beeste wat bepaalde proteïene in hul melk afskei vir die behandeling van siektetoestande by die mens soos bv sistiese fibrose. Nog ’n voorbeeld is transgeniese vis (salm) wat gemanipuleer is om vinniger te groei en sodoende gouer markgereed te wees. SlotsomDaar is al gesê dat kennis, of miskien eerder die toepassing van kennis, ons belangrikste vorm van kapitaal is, maak nie saak of ons gemotiveer word deur blote nuuskierigheid of profyt nie. Ons is in ’n tydvak waar biotegnologie, en meer spesifiek DNS-tegnologie, ’n al hoe belangriker rol begin speel in ons pogings om effektiewe en volhoubare bewaring en bestuur van ons wildspesies te verseker. En as ons kyk na die impak wat hierdie tegnologie net oor die afgelope twee dekades op ’n verskeidenheid van bedrywe gehad het, behoort ontwikkelinge en toepassings daarvan binne die volgende vyf tot tien jaar alle verwagtinge te oortref.
Figuur 2. Vergroting van ’n chromosoom, die vorm waarin DNS verpak word. ’n Enkele chromosoom bevat etlike miljoene DNS-boustene.
Figuur 1. Die dubbeldraad-struktuur van DNS, verbasend eenvoudig en opgebou uit slegs vier soorte boustene. Moontlike mutasies in kleur aangedui – kan wissel van ’n enkele bousteen (puntmutasie) tot groter gedeeltes wat uitgelaat of selfs ingevoeg word.
Grafiese voorstelling van DNS-molekule Kleurvolle DNS-merker-profiele ©WILD & JAG Gepubliseer in volume 18/11 November 2012 pp 64,65,67 Tweet More in this category:
Buffalo genetics: Why should we assess?© »