Čárové kódy českých motýlů

Česká republika je křižovatkou genetických linií nejrůznějších organismů. Tyto linie se původně vyvinuly v různých částech Eurasie a u nás se potkaly při posunech svých areálů během čtvrtohorních klimatických změn. Linie se mohly rozrůznit během izolace středomořských poloostrovů v dobách ledových, některé ale mohly na našem území existovat kontinuálně během celých glaciálních cyklů. Je ale nějaké pravidlo, které vnitrodruhové linie se u nás vyskytují a proč?

Původní myšlenkou barcodingu DNA čili čtení genetického „čárového kódu“ byla snadná identifikace druhu pomocí krátkého úseku DNA, podobně jako u zboží v obchodě (Vesmír 91, 96, 2012/2), a potřeba mít k dispozici rychlý nástroj pro rozlišení dosud nepopsaných druhů. Nejprve bylo potřeba vybudovat rozsáhlou srovnávací databázi sekvencí jednoho dostatečně variabilního a univerzálního genu. V případě členovců, ale i mnoha dalších skupin živočichů padla volba na mitochondriální gen pro cytochrom-c-oxidázu (podjednotka 1), která tvoří protonový gradient v membráně jakožto poslední krok v dýchacím řetězci. Asi 650 párů bází dlouhá část genu se ukázala vhodná nejen k samotnému odlišení druhů, ale také k hledání variability přímo uvnitř druhů. Nejdůležitější srovnávací databáze je Barcoding of Life Data System,¹⁾ která umožňuje autorům sekvencí snadnou úpravu informací k jednotlivým vzorkům. Další databází je NCBI GenBank,²⁾ který se ale zaměřuje na publikování jakékoliv genetické informace včetně celých genomů.

1. Babočka kopřivová (Aglais urticae) je biotopový generalista, tolerující velký rozsah teplot. Její populační struktura, zjištěná metodou genetických „čárových kódů“, je v téměř celé Evropě nevýrazná, oddělené jsou jihoevropské populace. Tento výsledek byl potvrzen analýzou genomických dat [4].

Snímek Vladimír Vrabec

Díky databázím lze provádět také tzv. metabarcoding, kdy se sekvenuje cílový úsek ve směsném vzorku, například ze zemní nebo Malaiseho pasti,³⁾ vody či půdy (pak se jedná o tzv. environmentální DNA, Vesmír 99, 36, 2020/1), a dá se zjistit jeho druhové složení. Právě existence databází a jednoduchost získání genetického „čárového kódu“ je důvodem, proč se v současné éře studia celých genomů barcoding stále ještě používá, mimo jiné jako první krok potvrzení příslušnosti k druhu.

Práce s genetickým „čárovým kódem“ může mít i některá úskalí. Pro biogeografické studie je důležitý fakt, že mitochondrie se dědí pouze po mateřské linii, jejich historie je proto často jiná než historie uchovaná v jaderných genech kvůli jinému disperznímu chování samců a samic. Po mateřské linii se dědí také vnitrobuněční symbionti, jako jsou bakterie rodu Wolbachia, které svou snahou zvýšit šanci přenosu do další generace mohou způsobit například zjednodušení populační struktury, kdy se populací rychle rozšíří pouze jeden typ genu společně s bakterií (Vesmír 74, 667, 1995/12). Mohou se vyskytnout i problémy s tzv. pseudogeny, kdy v minulosti došlo ke zkopírování mitochondriální DNA do jaderné DNA, a tyto kopie se začaly vyvíjet nezávisle.

Denní motýli Evropy jsou jednou z modelových skupin, pro které se začaly tvořit knihovny sekvencí „čárových kódů“ DNA nejdříve. Nejprve se tímto způsobem podařilo zpracovat motýlí faunu Španělska, poté následovala fauna Rumunska, což souviselo se zónami působnosti rumunského lepidopterologa Vlada Dincy z Národního přírodovědného muzea Grigore Antipa v Bukurešti. Poté se přidaly i další státy, především Německo, Švýcarsko a Finsko, dobře ovzorkovaná je také Itálie. Vzniklo celoevropské schéma, které nyní čítá více než 30 000 sekvencí pro denní motýly [2], které lze nadále upravovat a databázi rozšiřovat. V tomto směru je nejlépe probádaná jihozápadní Evropa, kde je největší druhová a na ni navázaná genetická rozmanitost. Množství sekvencí však klesá severním a východním směrem. Ve střední Evropě se přitom nachází jak kontaktní či hybridní zóny linií, tak i linie unikátní. Zároveň se z východu do střední a severní Evropy rozšířily další linie, které nenacházíme na středomořských poloostrovech, a mohly by být úplně opomenuty.