DNA-kierre

DNA-viivakoodaus helpottaa eliölajien tunnistusta

Geeniteknologian kehitys helpottaa myös taksonomiaa eli eliölajien tieteellistä luokittelua. Lajit voidaan tunnistaa pienen DNA-pätkän avulla, aivan kuten tuote tunnistetaan kaupassa viivakoodilla. Menetelmä tarkentaa käsityksiämme lajeista, lajimääristä ja biodiversiteetistä. 

Maailmassa on arviolta 10 miljoonaa eliölajia, joista tunnemme noin kaksi miljoonaa. Biologeilla riittää siis töitä lajien kuvaamisessa ja tunnistamisessa, vaikka taksonominen työ aloitettiin jo 260 vuotta sitten. Lajinmäärityksessä tarvittavat määritysoppaat, lajikokoelmat, luuppi ja mikroskooppi saavat rinnalleen DNA-sekvensoinnin. Jokaiselle lajille löytyy perimästä eli genomista oma DNA-viivakoodi.

Lajien tunnistamista DNA-tuntomerkkien avulla on kehitetty pian parikymmentä vuotta. Nyt tehokas menetelmä on olemassa niin eläimille, kasveille kuin sienillekin. Kansainvälisessä IBOL (International Barcode of Life) -projektissa luodaan DNA-viivakoodikirjastoa, johon pyritään lopulta sisällyttämään maailman kaikki eliölajit. 

Suomen osaprojekti FinBOL (Finnish Barcode of Life) on tähän mennessä tuottanut DNA-viivakoodit noin 20 000 lajille.

”Oulun yliopisto koordinoi DNA-viivakoodausta Suomen osalta”, kertoo dosentti, yli-intendentti Marko Mutanen Oulun yliopiston Ekologian ja genetiikan tutkimusyksiköstä. Mutanen toimii FinBOL -hankkeen koordinaattorina. Hanke toimii osana kansallista FinBIF-tutkimusinfrastruktuurihanketta.

”Oulun lisäksi mukana on Helsingin ja Turun yliopistot sekä joukko harrastajia.” 

Nopeammin, luotettavammin ja kattavammin

DNA-viivakoodauksen idea esiteltiin ensi kertaa vuonna 2003. Silloin todettiin, että mitokondriaalisen DNA:n sytokromi c-oxidaasigeeni (COI eli cox1) soveltuu eläinlajien erottamiseen.

Sittemmin on etsitty viivakoodialueita myös sienille ja kasveille. Sienillä DNA-viivakoodialueena käytetään tuman genomin ITS-aluetta ja kasveilla kahden viherhiukkasessa sijaitsevan geenin (matK ja rbcL) yhdistelmää.

”Sekvensointitekniikat ovat kehittyneet huimasti viimeisten vuosikymmenien aikana”, Marko Mutanen sanoo. ”Hintakaan ei enää ole merkittävä este.”

Mitä hyötyä DNA-viivakoodauksesta on biologisessa tutkimuksessa?

”On monia lajiryhmiä, joissa lajien erottaminen toisistaan pelkästään ulkoisten tuntomerkkien perusteella on melkein mahdotonta. Näissä lajeissa DNA-viivakoodi on usein käytännöllisin keino määrittää lajit. DNA-viivakoodi toimii myös epätäydellisissä, rikkoutuneissa näytteissä ja kaikissa yksilön kehitysvaiheissa”, Mutanen luettelee. 

”Menetelmä on nopea ja objektiivinen. Asiantuntijoiden aikaa säästyy työläässä tunnistusvaiheessa.”

Yhden hyönteispyydyksen saalis voi olla tuhansia yksilöitä. Jokaisen yksilön lajinmääritys ihmisvoimin vaatii valtavasti työtä – nyt saaliista voidaan eristää kaikki perintöaines ja määrittää yksilöt lajilleen DNA-viivakoodien avulla.

”Lajiseurantoja voidaan tehdä uudella volyymilla ja tarkkuudella. Tämä on valtava etu, kun seurataan muutoksia lajikohtaisesti tai yhteisötasolla.”

Jalokoisa cardinalis 


Kryptiset lajit esiin

Tutkijoille erityisen mielenkiintoisia ovat niin sanotut kryptiset lajit.

”Kryptisellä lajilla tarkoitetaan lajia, joka on aiemmin ollut sekoitettuna toiseen lajiin samanlaisen ulkoasun vuoksi. Meillä jalokoisana (Pyralis regalis) pidetty perhoslaji ei DNA:n perusteella olekaan kyseinen laji, vaan toinen, läheinen laji, jota on hyvin vaikea ulkonäön perusteella erottaa Keski-Euroopassa esiintyvästä jalokoisasta,” Mutanen kertoo.

DNA-viivakooditutkimus parantaa käsitystämme biodiversiteetistä ja lisää ymmärrystämme lajien välisistä suhteista ja koko ekosysteemin toiminnasta.

”Sukkulamadot ovat ekologisesti hyvin tärkeitä hajottajia. Niitä on mahdoton erottaa lajilleen ulkonäön perusteella, mutta DNA-viivakoodin avulla sekin onnistuu.”

”Myös äkämäsääsket ovat kiinnostava ryhmä, josta ei tiedetä, onko niitä Suomessa 500 vai kenties 5000 lajia”, Mutanen sanoo. ”Sitä selvitellään meillä parhaillaan gradutyössä.” 

Elintärkeät sahapistiäiset

Marko Mutanen on viime vuosina hyödyntänyt DNA-viivakoodausta erityisesti sahapistiäisten tutkimuksessa.

”Sahapistiäisiin kuuluu paljon lajeja, ja ne ovat yleisiä ja runsaslukuisia erityisesti pohjoisilla leveysasteilla. Meillä tavataan noin 800 sahapistiäislajia, mutta lajirajat ovat useissa tapauksissa epäselviä ja lajilleen tunnistaminen vaikeaa perinteisillä menetelmillä”, Mutanen kertoo.

Sahapistiäiset ovat tärkeää ravintoa monille linnuille. Esimerkiksi teeren poikasten ensimmäisen kesän pääravintoa ovat sahapistiäiset.
”Teeriä ei olisi ilman sahapistiäisiä”, Mutanen sanoo.

Myös uhanalainen valkoselkätikka on riippuvainen sahapistiäisistä, sillä se selviää talvesta niiden toukkia napsimalla. Yhdessä valkoselkätikan talvipuussa elää kymmeniä tuhansia sahapistiäisiin kuuluvia junkipistiäisen toukkia. Valkoselkätikka elää muutaman talvipuun, lahoavan lehtipuun, turvin talven yli.

Sahapistiäisiin kuuluu myös pahamaineinen metsätuholainen, ruskomäntypistiäinen. Ekologisesti tärkeän lajiryhmän parempi tuntemus on mahdollista DNA-viivakoodauksen avulla.

”Keräsin muutaman vuoden ajan sahapistiäisiä museonäytteiksi. Tein yhden ylimääräisen vaiheen: irrotin jokaisesta yksilöstä jalan, josta sekvensoitiin DNA-viivakoodi. Yli 7000 kudosnäytettä on nyt analysoitu. Lajien määritys helpottuu, kun DNA-viivakoodeista saadaan kattava vertailukirjasto.”

Sahapistiäisparvi Dolerus germanicus



Teksti: Satu Räsänen
 

Viimeksi päivitetty: 1.10.2020