WikiDer > Пейзажная генетика

Landscape genetics
Реки и горы могут выступать в качестве препятствий для распространения, тем самым предотвращая обмен генами между популяциями.

Пейзажная генетика это научная дисциплина, объединяющая популяционная генетика и ландшафтная экология. Он в широком смысле включает в себя любое исследование, в котором анализируются генетические данные в сочетании с данными об особенностях ландшафта и матрица качество там, где проживает отобранная популяция. Это позволяет анализировать микроэволюционный процессы, влияющие на виды в свете пространственных моделей ландшафта, что дает более реалистичное представление о том, как популяции взаимодействуют со своими окружающая среда.[1] Генетика ландшафта пытается определить, какие особенности ландшафта являются препятствиями для рассредоточение и поток генов, как антропогенные изменения ландшафта влияют на эволюция населения, динамика источника-стока данного населения, и как болезни или инвазивные виды распространяются по ландшафтам.[2]

Пейзажная генетика отличается от полей биогеография и филогеография путем предоставления информации в более мелких временных и пространственных масштабах (т.е. на уровне индивидуальных генетических вариаций в популяции). Потому что он ориентирован на выборку отдельные лица, ландшафтная генетика имеет то преимущество, что ей не нужно субъективно определять отдельные популяции перед анализом. Генетический инструменты используются для обнаружения резких генетических различий между людьми в популяции и статистический инструменты используются для соотносить эти генетические разрывы с пейзаж и экологические особенности.[3] Результаты исследований ландшафтной генетики имеют потенциально важные приложения к биология сохранения и землеустройство практики.[3]

История

Пейзажная генетика возникла как собственная дисциплина после основополагающей статьи «Ландшафтная генетика: сочетание ландшафтной экологии и популяционной генетики» Манеля и др. появился в журнале Тенденции в экологии и эволюции в 2003 году. Согласно этой статье, концепция о том, что ландшафтные узоры влияют на распределение организмов, восходит к 18-19 векам в трудах Пирам Августина Кандоль и Альфред Рассел Уоллес.[3] Современное поле междисциплинарный и объединяет не только популяционную генетику и экологию ландшафта, но и область пространственная статистика.[4] По состоянию на 2008 г. было опубликовано более 655 статей в различных областях генетики и экологии. журналы.[2]

Карта Коридор дикой природы на озере Макартур на севере Айдахо, Соединенные Штаты. Он связан с прилегающими территориями дикой природы.

Достижения и приложения

Пейзажная генетика продвинулась вперед экологический и эволюционный теория облегчая понимание того, как поток генов и приспособление происходят в реальном неоднородный пейзажи. Это также позволило оценить функциональную связанность ландшафтов.[4] Выявление особенностей ландшафта, которые действуют как барьеры или способствуют рассредоточение может сообщить о строительстве или сохранении коридоры дикой природы это соединение фрагментированный пейзажи. Ландшафтная генетика также может помочь предсказать, как болезни будут распространяться по ландшафту или как предлагаемые меры управления повлияют на население. Наконец, ландшафтная генетика может помочь предсказать, насколько хорошо популяции будут адаптироваться к продолжению глобальное изменение.[2]

Методы

Генетические маркеры

Молекулярные маркеры из генетическое разнообразие например ДНК микроспутники, митохондриальная ДНК, полиморфизм длины амплифицированного фрагмента, и аллоферменты тестируются на случайных особях определенного вида в ландшафте.[2] Эти маркеры используются для определения генотип (генетический состав) испытуемых.

Ландшафт и особенности окружающей среды

Особенности ландшафта включают пейзажная композиция (обилие и разнообразие патч типы), ландшафтная конфигурация (как эти участки расположены в пространстве) и качество матрица (пространство в ландшафте между участками среды обитания данного вида[5]). Топография, высота, типы среды обитания, а потенциальные препятствия, такие как реки или дороги, являются примерами ландшафта переменные.[6]

Статистические инструменты

Выявление генетических паттернов

Для идентификации генетических паттернов по собранным генетическим маркерам используются различные статистические инструменты. Методы, которые кластер людей в субпопуляции на основе генетической дифференциации или расстояния, например индекс фиксации (FST) и Байесовское присвоение методы, часто используются. Однако, поскольку люди иногда распределяются равномерно, а не пространственно сгруппированы по ландшафту, эти методы ограничены, и в настоящее время разрабатываются альтернативные методы.[2]

Связь генетических паттернов с ландшафтом

Статистические инструменты, такие как Каминный тест или частичный тест Мантеля обычно используются для соотносить генетические закономерности с особенностями ландшафта. Модели линейной регрессии и рукоположение техники также распространены.[2] Географические информационные системы (ГИС) можно использовать для визуализации генетических закономерностей в пространстве путем нанесения генетических данных на карту ландшафта. [3]

Белый хвост оленя

пример

Исследование, опубликованное в 2012 году[7] проанализировали ландшафтную генетику Белый хвост оленя в Висконсин и Иллинойс. Oни извлеченная ДНК от лимфатический узел из 2069 собран олень в 64 поселках. Пятнадцать микросателлитных маркеров использовали для генотипирование. Байесовский тест распределения популяций не обнаружил отдельных субпопуляций на основе генетических данных. Коррелограммы были использованы для выяснения мелкомасштабной социальной структуры и обнаружили, что в большей степени покрытый лесом а фрагментированные поселки имели большее генетическое родство между отдельными оленями. Пространственный Анализ главных компонентов использовался для выявления широких возможностей подключения населения. Частичные тесты Mantel обнаружили корреляцию между генетическим расстоянием и географическими барьерами, особенно дорогами и реками. Однако это не было абсолютным препятствием и не разделяло оленей на отдельные субпопуляции.

Обнаружение высокой генетической связи между отобранными оленями имеет управленческие последствия для определения количества вылова и целей популяции. Обнаружение высокой генетической связности также имеет значение для распространения хроническая истощающая болезнь среди оленей.

Поддисциплины

Генетика морского пейзажа

Большинство исследований ландшафтной генетики сосредоточены на земной системы.[2] Генетика морского пейзажа заимствует методы ландшафтной генетики, но применяет их к морским системам, принимая морской пейзаж экология учитываются такие переменные, как ток и температура воды. [4][8]

Пейзажная геномика

Пейзаж геномика также коррелирует генетические данные с данными ландшафта, но генетические данные поступают из нескольких места (расположение на хромосоме) в геноме организма, как в популяционная геномика. Пейзажная генетика обычно измеряет менее десятка различных микроспутников в организме, в то время как ландшафтная геномика часто измеряет однонуклеотидный полиморфизм в тысячах локусов.[9] Это позволяет идентифицировать выброс локусы, которые могут быть под отбор. Корреляция с ландшафтными данными позволяет идентифицировать ландшафтные факторы, способствующие генетической адаптации. Эта область растет благодаря достижениям в секвенирование следующего поколения техники.[4]

Ловушки

Как новая и быстрорастущая междисциплинарная область, не имеющая явного обозначения лучшие практики, оно было подвержено ряду недостатков как в дизайне исследования, так и в интерпретации.[10] Публикация 2016 г.[2] выявили четыре распространенных ошибки в исследованиях ландшафтной генетики, которые следует исправить. К ним относятся предположение, что поток генов всегда выгоден, чрезмерно обобщающие результаты, неспособность учитывать другие процессы, которые влияют на генетическая структура населения, и ошибочно количественный методы для надежного дизайна исследования.[10] В частности, авторам рекомендуется сообщать о своих отбор проб дизайн, воспроизводимость молекулярных данных и подробностей о пространственные данные установить и пространственный анализ используется.[2] Поскольку влияние ландшафта на поток генов не является универсальным, невозможно сделать широких обобщений, и необходимы исследования по конкретным видам.[2]

Многие из этих ловушек являются результатом междисциплинарного характера ландшафтной генетики, и их можно было бы избежать, если бы сотрудничество среди специалистов в области популяционной генетики, ландшафтной экологии, пространственной статистики и география.[6]

использованная литература

  1. ^ Холдереггер, Рольф; Вагнер, Хелен Х. (1 августа 2006 г.). «Краткое руководство по ландшафтной генетике». Ландшафтная Экология. 21 (6): 793–796. Дои:10.1007 / s10980-005-6058-6. ISSN 1572-9761.
  2. ^ а б c d е ж г час я j Сторфер, Эндрю; Мерфи, Мелани А .; Копье, Стивен Ф .; Холдереггер, Рольф; Уэйтс, Лизетт П. (2010). «Пейзажная генетика: где мы сейчас?». Молекулярная экология. 19 (17): 3496–3514. Дои:10.1111 / j.1365-294X.2010.04691.x. ISSN 1365–294X. PMID 20723061.
  3. ^ а б c d Манель, Стефани; Шварц, Майкл К.; Луйкарт, Гордон; Таберле, Пьер (2003-04-01). «Ландшафтная генетика: сочетание ландшафтной экологии и популяционной генетики». Тенденции в экологии и эволюции. 18 (4): 189–197. Дои:10.1016 / S0169-5347 (03) 00008-9. ISSN 0169-5347.
  4. ^ а б c d Манель, Стефани; Холдереггер, Рольф (01.10.2013). «Десять лет ландшафтной генетики». Тенденции в экологии и эволюции. 28 (10): 614–621. Дои:10.1016 / j.tree.2013.05.012. ISSN 0169-5347. PMID 23769416.
  5. ^ Вагнер, Хелен Х .; Холдереггер, Рольф (2008-03-01). «Пейзажная генетика». Бионаука. 58 (3): 199–207. Дои:10.1641 / B580306. ISSN 0006-3568.
  6. ^ а б Сторфер, А; Мерфи, Массачусетс; Evans, JS; Goldberg, CS; Робинсон, S; Копье, SF; Dezzani, R; Delmelle, E; Фирлинг, L (2007). «Вкладывая« ландшафт »в ландшафтную генетику». Наследственность. 98 (3): 128–142. Дои:10.1038 / sj.hdy.6800917. ISSN 1365-2540. PMID 17080024.
  7. ^ Робинсон, Стейси Дж .; Сэмюэл, Майкл Д .; Lopez, Davin L .; Шелтон, Пол (2012). «Прогулка никогда не бывает случайной: тонкие эффекты ландшафта формируют поток генов в непрерывной популяции белохвостых оленей на Среднем Западе Соединенных Штатов». Молекулярная экология. 21 (17): 4190–4205. Дои:10.1111 / j.1365-294X.2012.05681.x. ISSN 1365–294X. PMID 22882236.
  8. ^ Ригинос, Синтия; Лиггинс, Либби (2013). "Генетика морского пейзажа: популяции, особи и гены, оставленные и плывущие по течению". География Компас. 7 (3): 197–216. Дои:10.1111 / gec3.12032.
  9. ^ Сторфер, Эндрю; Паттон, Остин; Фрайк, Александра К. (2018). «Навигация по границе между ландшафтной генетикой и ландшафтной геномикой». Границы генетики. 9: 68. Дои:10.3389 / fgene.2018.00068. ISSN 1664-8021. ЧВК 5859105. PMID 29593776.
  10. ^ а б Ричардсон, Джонатан Л .; Брэди, Стивен П .; Ван, Ян Дж .; Спир, Стивен Ф. (2016). «Преодоление ловушек и перспективы ландшафтной генетики». Молекулярная экология. 25 (4): 849–863. Дои:10.1111 / mec.13527. ISSN 1365–294X. PMID 26756865.