Войти
Генетический мониторинг - это использование молекулярных маркеров для (i) идентификации отдельных лиц, видов или популяций или (ii) для количественной оценки изменений в генетические показатели популяции (такие как эффективный размер популяции, генетическое разнообразие и размер популяции) во времени. Таким образом, генетический мониторинг может быть использован для обнаружения изменений в численности и / или разнообразии видов и стал важным инструментом как в сохранении, так и в управлении животноводством. Типы молекулярных маркеров, используемых для мониторинга популяций, чаще всего представляют собой митохондриальные, микросателлиты или однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), хотя в более ранних исследованиях также использовались данные аллозима. Разнообразие генов видов также признано важным показателем биоразнообразия для реализации Конвенции о биологическом разнообразии.
Типы популяционных изменений, которые могут быть обнаружены с помощью генетического мониторинга, включают рост и сокращение популяции, распространение патогенов, адаптацию к изменениям окружающей среды, гибридизацию, события интрогрессии и фрагментации среды обитания. Большинство этих изменений отслеживают с помощью «нейтральных» генетических маркеров (маркеров, для которых мутационные изменения не изменяют их адаптивную приспособленность в популяции). Однако маркеры, показывающие адаптивные реакции на изменение окружающей среды, могут быть «не нейтральными» (например, мутационные изменения влияют на их относительную приспособленность в популяции).
Категории генетического мониторинга, определенные Schwartz et al. 2007 Были определены две широкие категории генетического мониторинга: Категория I включает использование генетических маркеров в качестве идентификаторов индивидов (Категория Ia), популяций и видов (Категория Ib) для традиционного мониторинга популяций. Категория II представляет использование генетических маркеров для мониторинга изменений генетических параметров популяции, которые включают оценки эффективного размера популяции (Ne), генетической изменчивости, смешения популяций, структуры и миграции..
На индивидуальном уровне генетическая идентификация может позволить оценить численность и темпы прироста популяции в рамках метка-повторная поимка моделей. Обилие загадочных или неуловимых видов, за которыми трудно следить, можно оценить путем сбора неинвазивных биологических образцов в полевых условиях (например, перьев, помета или шерсти) и их использования для идентификации людей с помощью микроспутника или генотипирование однонуклеотидного полиморфизма (SNP). Затем эту перепись особей можно использовать для оценки численности популяции с помощью анализа метки-повторной поимки. Например, этот метод использовался для мониторинга популяций медведя гризли, каменного валлаби, бенгальского тигра и снежного барса. Темпы роста популяции являются продуктом скоростей популяции пополнения и выживаемости и могут быть оценены с помощью открытых моделей метка-повторная поимка. Например, ДНК из перьев, сброшенных восточным имперским орлом, показывает более низкую совокупную выживаемость с течением времени, чем наблюдаемая у других долгоживущих хищных птиц.
Медведь гризли
Кустохвостый каменный валлаби
Снежный барс
Восточный имперский орел
Использование молекулярно-генетических методов для идентификации видов может быть полезным по ряду причин. Идентификация видов в дикой природе может использоваться для выявления изменений в популяциях или занятости участков, скорости гибридизации, а также появления и распространения патогенов и инвазивных видов. Изменения в ареале популяции были исследованы для иберийской рыси и росомахи, в то время как мониторинг головорезов западного склона показывает широко распространенную продолжающуюся гибридизацию с интродуцированной радужной форелью (см. cutbow ) и гибриды канадской рыси - рысь были обнаружены на южной периферии нынешнего ареала популяции рыси. Возникновение и распространение патогенов можно отследить с помощью диагностических молекулярных анализов - например, выявления распространения вируса Западного Нила среди комаров в восточной части США для определения вероятного географического происхождения инфекции и определение локусов генов, связанных с восприимчивостью к паразитам у снежного барана. Генетический мониторинг инвазивных видов представляет интерес с точки зрения сохранения и экономического развития, поскольку инвазии часто влияют на экологию и ареал местных видов, а также могут создавать риски гибридизации (например, для копепод, уток, полосатая сова и пятнистая сова, и лессепсская рыба-кролик ).
Иберийская рысь
Росомаха
Канадская рысь
Пятнистая сова
Идентификация видов также очень полезна при мониторинге рыболовства и торговли дикими животными, где обычно визуальная идентификация разделанных или размороженных продуктов затруднена или невозможна. Мониторинг торговли и потребления видов, представляющих интерес для сохранения, может осуществляться с помощью молекулярной амплификации и идентификации мяса или рыбы, полученных с рынков. Например, генетические исследования рынка использовались для выявления охраняемых видов и популяций китов (например, северных тихоокеанских полосатиков малых полосатиков ) и видов дельфинов, появляющихся на рынке. Другие обзоры рыночной торговли были сосредоточены на ластоногих, морских коньках и акулах. Такие обследования используются для обеспечения постоянного мониторинга количества и перемещения рыбных запасов и продуктов дикой природы через рынки, а также для выявления браконьерства или другого незаконного, несообщаемого или нерегулируемого (ННН) промысла (например, ННН промысел ).
Хотя первоначальные приложения были сосредоточены на идентификации видов и оценке популяций, рыночные обзоры также предоставляют возможность для ряда исследований молекулярной экологии, включая отлов-повторную поимку, тесты распределения и моделирование популяций. Эти разработки потенциально имеют отношение к категории II генетического мониторинга.
Сушеные морские коньки
Акулий плавник
Мониторинг популяционных изменений с помощью генетических средств можно проводить ретроспективно, путем анализа «историческая» ДНК, извлеченная из музейных архивов видов, и сравнение с современной ДНК этого вида. Его также можно использовать в качестве инструмента для оценки текущих изменений статуса и устойчивости текущих популяций. Генетические показатели относительного изменения популяции включают изменения в разнообразии (например, гетерозиготность и аллельное богатство). Мониторинг относительных изменений популяции с помощью этих показателей был выполнен ретроспективно для берингийского бизона, галапагосской черепахи, houting, атлантического лосося, северная щука, новозеландский окунь, стальная форель, цыпленок большой степи, маврикийская пустельга и дельфин Гектора и является предметом многих текущих исследований, в том числе популяций кумжи в Дании и Швеции. Измерение абсолютных изменений популяции (например, эффективный размер популяции (Ne)) может быть выполнено путем измерения изменений частот популяционных аллелей ('Ftemporal') или уровней неравновесия по сцеплению с течением времени (' LDNe '), в то время как изменение структуры потока генов между популяциями также можно отслеживать, оценивая различия в частотах аллелей между популяциями с течением времени. Объектами таких исследований являются медведи гризли, треска, благородный олень, леопардовые лягушки и Barrel Medic.
Галапагосский гигант. черепаха
атлантический лосось
дельфин Гектора
северная леопардовая лягушка
Генетический мониторинг также все чаще используется в исследованиях, которые отслеживают изменения окружающей среды посредством изменения частоты адаптивно выбранных маркеров. Например, генетически контролируемая фотопериодическая реакция (время гибернации) москитов-кувшинок (Wyeomyia smithii ) изменилась в ответ на более длительные вегетационные периоды для растений-кувшинов, вызванные более теплой погодой. Экспериментальные популяции пшеницы, выращенные в контрастных средах в течение 12 поколений, обнаружили, что изменения во времени цветения тесно коррелировали с регуляторными изменениями в одном гене, что указывает на путь генетической адаптации к изменению климата. в растениях.
Генетический мониторинг также полезен для мониторинга текущего состояния здоровья небольших перемещенных популяций. Хорошие примеры этого обнаружены для новозеландских птиц, на многие виды которых в прошлом веке сильно повлияло разрушение среды обитания и появление множества хищников-млекопитающих, и недавно они стали частью программ переселения, в которых «основатели» на свободных от хищников оффшорных «экологических» островах. Например. черная малиновка и какапо.
медик в бочках
пшеница мягкая
кувшинный комар
Какапо - новозеландский ночной попугай
В феврале 2007 г. в Институте окружающей среды в UCLA был проведен международный саммит на тему «Эволюционные изменения в измененной человеком среде: международный саммит по претворению науки в политику». Это привело к выпуску специального выпуска журнала Molecular Ecology, посвященного нашему пониманию генетических эффектов по трем основным категориям: (i) нарушение среды обитания и изменение климата (ii) эксплуатация и разведение в неволе (iii) инвазивные виды и патогены.
В 2007 году при совместной поддержке NCEAS была создана Рабочая группа по генетическому мониторингу. и NESCent для дальнейшего развития задействованных методов и предоставления общего руководства по мониторингу для политиков и менеджеров.
В настоящее время эта тема освещена в нескольких хорошо известных учебниках, включая McComb et al.. (2010) и Allendorf et al. (2013)
Многие агентства по природным ресурсам рассматривают генетический мониторинг как рентабельный и оправданный способ мониторинга популяций рыб и диких животных. Таким образом, ученые из США Геологическая служба, США Лесная служба, Служба национальных парков и Национальная служба морского рыболовства разрабатывают новые методы и инструменты для использования генетического мониторинга и применяют такие инструменты в широком географическом масштабе. В настоящее время у USFWS есть веб-сайт, который информирует менеджеров о том, как лучше всего использовать генетические инструменты для мониторинга (см. Ниже).
