Войти
Реки и горы могут выступать в качестве препятствий для распространения, тем самым предотвращая поток генов между популяциями. ландшафтная генетика - это научная дисциплина, объединяющая популяционную генетику и ландшафтную экологию. Он в широком смысле охватывает любое исследование, в котором анализируются генетические данные популяции растений или животных в сочетании с данными об особенностях ландшафта и матрице качества, в которых проживает выбранная популяция. Это позволяет анализировать микроэволюционные процессы, влияющие на виды, в свете пространственных моделей ландшафта, обеспечивая более реалистичное представление о том, как популяции взаимодействуют с их средой.генетика ландшафта пытается определить, какие особенности ландшафта препятствуют рассредоточению и потоку генов, как антропогенные изменения ландшафта влияют на эволюцию популяций, динамику источника-поглотителя данной популяции и как болезни или инвазивные виды распространяются по ландшафтам.
ландшафтная генетика отличается от областей биогеографии и филогеография путем предоставления информации в более мелких временных и пространственных масштабах (т. е. на уровне индивидуальных генетических вариаций в популяции). Поскольку она ориентирована на выборку особей, ландшафтная генетика имеет то преимущество, что ей не нужно субъективно определять отдельные популяции перед анализом. Генетические инструменты используются для обнаружения резких генетических различий между людьми в пределах популяции, а статистические инструменты используются для корреляции этих генетических разрывов с ландшафтом и экологические особенности. Результаты исследований ландшафтной генетики имеют потенциально важное применение в природоохранной биологии и управлении земельными ресурсами.
ландшафтная генетика возникла как отдельная дисциплина после основополагающая статья Manel et al., озаглавленная «Ландшафтная генетика: сочетание ландшафтной экологии и популяционной генетики». появилась в журнале Trends in Ecology and Evolution в 2003 году. Согласно этой статье, концепция о том, что ландшафтные закономерности влияют на распределение организмов, восходит к XVIII и XIX векам в трудах Пирам Августина де Кандоль и Альфред Рассел Уоллес. Современная область междисциплинарна и объединяет не только популяционную генетику и ландшафтную экологию, но и область пространственной статистики. По состоянию на 2008 год более 655 статей были опубликованы в различных генетических и экологических журналах.
Карта Коридора дикой природы озера МакАртур в северном Айдахо, Соединенные Штаты. Он связан с прилегающими территориями дикой природы. Ландшафтная генетика продвинула экологическую и эволюционную теорию, облегчая понимание как поток генов и адаптация происходят в реальных гетерогенных ландшафтах. Это также позволило оценить функциональную связанность ландшафтов. Выявление особенностей ландшафта, которые действуют как барьеры или способствующие рассредоточению, может помочь в строительстве или сохранении коридоров, соединяющих фрагментированные ландшафты. Генетика ландшафта 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 продолжающимся глобальным изменениям.
Молекулярные маркеры генетического разнообразия, такие как ДНК микросателлиты, митохондриальная ДНК, полиморфизм длины амплифицированных фрагментов и аллоферменты тестируются на случайных особях определенного вида в ландшафте. Эти маркеры используются для определения генотипа (генетический состав) испытуемых.
Ландшафтные особенности включают ландшафтную композицию (изобилие и разнообразие типов участков ), конфигурацию ландшафта (как эти участки расположены в пространстве) и качество матрицы (пространство в ландшафте между участками среды обитания для данного вида). Топография, высота, типы среды обитания и потенциальные препятствия, такие как реки или дороги, являются примерами ландшафтных переменных.
Для идентификации генетических образцов по собранным генетическим маркерам используются различные статистические инструменты. Часто используются методы, которые объединяют людей в субпопуляции на основе генетической дифференциации или расстояния, такие как индекс фиксации (F ST) и байесовское присвоение ).. Однако, поскольку особи иногда распределены равномерно, а не пространственно сгруппированы по ландшафту, эти методы ограничены, и в настоящее время разрабатываются альтернативные методы.
Статистические инструменты, такие как Тест Мантела или частичный тест Мантела обычно используются для корреляции генетических паттернов с особенностями ландшафта. Также распространены методы линейной регрессии и ординации. Географические информационные системы (ГИС) могут использоваться для визуализации генетических закономерностей в пространстве путем нанесения генетических данных на карту ландшафта.
Белохвостый олень A исследование, опубликованное в 2012 году, проанализировало ландшафтную генетику белохвостого оленя в Висконсине и Иллине. ois. Они извлекли ДНК из лимфатических узлов 2069 оленей, добытых в 64 поселках. Для генотипирования использовали пятнадцать микросателлитных маркеров. Байесовский тест распределения популяций не выявил отдельных субпопуляций на основе генетических данных. Коррелограммы были использованы для выяснения мелкомасштабной социальной структуры, и было обнаружено, что более сильно засаженные деревьями и фрагментированные поселения имели больше генетического родства между отдельными оленями. Пространственный анализ главных компонентов был использован для выяснения широкомасштабной взаимосвязанности населения. Частичные тесты Mantel обнаружили корреляцию между генетическим расстоянием и географическими барьерами, особенно дорогами и реками. Однако это не было абсолютным препятствием и не делило оленей на отдельные субпопуляции.
Обнаружение высокой генетической связи между отобранными оленями имеет управленческие последствия для определения количества вылова и целей популяции. Обнаружение высокой генетической связи также имеет значение для распространения хронической болезни истощения среди оленей.
Большинство исследований ландшафтной генетики сосредоточено на наземных системах. Генетика морского пейзажа заимствует методы ландшафтной генетики, но применяет их к морским системам, принимая во внимание экологию морского пейзажа, такие как течения и температура воды.
Пейзаж геномика также коррелирует генетические данные с ландшафтными данными, но генетические данные поступают из нескольких локусов (мест на хромосоме) по геному организма, как в популяционной геномике. Пейзажная генетика обычно измеряет менее десятка различных микросателлитов в организме, в то время как ландшафтная геномика часто измеряет однонуклеотидный полиморфизм в тысячах локусов. Это позволяет идентифицировать локусы выброса, которые могут находиться под выбором. Корреляция с ландшафтными данными позволяет идентифицировать ландшафтные факторы, способствующие генетической адаптации. Эта область расширяется благодаря достижениям в методиках секвенирования следующего поколения.
Как новая и быстрорастущая междисциплинарная область без явного определения лучших практик, оно было подвержено ряду недостатков как в дизайне исследования, так и в интерпретации. В публикации 2016 года были выявлены четыре распространенных ошибки исследований ландшафтной генетики, которые следует исправить. К ним относятся предположение, что поток генов всегда выгоден, чрезмерно обобщающие результаты, игнорирование других процессов, влияющих на генетическую структуру популяций, и принятие количественных методов за надежный дизайн исследования. В частности, авторам было предложено сообщить об их дизайне выборки, воспроизводимости молекулярных данных и подробностях о наборе пространственных данных и пространственном анализе используется. Поскольку влияние ландшафта на поток генов не является универсальным, невозможно сделать широкие обобщения, и необходимы исследования по конкретным видам.
Многие из этих ловушек являются результатом междисциплинарной природы ландшафтной генетики, и их можно избежать с помощью лучшее сотрудничество между специалистами в области популяционной генетики, ландшафтной экологии, пространственной статистики и географии.
