Genetičko osmatranje

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu

Genetičko osmatranje ili genetičko praćenje, genetičko nadziranje ili genetičko monitorstvo (eng. Genetic monitoring) je upotreba molekulskih markera za:

Modaliteti promjena[uredi | uredi izvor]

Modaliteti promjena populacija koji se mogu otkriti genetičkim nadzorom uključuju rast i opadanje njihove veličine, širenje patogena, adaptacije na promjene okoliša, hibridizaciju, introgresiju i moguće fragmentacije staništa. Većina tih promjena se prate pomoću adaptivno 'neutralnih' genetičkih markera (za koje mutacijske promjene ne mijenjaju adaptivnni fitnes unutar populacije). Međutim, ako markeri pokazuju adaptivni odgovor na promjene okoliša mogu biti 'ne-neutralni' (npr. mutacijske promjene utiču na njihov relativni fitnes unutar populacije).

Datoteka:Genetic monitoring
Kategorije genetičkog praćenja, prema: Schwartz et al. 2007.

Definirane su dvije široke kategorije genetičkog osmatranja:

  • Kategorija I, za tradicijsko praćenje populacije, obuhvata korištenje genetičkih markera kao identifikatora jedinki (kategorija Ia), populacija i vrsta (Ib) .
  • Kategorija II uključuje upotrebu genetičkih markera za praćenje promjena u genetičkoj strukturi populacija i njenih parametara, među kojima su najčešći procjenitelji efektivna veličina populacije (Ne), genetičke varijacije, međupopulacijsko miješanje, struktura i migracije.

Primjeri[uredi | uredi izvor]

Procjena abundancije i historijakih parametara – kategorija Ia[uredi | uredi izvor]

Na individualnoj razini, genetička identifikacija može omogućiti procjenu bogatstva populacije i stope povećanja/smanjenja broja jedinki u okviru modela markirano preotimanje. Bogatstvo zagonetne ili neuhvatljive vrste koju je teško pratiti može se procijeniti prikupljanjem neinvazivnih biološke uzoraka na terenu (npr. perje, ljuske ili krzno) i pomoću njih identificirati jedinke pomoću genotipizacije mikrosatelitskih ili jednonukleotidnih polimorfizama (SNP)[1]. Ovaj popis jedinki se može koristiti za procjenu veličine populacija putem analize modela markirano preotimanje. Na primjer, ova tehnika se koristi za praćenje populacija grizlija i ostalih ugroženih vrsta, kao što su[3] četkastorepi valabi,[4] bengalski tigar[5] i sniježni leoparard.[6] Stope rasta populacije su proizvod stope nataliteta i preživljavanja, a mogu se procijeniti putem otvorenih modela obilježeno preotetimanje. Naprimjer, DNK iz perja jedne vrste orla prikazuje niže kumulativno preživljavanje tokom vremena nego što se može uočiti za ostale dugovječne grabljivice.[7]

Identificiranje vrsta: Kategorija Ib[uredi | uredi izvor]

Korištenje tehnika molekulske genetike za identifikaciju vrsta može biti korisno iz niza razloga. identifikacija vrsta u divljini se može koristiti za otkrivanje promjena u kretanju populacijja ili stepenu popunjenosti, stope hibridizacije i/ili širenja patogena i invazivnih vrsta. Promjene u rasponima populacije se, naprimjer, istražuju za a iberijskog risa, dok praćenje zapadnopadinskog koljača pastrmke ukzuje na rasprostranjenje u toku hibridizacije sa unesenim kanadskim pastrmkama. Genetičko praćenje invazivnih vrsta je od konzervacijskog i ekonomskog interesa, jer invazije često utiču na ekologiju i opseg autohtone vrste,a i može dovesti do rizika za hibridizaciju, npr. kopepoda, [8]i vulverina,[9][10] i vrsta kao što su slomljeni luk i kanadski ris - hibrida koji je otkriven na sjevernoj priferiji sadašnjeg areala populacije risa.[11][12]

Identifikacija vrsta je također od velikog komunalnog značaja u praćenju ribarstva i trgovine divljim životinjama, gdje je teško ili nemoguće obaviti uobičajenu vizuelnu identifikaciju iskasapljenih ili zgnječenih ostataka. Praćenje trgovine i potrošnje zaštićenih vrsta može se izvršiti pomoću molekulskih praćenja i identifikacije mesa ili ribe dobijene sa tržišta. Naprimjer, genetička istraživanja tržišta su se koristila za identifikaciju zaštićenih vrsta i populacija kitova i delfinskih vrsta koje se pojavljuju na tržištu. Takva istraživanja se koriste za kontinuirano praćenje količine i kretanja proizvoda od ribarstva i divljih životinja, putem tržišta i za otkrivanje krivolova ili drugih nezakonitosti, neprijavljivanja ili neregulirane (NNN) eksploatacije, npr. ilegalno i neprijavljeno korištenje i vanberzanskom ribolovu (NNN ribolov).

Iako je početni aplikacija usmjerena na identifikaciju vrsta i procjenu veličine populacija, istraživanja tržišta pružaju mogućnost za niz ekološko-molekulskih istraživanja, uključujući snimanje-hvatanje, zadata ispitivanja i modeliranje populacija. Ovi primjeri (ispod) su potencijalno relevantni za genetičko praćenje II kategorije.

Praćenje populacija genetičkim parametrima: Kategorija II[uredi | uredi izvor]

Praćenje promjena populacija pomoću genetičkik pokazatelja može uraditi i naknadno, analizom 'historijskih' DNK, koje se oporave iz muzejski arhiviranih vrsta primjeraka i porede sa suvremenom DNK te vrste. Može se koristiti i kao sredstvo za procjenu tekućih promjena u statusu i upornosti postojećih populacija. Genetičke mjere relativnih promjena u populaciji uključuju promjene u različitosti (npr. heterozigotnosti i bogatstva alela). Praćenje relativnih promjena populacijemijenja pomoću ove metrike izvršeno je retroaktivno za berinškog bizona, kornjače sa Galapagosa, trgovinu drvetom, atlantskog lososa, sjevernu štuku, jednu novozelandsku morsku ribu i sjevernoameričku pastrmku, mauricijuskog kliktavca i Hectorovog delfina, predmet su i mnogih tekućih istraživanja, uključujući i danske i švedski populacije potočne pastrmke. Mjerenje apsolutnih promjena populacije (npr. efektivne veličine populacije: Ne) može se izvesti mjerenjem promjena učestalost alela u populaciji ('F-temporalni') ili nivoa povezanosti neravnoteže tokom vremena ('LDNe'), a mijenjanje obrazaca protoka gena između populacija može se pratiti procjenom razlika u učestalost alela između populacija, tokom vremena. Takve studije uključuju grizlija, bakalara, jelena, žabe-leoparda i burastog medika.

Genetičko nadziranje je također se sve više koristi u studijama koje prate promjene životne sredine putem promjene u učestalosti adaptivno odabranih markera. Naprimjer, genetički kontrolirani fotoperiodični odgovor (vrijeme hibernacije) komarca Wyeomyia smithii koji živi na sastojinama jedne („bacač“) grahoričaste biljke (Fabaceae) je prilagođeno, odgovorajući na dužu vegetaciju biljke koju donosi toplije vrijeme. Eksperimentalni uzgojem pšenice u kontrastnim sredinama, u periodu od 12 generacija otkriveno je da su promjene vrijeme cvjetanje usko povezane s regulacijskim promjenama u jednom genu. To ukazuje na puteve genetičkih adaptacija biljaka na promjene klime.

Genetički nadzor je također koristan u praćenju tekućeg zdravlje malih, preseljenih populacija. Dobri primjeri za to su nađeni za ptice Novog Zelanda, gdje su mnoge vrste u velikoj mjeri utjecala uništavanja staništa i pojavu brojnih sisara predatora u prošlom stoljeću. Nedavno su postale dio programa preseljenje u kojem se raseljava nekoliko 'osnivačkih' jedinki na "ekološke" offshore otoke – bez predatora. [13] Primjeri su i galapagoska kornjača,[14] trgovina divljači,[15] atlantski losos,[16] sjeverna štuka,[17] novozelandski snaper,[18] čeličnoglava pastrmka,[19] velika prerijska kokoš,[20] mauricijuski kestrel[21] i Hectorov delfin[22][23][24][3][25][26] bakalar,[27] crveni jelen,[28] žaba leopard[29] grahorica Medicago truncatula.[30][31][32][33][34]crni robin,[35] i papagaj kakapo.[36]

Status genetičkog praćenja u nauci[uredi | uredi izvor]

U februaru 2007. godine je održan međunarodni samit u Zavodu za zaštitu životne sredine na UCLA, na temu „Evolucijske promjene u ljudskom izmijenjenom okruženju: Međunarodni skup – prevesti znanosti u politiku“. To je dovelo do specijalnog izdanja časopisa za molekulsku ekologiju, u organizaciji razumijevanja genetičkih efekata u tri glavne kategorije:

  1. poremećaj staništa i klimatske promjene,
  2. eksploatacija i uzgoj,
  3. invazivne vrste i patogeni.

U 2007. je pokrenuta Radna grupa za genetičko nadziranje, uz zajedničku podršku NCEAS i NESCent za daljnji razvoj tehnika koje su uključene i pružanje općih smjernica praćenja za kreatore politike i menadžere.

Trenutno je tema dobro pokrivena u nekoliko dobro poznatih udžbenika, uključujući McComb et al. (2010) i Allendorf et al. (2013.)

Genetičko osmatranje u agencijama za prirodne resurse[uredi | uredi izvor]

Mnoge agencije za prirodne resurse vide genetičko praćenje kao isplativ i opravdan način za praćenje populacija i vrsta riba i divljih životinja. Tako su naučni kapaciteti za geološka istraživanja u SAD (Forest Service), Nacionalni parkovi i servisi, i Nacionalno morsko ribarstvu, službe za razvoj novih metoda i alata za korištenje genetičkog praćenje i primjenu takvih alata u širokim geografskim razmjerima. Trenutno USFWS je domaćin web stranice koja obavještava menadžere kako da se na najbolji način koriste genetičkim alatima za praćenje (vidi dolje).

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8. 
  2. ^ Website of the Convention on Biological Diversity
  3. ^ a b Boulanger, J., et al. (2004) Monitoring of grizzly bear population trends and demography using DNA mark-recapture methods in the Owikeno Lake area of British Columbia. Canadian Journal of Zoology 82, 1267–1277. doi:10.1139/Z04-100
  4. ^ Piggott, M.P., et al. (2006) Estimating population size of endangered Brush-tailed Rock-wallaby (Petrogale penicillata) colonies using faecal DNA. Mol. Ecol. 15, 81–91. doi:10.1111/j.1365-294X.2005.02783.x
  5. ^ Bhagavatula, J., and Singh, L. (2006) Genotyping faecal samples of Bengal tiger Panthera tigris tigris for population estimation: A pilot study. BMC Genet. 7, 48. doi:10.1186/1471-2156-7-48 publikacija otvorenog pristupa - besplatna za čitanje
  6. ^ Jaňecka, J.E., et al. (2008) Population monitoring of snow leopards using noninvasive collection of scat samples: a pilot study. Anim. Conserv. 11, 401–411. doi:10.1111/j.1469-1795.2008.00195.x
  7. ^ Rudnick, J.A., et al. (2005) Using naturally shed feathers for individual identification, genetic parentage analyses, and population monitoring in an endangered Eastern imperial eagle (Aquila heliaca) population from Kazakhstan. Mol. Ecol. 14, 2959–2967. doi:10.1111/j.1365-294X.2005.02641.x
  8. ^ Fernández, N., et al. (2006) Landscape evaluation in conservation: molecular sampling and habitat modeling for the Iberian lynx. Ecol. Appl. 16, 1037–1049. doi:10.1890/1051-0761(2006)016[1037:LEICMS]2.0.CO;2
  9. ^ Schwartz, M.K., et al. (2007) Inferring geographical isolation of wolverines in California using historical DNA. J. Wildl. Manage. 71, 2170–2179. doi:10.2193/2007-026PDF fulltext
  10. ^ Hitt, N.P., et al. (2003) Spread of hybridization between native westslope cutthroat trout, Oncorhynchus clarki lewisi, and nonnative rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 60, 1440–1451. doi:10.1139/F03-125
  11. ^ Homyack, J.A., et al. (2008) Canada lynx-bobcat (Lynx canadensis x L.rufus) hybrids at the southern periphery of lynx range in Maine, Minnesota and New Brunswick. Am. Midl. Nat. 159, 504–508. doi:10.1674/0003-0031(2008)159[504:CLLCLR]2.0.CO;2PDF fulltext
  12. ^ Schwartz, M.K., et al. (2004) Hybridization between Canada lynx and bobcats: Genetic results and management implications. Conserv. Genet. 5, 349–355.doi:10.1023/B:COGE.0000031141.47148.8bPDF fulltext
  13. ^ Shapiro, B., et al. (2004) Rise and fall of the Beringian Steppe Bison. Science 306, 1561–1565. doi:10.1126/science.1101074 PMID 15567864 PDF fulltext
  14. ^ Poulakakis, N., et al. (2008) Historical DNA analysis reveals living descendants of an extinct species of Galápagos tortoise. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 15464–15469. doi:10.1073/pnas.0805340105PDF fulltext
  15. ^ Hansen, M.M., et al. (2006) Underwater but not out of sight: genetic monitoring of effective population size in the endangered North Sea houting (Coregonus oxyrhynchus). Can. J. Fish. Aquat. Sci. 63, 780–787. doi:10.1139/F05-260
  16. ^ Nielsen, E.E., et al. (1999) Genetic variation in time and space: Microsatellite analysis of extinct and extant populations of Atlantic salmon. Evolution 53, 261–268.
  17. ^ Miller, L.M., and Kapuscinski, A.R. (1997) Historical analysis of genetic variation reveals low effective population size in a northern pike (Esox lucius) population. Genetics 147, 1249–1258. PDF fulltext
  18. ^ Hauser, L., et al. (2002) Loss of microsatellite diversity and low effective population size in an overexploited population of New Zealand snapper (Pagrus auratus). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 11742–11747. doi:10.1073/pnas.172242899 PDF fulltext
  19. ^ Heath, D.D., et al. (2002) Temporal change in genetic structure and effective population size in steelhead trout (Oncorhynchus mykiss). Mol. Ecol. 11, 197–214. doi:10.1046/j.1365-294X.2002.01434.x
  20. ^ Bellinger, M.R. (2003) Loss of genetic variation in greater prairie chickens following a population bottleneck in Wisconsin, USA. Conserv. Biol. 17, 717–724. doi:10.1046/j.1523-1739.2003.01581.x
  21. ^ Groombridge, J.J., et al. (2000) 'Ghost' alleles of the Mauritius kestrel. Nature 403, 616. doi:10.1038/35001148
  22. ^ Pichler, F.B., and Baker, C.S. (2000) Loss of genetic diversity in the endemic Hector's dolphin due to fisheries-related mortality. Proc. R. Soc. Lond., Ser. B: Biol. Sci. 267, 97–102. doi:10.1098/rspb.2000.0972 PDF fulltext
  23. ^ Østergaard, S., et al. (2003) Long-term temporal changes of genetic composition in brown trout (Salmo trutta L.) populations inhabiting an unstable environment. Mol. Ecol. 12, 3123–3135. doi:10.1046/j.1365-294X.2003.01976.x
  24. ^ Palm, S., et al. (2003) Effective population size and temporal genetic change in stream resident brown trout (Salmo trutta, L.). Conserv. Genet. 4, 249–264. doi:10.1023/A:1024064913094
  25. ^ Kendall, K.C., et al. (2009) Demography and genetic structure of a recovering grizzly bear population. J. Wildl. Manage. 73, 3–17. doi:10.2193/2008-330
  26. ^ Proctor, M.F., et al. (2005) Genetic analysis reveals demographic fragmentation of grizzly bears yielding vulnerably small populations. Proc. R. Soc. Lond., Ser. B: Biol. Sci. 272, 2409–2416. doi:10.1098/rspb.2005.3246 PMID 16243699 PDF fulltext
  27. ^ Poulsen, N.A., et al. (2006) Long-term stability and effective population size in North Sea and Baltic Sea cod (Gadus morhua). Mol. Ecol. 15, 321–331. doi:10.1111/j.1365-294X.2005.02777.x
  28. ^ Nussey, D.H., et al. (2005) Rapidly declining fine-scale spatial genetic structure in female red deer. Mol. Ecol. 14, 3395–3405. doi:10.1111/j.1365-294X.2005.02692.xPDF fulltext
  29. ^ Hoffman, E.A., and Blouin, M.S. (2004) Historical data refute recent range contraction as cause of low genetic diversity in isolated frog populations. Mol. Ecol. 13, 271–276. doi:10.1046/j.1365-294X.2003.02057.xPDF fulltext
  30. ^ Bonnin, I., et al. (2001) Spatial effects and rare outcrossing events in Medicago truncatula (Fabaceae). Mol. Ecol. 10, 1371–1383. doi:10.1046/j.1365-294X.2001.01278.x
  31. ^ Siol, M., et al. (2007) Effective population size associated with self-fertilization: lessons from temporal changes in allele frequencies in the selfing annual Medicago truncatula. J. Evol. Biol. 20, 2349–2360 doi:10.1111/j.1420-9101.2007.01409.x
  32. ^ Bradshaw, W.E., and Holzapfel, C.M. (2001) Genetic shift in photoperiodic response correlated with global warming. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 14509–14511. doi:10.1073/pnas.241391498 PDF fulltext
  33. ^ Rhoné, B., et al. (2008) Insight into the genetic bases of climatic adaptation in experimentally evolving wheat populations. Mol. Ecol. 17, 930–943. doi:10.1111/j.1365-294X.2007.03619.x
  34. ^ Strasburg, J.L., and Gross, B.L. (2008) Adapting to winter in wheat: a long-term study follows parallel phenotypic and genetic changes in three experimental wheat populations. Mol. Ecol. 17, 716–718. doi:10.1111/j.1365-294X.2007.03639.x
  35. ^ Ardern, S.L., and Lambert, D.M. (1997) Is the black robin in genetic peril? Mol. Ecol. 6, 21–28. doi:10.1046/j.1365-294X.1997.00147.x
  36. ^ Miller, H.C., et al. (2003) Minisatellite DNA profiling detects lineages and parentage in endangered kakapo (Strigops habroptilus) despite low microsatellite DNA variation. Conserv. Genet. 4, 265–274. doi:10.1023/A:1024037601708

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]