Genetica-conservarii-1
-
Upload
mariblue-skyi -
Category
Documents
-
view
212 -
download
0
description
Transcript of Genetica-conservarii-1
-
Genetica in conservarea biodiversitatii
Importanta geneticii recunoscuta din anii 70
- Sir Otto Frankel colab cu Soule parintele biologiei conservarii
-
-
Ce este genetica conservarii?
Componenta a biologiei conservarii care trateaza factorii genetici care influenteaza riscul extinctiei si managementul genetic necesar minimalizarii riscului.
In biologia conservarii exista 11 probleme majore care comporta componente genetice:
1. Efectul depresiv al consangvinizarii
2. Pierderea diversitatii genetice si a abilitatii de a evolua ca raspuns la midificarile survenite in mediu
-
3. Fragmentarea populatiilor si reducerea fluxului genic
4. Procesele randomice care surclaseaza selectia naturala ca si proses evolutiv primar
5. Acumularea mutatiilor detrimentale
6. Adaptarea genetica la captivitate si efectul sau advers in succesul reintroducerii speciilor in habitatele lor naturale
7. Rezolvarea incertitudinilor taxonomice
-
8. Definirea unitatilor de management in cadrul speciilor
9. Utilizarea geneticii moleculare in criminalistica
10. Utilizarea geneticii moleculare in intelegerea aspectelor de biologie a speciilor, importante din punct de vedere conservativ
11. Efectul detrimental generat de hibridare
-
Diversitatea genetica
Este indispensabila populatiilor pentru a se putea adapta.
Populatiile mari ale speciilor panmictice diversitate genetica mare
Diversitate redusa la sp. periclitate
-
Importanta diversitatii genetice
Div. gen este materia prima pentru selectia naturala
Pierderea diversitatii genetice reduce poetntialul evolutiv si este astfel asociata cu reducerea fitnesului reproductiv
Ce este diversitatea genetica ?
Este varietatea de alele si genotipuri prezente intr-o grupare de indivizi (pop. sp. sau grupuri de specii)
-
Terminologia utilizata pentru a descrie diversitatea genetica
Locus (plural loci)
Alele
Genotip
Genom
Homozigot
Heterozigot
Frecventa alelica
Monomorfic
-
Proportia locilor polimorfici ( P) Nr locilor polimorfici / nr
total de loci testati.
Ex.
Daca 3 din 10 loci testati sunt polimorfici si 7 sunt
monomorfici,
P = 3/10 = 0.3
-
Diversitatea alelica
Este folosita pentru a descrie diversitatea
genetica.
De ex.
Doua alele la un locus determina
diferente in proteinele albuminei din ou
la eider si trei alele la o sp. de cinteza
(ex. 2.2).
Daca se analizeaza mai multi loci,
diversitatea alelica (A) este numarul
mediu al alelelor la nivelul acestor loci
(Tab 2.1).
Ex leii africani au in total 33 de alele
In 26 loci alozimici deci A = 33/26 =
1.27.
-
Echilibrul Hardy Weinberg
In populatiile panmictice mari, frecventele genice si genotipice la
un locus autozomal sunt in echilibru asu ating echilibrul dupa o
generatie de imperechere panmictica (in absenta factorilor
modificatori).
-
Conditii pentru atingerea echilibrului H-W
Dimensiune mare a populatiei
populatie izolata (fara migratie)
absenta mutatiei
segregare mendeliana normala
Fertilitate egala a genotipurilor parentale
Cuplare randomica a gametilor
Capacitate de fertilizare egala a gametilor
Capacitate de supravietuire echivalenta a
tuturor genotipurilor
-
Deviatii de la echilibrul Hardy Weinberg
Heterozigotia asteptata
Pentru evaluarea potentialului evolutiv al speciei este necesar sa se estimeze
diversitatea genetica la nivelul tuturor locilor in genom.
Informatia furnizata de catre un singur locus este improbabil sa poata estima
diversitatea de la nivelul tuturor locilor unei specii.
De exemplu mamiferele au aprox. 35 000 loci functionali.
In consecinta, valorile diversitatii genetice (Ho, He) sunt exprimate ca si valori
medii ale unei probe selectate randomic, constand intr-un anumit numar de loci.
De exemplu, heterozigotia medie detectata prin electroforeza proteica in 26 de
loci la leii africani este de 7.1%,
-
Estimarea frecventei unei alele recesive
Homozigotii recesivi (aa) sunt diferiti fenotipic si au o frecventa
asteptata de q2 la un locus in cazul in care sunt respectate
conditiile pentru atingerea echilibrului HardyWeinberg
-
Gradul de diversitate genetica
Populatiile mari ale speciilor panmictice contin o diversitate
genetica importanata :
morfologica,
comportamentala
fiziologica
variatie ne-genetica, datorata influentelor mediului asupra
indivizilor
variatie genetica
Datorata diferentelor de structura genetica (alele, heterozigotie, etc)
-
Variatii cantitative
Cele mai importante caractere
in conservare sunt cele
cantitative
Caractere care determina gradul de
sanatate si fitnesul reproductiv al unui
organism:
nr de descendenti,
nr de seminte la plante,
capacitatea de imperechere,
longevitatea,
rata de crestere,
comportamentele de evitare a
pradatorilor,
greutate corporala,
inaltime ,
forta,
Teoretic, toate caracterele
cantitative ale speciilor
panmictice se caracterizeaza
prin diversitate genetica.
Diversitatea genetica pentru
un caracter cantitativ este de
obicei determinata prin
masurarea similaritatilor in
caracterul respectiv la un
numar mare de indivizi
inruditi si determinarea
proportiei variatiilor
fenotipice care sunt ereditare
(eritabilitate ).
-
Alele detrimentale Toate populatiile panmictice contin o incarcatura de alele detrimentale rare
(balastul de gene) care pot fi exprimate
prin consangvinizare
Important pentru genetica conservarii!
In mod obisnuit, acestea au frecvente foarte mici these
sub 1%.
Ex. Sindroame la om,
fenilcetonuria, albinismul, maladia Huntington
Absenta clorofilei la plante
Surditatea la condorii californieni,
Malabsorbtia vitaminei E la caii lui Przewalski,
Criptorhidia si defecte cardiace congenitale la
panterele de Florida,
Absenta testiculelor la koala
Absenta blanii la lemurii rosii
-
Diversitatea genetica
Proteine
Primele masuratori de diversitate
genetica la nivel molecular au fost
realizate in 1966 prin studiul
variatiilor alelice la nivelul unor loci
responsabili de sinteza unor proteine
solubile
Tehnica o varianta a electroforezei
care separa moleculele dupa
incarcatura lor electrica si masa
moleculara
Se pot analiza probe de
sange, ficat sau rinichi la animale,
frunze si radacini la plante
-
ADN
Recoltarea probelor de ADN pentru masurarea diversitatii
genetice Orice material biologic care contine ADN poate fi utilizat pentru masurarea
diversitatii genetice cu ajutorul tehnicilor moleculare
probe proaspete: par, piele, penaj, materii fecale, urina, coaja de oua,
solzi, tesuturi, saliva, lichid seminal.
material conservat tegument si tesuturi ale unor piese muzeale
Conditie proba trebuie sa contina si ADN nedegradat care sa nu fie
contaminat cu ADN al altor indivizi sau al unor specii inrudite.
Amplificarea ADN prin PCR
Genotiparea indivizilor poate fi
realizata prin metode non-invazive
colectand o cant mica de ADN care
apoi va fi amplificata prin PCR
Permite amplificarea in
laborator a unor secvente de
ADN specifice din probe mici
-
Fragmentele de ADN sunt separate in
functie de dimensiunea lor prin
electroforeza in gel de agar sau acrilamida.
Dupa separare fragmentele sunt detectate
prin:
(1) Colorarea gelului cu bromura de etidiu
(colorarea ADN),
(2) Folosirea primerilor marcati radioactiv
si autoradiografia gelurilor
(3) Folosirea primerilor marcati fluorescent
si secventarea produsilor de amplificare
Daca un individ este heterozigot pentru
doua alele microsatelitare cu numar
diferit de secvente repetitive atunci vor
fi identificate doua benzi de dimensiuni
diferite.
Microsatelitii masoara in mod obisnuit
variatia genetica la loci neutrali (nesupusi
selectie naturale) in conditiile in care
secventele repetitive sunt amplasate de
obicei in segmente neninformationale ale
ADN.
Diversitatea de la nivelul microastelitilor
este detectata prin amplificarea ADN
prin PCR.
Primerii care flancheaza microsatelitii
sunt utilizati pentru a specifica regiunea
ADN care urmeaza a fi amplificata
-
Amprentarea ADN releva o
variabilitate foarte mare, la un numar
mare de loci, fara a necesita
informatii anterioare despre ADNul
speciilor investigate.
Dezavantajul consta in
imposibilitatea de identificare a
locilor individuali, avand in vedere
faptul ca fragmentele deriva din
numeroase locuri din genom. Este o
metoda invaziva, deoarece necesita
cantitati mari de ADN
Inlocuita de alte metode non-
invasive in care prelevarea ADN este
urmata de PCR, cum sunt
microsatelitii, AFLP sau RAPD.
-
ADN Mitocondrial (mtDNA)
Molecule mici de ADN circular mostenite maternal la majoritatea speciilor
folosit pe scara larga la identificarea relatiilor taxonomice si a diferentelor dintre
populatiile unei specii
mtDNA este relativ abundent (nr mare de mitocondrii in celula) si usor de
purificat.
Diversitatea genetica a ADN mt poate fi detectata printr-o gama larga de metode
incluzand fragmentarea utilizand enzime de restrictie (RFLP), SSCP si
secventare.
Primerii ADN care functioneaza la majoritatea speciilor sunt deja stabiliti si
accesibili pentru un numar mare de gene ale ADNmt.
Acesti loci pot fi amplificati prin PCR iar produsul secventat .
Secventarea ADNmt are avantaje : sampling non-invaziv, ADNmt are o rata
mutationala mare si ca urmare are o variabilitate crescuta si poate fi folosit
pentru a identifica liniile femele ale descendentilor sau modelele de migratie.
Dezavantaje identifica o singura unitate mostenita maternal
Similar- ADN plastidic
-
Mai putina diversitate genetica in ADN
Diversitate mare
imperechere panmictica
primul studiu pentru locusul
alcool dehidrogenazei (Adh) locus
la drosofile.
The highest levels of genetic diversity in DNA are typically found in DNA
sequences with little functional significance.
These variants either do not code for functional products, or substitutions do not
change the function of the molecule, i.e. they are not expressed phenotypically.
Therefore, selection does not act against such changes.
Conversely, the lowest genetic diversity is found for functionally important
regions of molecules, such as the active sites of enzymes. Much of the DNA
in an organism does not code for functional products.
-
two important exceptions!
1. the major histocompatibility complex (MHC -- a
large family of genes that play a central role in the
vertebrate immune system and in fighting disease)
2. self-incompatibility (SI) loci in plants.
Both regions have extremely high levels of genetic
diversity due to natural selection that favors differences
among individuals within populations.
-
Microsatellites provide one of
the most powerful and practical
means currently available for
surveying genetic diversity in
threatened species
They typically show very
high levels of
polymorphism and many
alleles per locus.
For example, CA repeats
are common and often vary
in repeat number within a
population.
-
Low genetic diversity in threatened species
The abundant genetic diversity found in
large populations contrasts with that
found in many small or bottlenecked
populations.
For example, the northern elephant seal
has been hunted almost to extinction,
but has subsequently recovered from its
population size bottleneck.
This species exhibits no allozyme
variation and possesses substantially
reduced levels of microsatellite
variation in comparison to related
non-bottlenecked species.
Mirounga angustirostris