Monitoreo genético
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El monitoreo genético es el uso de marcadores moleculares para (i) identificar individuos, especies o poblaciones, o (ii) para cuantificar los cambios en las métricas genéticas de la población (como el tamaño efectivo de la población , la diversidad genética y el tamaño de la población) a lo largo del tiempo. Por tanto, el seguimiento genético puede utilizarse para detectar cambios en la abundancia y / o diversidad de especies, y se ha convertido en una herramienta importante tanto en la conservación como en la gestión del ganado . Los tipos de marcadores moleculares que se utilizan para controlar las poblaciones son, con mayor frecuencia , polimorfismos mitocondriales , microsatélites o de un solo nucleótido.(SNP), mientras que los estudios anteriores también utilizaron datos de aloenzimas . La diversidad genética de las especies también se reconoce como una métrica importante de la diversidad biológica para la implementación del Convenio sobre la Diversidad Biológica . [1]

Tipos

Los tipos de cambios de población que pueden detectarse mediante el seguimiento genético incluyen el crecimiento y la disminución de la población, la propagación de patógenos, la adaptación al cambio ambiental, la hibridación, la introgresión y los eventos de fragmentación del hábitat. La mayoría de estos cambios se controlan utilizando marcadores genéticos "neutrales" (marcadores para los cuales los cambios mutacionales no cambian su aptitud adaptativa dentro de una población). Sin embargo, los marcadores que muestran respuestas adaptativas al cambio ambiental pueden ser "no neutrales" (por ejemplo, los cambios mutacionales afectan su aptitud relativa dentro de una población).

Categorías de seguimiento genético definidas por Schwartz et al. 2007 [2]

Se han definido dos amplias categorías de seguimiento genético: [2] La categoría I abarca el uso de marcadores genéticos como identificadores de individuos (Categoría Ia), poblaciones y especies (Categoría Ib) para el seguimiento tradicional de poblaciones. La Categoría II representa el uso de marcadores genéticos para monitorear los cambios de los parámetros genéticos de la población , que incluyen estimadores del tamaño efectivo de la población (Ne), variación genética, mezcla de poblaciones, estructura y migración.

Ejemplos de

Estimación de parámetros de abundancia e historia de vida - Categoría Ia

A nivel individual, la identificación genética puede permitir la estimación de la abundancia de la población y las tasas de aumento de la población en el marco de los modelos de marcado y recaptura . La abundancia de especies crípticas o esquivas que son difíciles de monitorear se puede estimar recolectando muestras biológicas no invasivas en el campo (por ejemplo, plumas, excrementos o pieles) y usándolas para identificar individuos a través de microsatélites o polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). . Este censo de individuos se puede utilizar para estimar la abundancia de la población mediante un análisis de marcado y recaptura. Por ejemplo, esta técnica se ha utilizado para monitorear poblaciones de oso pardo , [3] ualabí de roca de cola de cepillo , [4] Tigre de Bengala [5] y leopardo de las nieves . [6] Las tasas de crecimiento de la población son un producto de las tasas de reclutamiento y supervivencia de la población , y pueden estimarse mediante modelos abiertos de marcado y recaptura . Por ejemplo, el ADN de las plumas desprendidas por el águila imperial oriental muestra una menor supervivencia acumulada a lo largo del tiempo que la observada en otras aves rapaces longevas. [7]

  • Oso grizzly

  • Ualabí de roca de cola de cepillo

  • Leopardo de nieve

  • Águila imperial oriental

Identificación de especies - Categoría Ib

El uso de técnicas de genética molecular para identificar especies puede ser útil por varias razones. La identificación de especies en la naturaleza se puede utilizar para detectar cambios en los rangos de población o la ocupación del sitio, las tasas de hibridación y la aparición y propagación de patógenos y especies invasoras . Se han investigado los cambios en los rangos de población para el lince ibérico [8] y el glotón , [9] mientras que el seguimiento de la trucha degollada de la ladera occidental muestra una hibridación generalizada en curso con la trucha arco iris introducida [10] (ver cutbow ) y el lince canadiense - lince rojoSe han detectado híbridos en la periferia sur del actual rango de población del lince. [11] [12] La aparición y propagación de patógenos se puede rastrear utilizando ensayos moleculares de diagnóstico, por ejemplo, identificando la propagación del virus del Nilo Occidental entre los mosquitos en el este de los EE. UU. Para identificar los posibles orígenes geográficos de la infección [13] e identificando los loci de genes asociado con la susceptibilidad del parásito en el borrego cimarrón . [14] El seguimiento genético de las especies invasoras tiene un interés económico y de conservación, ya que las invasiones a menudo afectan la ecología y la variedad de especies nativas y también pueden traer riesgos de hibridación (por ejemplo, para los copépodos ,[15] patos , [16] búho barrado y búho manchado , [17] y pez conejo de Lessepsian [18] ).

  • lince iberico

  • Glotón

  • Lince canadiense

  • Búho manchado

La identificación de especies también es de considerable utilidad en el seguimiento de las pesquerías y el comercio de vida silvestre , donde la identificación visual convencional de productos deshuesados ​​o deshuesados ​​es difícil o imposible. [19] El seguimiento del comercio y el consumo de especies de interés para la conservación se puede realizar mediante la amplificación molecular y la identificación de la carne o el pescado obtenidos en los mercados. Por ejemplo, se han utilizado estudios de mercado genéticos para identificar especies protegidas y poblaciones de ballenas (por ejemplo, ballena minke del Pacífico norte ) y especies de delfines que aparecen en el mercado. [20] Otras encuestas sobre el comercio de mercado se han centrado en pinnípedos , [21] caballitos de mar.[22] y tiburones . [23] Estos estudios se utilizan para realizar un seguimiento continuo de la cantidad y el movimiento de los productos pesqueros y silvestres a través de los mercados y para detectar la caza furtiva u otra explotación ilegal, no declarada o no reglamentada (INDNR) [19] (por ejemplo, pesca INDNR ).

Aunque las aplicaciones iniciales se enfocaron en la identificación de especies y evaluaciones de poblaciones, los estudios de mercado también brindan la oportunidad para una variedad de investigaciones de ecología molecular que incluyen captura-recaptura, pruebas de asignación y modelado de poblaciones. [19] Estos desarrollos son potencialmente relevantes para el monitoreo genético de Categoría II.

  • Carne de ballena

  • Caballitos de mar secos

  • Aletas de tiburón

Seguimiento de los parámetros genéticos de la población - Categoría II

El seguimiento de los cambios de población a través de medios genéticos se puede realizar de forma retrospectiva, mediante el análisis del ADN "histórico" recuperado de especies archivadas en museos y la comparación con el ADN contemporáneo de esa especie. También se puede utilizar como una herramienta para evaluar los cambios en curso en el estado y la persistencia de las poblaciones actuales. Las medidas genéticas del cambio poblacional relativo incluyen cambios en la diversidad (por ejemplo, heterocigosidad y riqueza alélica). El seguimiento de los cambios de población relativa a través de estas métricas se ha realizado de forma retrospectiva para el bisonte de Beringia , [24] tortuga de Galápagos , [25] caza , [26] salmón del Atlántico , [27] lucio del norte , [28] pargo de Nueva Zelanda , [29] trucha trucha arco iris , [30] gallina de las praderas , [31] cernícalo de Mauricio [32] y delfín de Héctor [33] y es objeto de muchos estudios en curso, entre ellosPoblaciones de trucha marrón danesa y sueca. [34] [35] La medición de los cambios absolutos de la población (por ejemplo, el tamaño efectivo de la población (Ne)) se puede realizar midiendo los cambios en las frecuencias de los alelos de la población ('Ftemporal') o los niveles de desequilibrio de ligamientoa lo largo del tiempo ('LDNe'), mientras que los patrones cambiantes del flujo de genes entre poblaciones también se pueden monitorear estimando las diferencias en las frecuencias alélicas entre poblaciones a lo largo del tiempo. Los sujetos de tales estudios incluyen osos pardos , [3] [36] [37] bacalao , [38] ciervo rojo , [39] ranas leopardo [40] y Barrel Medic . [41] [42]

  • Tortuga gigante de Galápagos

  • Salmón del atlántico

  • Delfín de hector

  • Rana leopardo del norte

El monitoreo genético también se ha utilizado cada vez más en estudios que monitorean los cambios ambientales a través de cambios en la frecuencia de marcadores seleccionados de forma adaptativa. Por ejemplo, la respuesta fotoperiódica genéticamente controlada (tiempo de hibernación) de los mosquitos de las plantas de jarra ( Wyeomyia smithii ) ha cambiado en respuesta a temporadas de crecimiento más largas para las plantas de jarra provocadas por un clima más cálido. [43] Las poblaciones experimentales de trigo cultivadas en ambientes contrastantes durante un período de 12 generaciones encontraron que los cambios en el tiempo de floración estaban estrechamente correlacionados con cambios regulatorios en un gen, lo que sugiere una vía de adaptación genética al cambio climático en las plantas. [44] [45]

El monitoreo genético también es útil para monitorear la salud en curso de poblaciones pequeñas reubicadas. Buenos ejemplos de esto se encuentran en las aves de Nueva Zelanda , muchas especies de las cuales se vieron muy afectadas por la destrucción del hábitat y la aparición de numerosos mamíferos depredadores en el último siglo y recientemente se han convertido en parte de programas de reubicación que transfieren a algunos individuos 'fundadores' a depredadores. -Islas “ecológicas” mar adentro libres . Por ejemplo , petirrojo , [46] y kakapo . [47]

  • Médico de barril

  • Trigo blando

  • Mosquito planta jarra

  • Kakapo - loro nocturno de Nueva Zelanda

Estado del seguimiento genético en la ciencia

En febrero de 2007 se celebró una cumbre internacional en el Instituto del Medio Ambiente de la UCLA , sobre "Cambio evolutivo en entornos alterados por humanos: una cumbre internacional para traducir la ciencia en políticas". Esto condujo a un número especial de la revista Molecular Ecology [48] organizado en torno a nuestra comprensión de los efectos genéticos en tres categorías principales: (i) alteración del hábitat y cambio climático (ii) explotación y cría en cautividad (iii) especies invasoras y patógenos .

En 2007 se puso en marcha un Grupo de trabajo sobre seguimiento genético con el apoyo conjunto de NCEAS [49] y NESCent [50] para seguir desarrollando las técnicas implicadas y proporcionar orientación general sobre seguimiento a los responsables políticos y administradores. [51]

Actualmente, el tema está cubierto en varios libros de texto bien conocidos, incluidos McComb et al. (2010) y Allendorf et al. (2013)

Monitoreo genético en agencias de recursos naturales

Muchas agencias de recursos naturales ven el monitoreo genético como una forma rentable y defendible de monitorear las poblaciones de peces y vida silvestre. Como tal, los científicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos , Servicio Forestal de Estados Unidos , [52] Dirección del Parque Nacional y del Servicio Nacional de Pesquerías Marinas han estado desarrollando nuevos métodos y herramientas a utilizar monitoreo genético, y la aplicación de estas herramientas a través de escalas geográficas amplias. [2] [36] Actualmente, el USFWS alberga un sitio web que informa a los administradores sobre la mejor manera de utilizar las herramientas genéticas para el seguimiento (ver más abajo).

Ver también

  • Genética ecológica
  • Genética molecular
  • Genética de la conservación
  • Genética del paisaje

Referencias

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  49. ^ Centro Nacional de Análisis y Síntesis Ecológicos
  50. ^ El Centro Nacional de Síntesis Evolutiva
  51. ^ Monitoreo genético: desarrollo de herramientas para la conservación y el manejo
  52. ^ Laboratorio de Genética de Vida Silvestre de la Estación de Investigación de las Montañas Rocosas

enlaces externos

  • Monitoreo genético para gerentes
  • Informe centrado en la ciencia del estudio del oso grizzly en el noroeste de Montana
  • Artículo de New Scientist: los números del leopardo de las nieves se pueden leer en sus heces
  • El excremento de los animales es el tesoro de los científicos: los avances en las pruebas de ADN permiten a los biólogos de la vida silvestre estudiar las criaturas utilizando lo que dejan atrás
  • Post Gazette News: investigador de aviario encuentra que las águilas necesitan una mirada más cercana
  • New Scientist: las poblaciones ocultas le dan a Lynx una oportunidad de luchar
  • SFGate: It's True - Wolverine está prosperando cerca de Tahoe
  • Associated Press: La trucha protegida se está reproduciendo hasta la extinción
  • Adaptarse a un clima más cálido: el mosquito púrpura de la planta jarra
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