Genética del paisaje
La genética del paisaje es la disciplina científica que combina la genética de poblaciones y la ecología del paisaje . Abarca en general cualquier estudio que analice datos genéticos de poblaciones de plantas o animales junto con datos sobre las características del paisaje y la calidad de la matriz donde vive la población muestreada. Esto permite analizar los procesos microevolutivos que afectan a las especies a la luz de los patrones espaciales del paisaje, proporcionando una visión más realista de cómo las poblaciones interactúan con sus entornos . [1] La genética del paisaje intenta determinar qué características del paisaje son barreras para la dispersión y el flujo de genes., cómo los cambios del paisaje inducidos por el hombre afectan la evolución de las poblaciones, la dinámica fuente-sumidero de una población determinada y cómo las enfermedades o las especies invasoras se propagan por los paisajes. [2]
La genética del paisaje se diferencia de los campos de la biogeografía y la filogeografía al proporcionar información a escalas temporales y espaciales más finas (es decir, al nivel de la variación genética individual dentro de una población). Debido a que se enfoca en muestrear individuos , la genética del paisaje tiene la ventaja de no tener que definir subjetivamente poblaciones discretas antes del análisis. Las herramientas genéticas se utilizan para detectar diferencias genéticas abruptas entre los individuos dentro de una población y las herramientas estadísticas se utilizan para correlacionar estas discontinuidades genéticas con las características ambientales y del paisaje . [3] Los resultados de los estudios de genética del paisaje tienen aplicaciones potencialmente importantes para la biología de la conservación y las prácticas de gestión de la tierra . [3]
Historia
La genética del paisaje surgió como su propia disciplina después del artículo fundamental titulado "Genética del paisaje: combinación de la ecología del paisaje y la genética de poblaciones" de Manel et al. apareció en la revista Trends in Ecology and Evolution en 2003. Según ese artículo, el concepto de que los patrones del paisaje afectan la forma en que se distribuyen los organismos se remonta a los siglos XVIII y XIX en los escritos de Augustin Pyramus de Candolle y Alfred Russel Wallace . [3] El campo moderno es interdisciplinario e integra no solo la genética de poblaciones y la ecología del paisaje, sino también el campo de la estadística espacial . [4]En 2008, se habían publicado más de 655 artículos sobre el terreno en diversas revistas de genética y ecología . [2]
Avances y aplicaciones
La genética del paisaje ha avanzado la teoría ecológica y evolutiva al facilitar la comprensión de cómo el flujo de genes y la adaptación ocurren en paisajes heterogéneos reales . También ha permitido estimar la conectividad funcional entre paisajes. [4] Aclarar las características del paisaje que actúan como barreras o facilitadores de la dispersión puede informar la construcción o preservación de corredores de vida silvestre que conectan fragmentadosPaisajes La genética del paisaje también puede ayudar a predecir cómo se propagarán las enfermedades por un paisaje o cómo las acciones de manejo propuestas afectarán a las poblaciones. Por último, la genética del paisaje puede ayudar a predecir qué tan bien se adaptarán las poblaciones al cambio global continuo . [2]
Métodos
Marcadores genéticos
Los marcadores moleculares de la diversidad genética , como los microsatélites de ADN , el ADN mitocondrial , los polimorfismos de longitud de fragmentos amplificados y las aloenzimas, se prueban en individuos aleatorios de una especie particular en un paisaje. [2] Estos marcadores se utilizan para determinar el genotipo (composición genética) de los individuos evaluados.
Características paisajísticas y medioambientales
Las características del paisaje incluyen la composición del paisaje (abundancia y variedad de tipos de parches ), la configuración del paisaje (cómo se organizan estos parches en el espacio) y la calidad de la matriz (el espacio en un paisaje entre parches de hábitat para una especie determinada [5] ). . La topografía , la altitud , los tipos de hábitat y las barreras potenciales, como ríos o carreteras, son ejemplos de variables del paisaje . [6]
Herramientas estadísticas
Identificando patrones genéticos
Se utilizan varias herramientas estadísticas para identificar patrones genéticos a partir de los marcadores genéticos recolectados. A menudo se utilizan métodos que agrupan a los individuos en subpoblaciones según la diferenciación genética o la distancia, como el índice de fijación (F ST ) y los métodos de asignación bayesiana . Sin embargo, debido a que los individuos a veces se distribuyen uniformemente en lugar de agruparse espacialmente en un paisaje, estos métodos son limitados y se están desarrollando métodos alternativos. [2]
Correlacionar patrones genéticos con el paisaje
Las herramientas estadísticas como la prueba de Mantel o la prueba de Mantel parcial se utilizan comúnmente para correlacionar patrones genéticos con características del paisaje. Los modelos de regresión lineal y las técnicas de ordenación también son comunes. [2] Los sistemas de información geográfica (SIG) se pueden utilizar para visualizar patrones genéticos en el espacio trazando datos genéticos en un mapa del paisaje. [3]
Ejemplo
Un estudio publicado en 2012 [7] analizó la genética del paisaje del venado cola blanca en Wisconsin e Illinois . Se extrajeron el ADN a partir de los ganglios linfáticos de 2069 cosechados ciervos a través de 64 municipios. Se utilizaron quince marcadores de microsatélites para la genotipificación . Una prueba de asignación de población bayesiana no encontró subpoblaciones distintas según los datos genéticos. Se utilizaron correlogramas para dilucidar la estructura social a escala fina, y se encontró que los municipios fragmentados y con más bosques tenían más parentesco genético entre ciervos individuales. Análisis de componentes principales espacialesse utilizó para dilucidar la conectividad de la población a gran escala. Las pruebas parciales de Mantel encontraron una correlación entre la distancia genética y las barreras geográficas, particularmente carreteras y ríos. Sin embargo, estas no eran barreras absolutas y no dividían a los ciervos en distintas subpoblaciones.
El hallazgo de una alta conectividad genética entre los ciervos muestreados tiene implicaciones de gestión para el establecimiento del número de captura y los objetivos de población. El hallazgo de una alta conectividad genética también tiene implicaciones para la propagación de la emaciación crónica entre los ciervos.
Subdisciplinas
Genética del paisaje marino
La mayoría de los estudios de genética del paisaje se han centrado en los sistemas terrestres . [2] La genética del paisaje marino toma prestado de los métodos de la genética del paisaje, pero los aplica a los sistemas marinos, teniendo en cuenta las variables de la ecología del paisaje marino , como la temperatura actual y del agua. [4] [8]
Genómica del paisaje
La genómica del paisaje también correlaciona los datos genéticos con los datos del paisaje, pero los datos genéticos provienen de múltiples loci (ubicaciones en un cromosoma) en el genoma del organismo, como en la genómica de poblaciones . La genética del paisaje suele medir menos de una docena de microsatélites diferentes en un organismo, mientras que la genómica del paisaje suele medir polimorfismos de un solo nucleótido en miles de loci. [9] Esto permite la identificación de loci atípicos que pueden estar bajo selección . La correlación con los datos del paisaje permite identificar los factores del paisaje que contribuyen a la adaptación genética. Este campo está creciendo debido a los avances entécnicas de secuenciación de próxima generación . [4]
Trampas
Como un campo interdisciplinario nuevo y de rápido crecimiento sin mejores prácticas identificadas explícitamente , ha estado sujeto a una serie de fallas tanto en el diseño como en la interpretación del estudio. [10] Una publicación de 2016 [2] identificó cuatro escollos comunes de la investigación en genética del paisaje que deberían ser objeto de corrección. Estos incluyen asumir que el flujo de genes siempre es ventajoso, generalizar demasiado los resultados, no considerar otros procesos que afectan la estructura genética de las poblaciones y confundir los métodos cuantitativos con un diseño de estudio sólido. [10] En particular, se ha alentado a los autores a informar sobre su diseño de muestreo , reproducibilidadde datos moleculares y detalles sobre el conjunto de datos espaciales y los análisis espaciales utilizados. [2] Debido a que los efectos del paisaje sobre el flujo de genes no son universales, no se pueden hacer generalidades radicales y son necesarios estudios específicos de especies. [2]
Muchas de estas trampas son el resultado de la naturaleza interdisciplinaria de la genética del paisaje y podrían evitarse con una mejor colaboración entre los especialistas en los campos de la genética de poblaciones, la ecología del paisaje, las estadísticas espaciales y la geografía . [6]
Referencias
- ^ Holderegger, Rolf; Wagner, Helene H. (1 de agosto de 2006). "Una breve guía de genética del paisaje" . Ecología del paisaje . 21 (6): 793–796. doi : 10.1007 / s10980-005-6058-6 . ISSN 1572-9761 .
- ^ a b c d e f g h i j Storfer, Andrew; Murphy, Melanie A .; Spear, Stephen F .; Holderegger, Rolf; Espera, Lisette P. (2010). "Genética del paisaje: ¿dónde estamos ahora?" . Ecología molecular . 19 (17): 3496–3514. doi : 10.1111 / j.1365-294X.2010.04691.x . ISSN 1365-294X . PMID 20723061 .
- ^ a b c d Manel, Stephanie; Schwartz, Michael K; Luikart, Gordon; Taberlet, Pierre (1 de abril de 2003). "Genética del paisaje: combinando la ecología del paisaje y la genética de poblaciones" . Tendencias en Ecología y Evolución . 18 (4): 189-197. doi : 10.1016 / S0169-5347 (03) 00008-9 . ISSN 0169-5347 .
- ^ a b c d Manel, Stephanie; Holderegger, Rolf (1 de octubre de 2013). "Diez años de genética del paisaje" . Tendencias en Ecología y Evolución . 28 (10): 614–621. doi : 10.1016 / j.tree.2013.05.012 . ISSN 0169-5347 . PMID 23769416 .
- ^ Wagner, Helene H .; Holderegger, Rolf (1 de marzo de 2008). "Genética del paisaje" . BioScience . 58 (3): 199–207. doi : 10.1641 / B580306 . ISSN 0006-3568 .
- ^ a b Storfer, A; Murphy, MA; Evans, JS; Goldberg, CS; Robinson, S; Spear, SF; Dezzani, R; Delmelle, E; Vierling, L (2007). "Poniendo el 'paisaje' en la genética del paisaje" . Herencia . 98 (3): 128-142. doi : 10.1038 / sj.hdy.6800917 . ISSN 1365-2540 . PMID 17080024 .
- ^ Robinson, Stacie J .; Samuel, Michael D .; López, Davin L .; Shelton, Paul (2012). "La caminata nunca es aleatoria: los sutiles efectos del paisaje dan forma al flujo de genes en una población continua de ciervos de cola blanca en el medio oeste de los Estados Unidos" . Ecología molecular . 21 (17): 4190–4205. doi : 10.1111 / j.1365-294X.2012.05681.x . ISSN 1365-294X . PMID 22882236 .
- ^ Riginos, Cynthia; Liggins, Libby (2013). "Genética del paisaje marino: poblaciones, individuos y genes abandonados y a la deriva" . Brújula de geografía . 7 (3): 197–216. doi : 10.1111 / gec3.12032 .
- ^ Storfer, Andrew; Patton, Austin; Fraik, Alexandra K. (2018). "Navegando por la interfaz entre la genética del paisaje y la genómica del paisaje" . Fronteras en genética . 9 : 68. doi : 10.3389 / fgene.2018.00068 . ISSN 1664-8021 . PMC 5859105 . PMID 29593776 .
- ↑ a b Richardson, Jonathan L .; Brady, Steven P .; Wang, Ian J .; Lanza, Stephen F. (2016). "Navegando las trampas y la promesa de la genética del paisaje" . Ecología molecular . 25 (4): 849–863. doi : 10.1111 / mec.13527 . ISSN 1365-294X . PMID 26756865 .
- Genética de poblaciones
- Ecología del paisaje
