Окружающая среда

«Окружающая среда» — это концепция, которая связывает суть условий окружающей среды с успешной биологической деятельностью живых существ. Эта концепция была создана в генетической эпидемиологии , в которой среда определяется как совокупность факторов окружающей среды, как настоящих, так и прошлых, которые влияют на состояние, и в частности на болезненное состояние организма. ^{[ 1 ]} Изучение окружающей среды и ее эффектов называется энвиромикой . Этот термин был впервые использован в области психиатрической эпидемиологии Дж. К. Энтони в 1995 году. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Совсем недавно использование этого термина было распространено на клеточную область, где функциональная энвиромика клеток изучает как геном, так и окружающую среду с точки зрения системной биологии. ^{[ 4 ]} У растений энвиромика напрямую связана со сложной экофизиологией , в которой обширная среда обитания растений в масштабе омика может быть расчленена и понята как мозаика возможных факторов роста и баланса разнообразных доступных ресурсов. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} В экологии это понятие можно соотнести с законом толерантности Шелфорда . ^{[ 7 ]} Энвиромика (изучение окружающей среды) задумана как основа современной селекции растений . ^{[ 8 ]} способны связать проектирование и разработку целей селекции, скрывая их, с агрономическими целями для климатически оптимизированного сельского хозяйства . ^{[ 9 ]} Он также обладает способностью устранять пробелы в знаниях между различными уровнями системной биологии и феномики в контексте взаимодействия гена и окружающей среды . ^{[ 10 ]}

Классификация окружающей среды у человека

Хотя влияние окружающей среды на организм может быть как положительным, так и отрицательным, при обсуждении болезней часто подчеркиваются отрицательные эффекты. Типология опасностей для здоровья окружающей среды, предложенная Макдауэллом, включает естественные физико-химические, антропогенные физико-химические, биологические/органические, природные или техногенные, макросоциальные, микро- или психосоциальные. ^{[ 3 ]} Один из подходов к классификации окружающей среды состоит в том, чтобы систематизировать факторы на основе их вероятной причинно-следственной связи, связанной с конкретным заболеванием, например сердечно-сосудистыми заболеваниями. ^{[ 11 ]}

Еще одним возможным измерением классификации является временной масштаб опасности для окружающей среды; Под угрозой окружающей среды понимают внезапное изменение (например, стихийное бедствие), быстрое изменение окружающей среды, медленное изменение или статическую ситуацию. ^{[ 3 ]} В исследованиях близнецов влияние окружающей среды часто разлагается на общие факторы окружающей среды, общие для обоих близнецов, и необщие факторы окружающей среды, которые различаются между близнецами. ^{[ 12 ]}

Классификация среды обитания растений

В отношении растений термин энвиромика, вероятно, был впервые научно упомянут Сюем. ^{[ 13 ]} в своей знаковой статье об Энвиротипировании , а также всесторонне описанной Резенде и др., ^{[ 14 ]} Это область прикладной науки о данных , которая объединяет базы данных факторов окружающей среды с количественной генетикой . ^{[ 7 ]} Затем он может использовать важные знания по экофизиологии растений, способные устранить пробелы в том, как окружающая среда действует на разных уровнях системной биологии ( гены , транскрипты , белки и метаболиты ). Следовательно, это может повысить способность лучше понимать/моделировать фенотипическую пластичность основных агрономических признаков в различных условиях выращивания. Сообщество селекционеров растений добилось снижения затрат на приобретение датчиков окружающей среды (например, метеостанций ), которые будут установлены в полевых испытаниях, при одновременном повышении надежности и разрешающей способности методов дистанционного зондирования . ^{[ 6 ]} Сочетание этих двух факторов положило начало весне селекции с использованием энвиромики в последние годы. Недавно Коста-Нето и др. ^{[ 7 ]} представил концепцию геномного прогнозирования с помощью окружающей среды , включающую использование типологий адаптации для обработки необработанных данных об окружающей среде в надежный дескриптор разнообразия окружающей среды. Эти данные затем используются для обучения точных моделей прогнозирования GxE , в основном с использованием протоколов молекулярной селекции в сельском и лесном хозяйстве.

Генетические методы могут быть применены для выяснения фенотипических вариаций, вызванных энвиромикой. ^{[ 15 ]}

Фенотипическая пластичность , способность организма выражать различные черты в ответ на внутренние и внешние факторы окружающей среды, зависит как от генетических факторов, так и от факторов окружающей среды. Подобно тому, как генетические подходы использовались для идентификации и прогнозирования производительности на основе генетических маркеров, вклад факторов окружающей среды в фенотипическую пластичность можно систематически анализировать и прогнозировать. ^{[ 15 ]} Критический экологический регрессор посредством информированного поиска (CERIS ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}) использует варианты окружающей среды в течение всего сезона для выявления основных явных условий окружающей среды, которые способствуют производительности, аналогично тому, как анализ QTL / GWAS идентифицирует основные гены по полногеномным маркерам. Энвиромное прогнозирование можно использовать для прогнозирования того, как организм будет вести себя в новых условиях роста, на основе анализа вариантов окружающей среды в течение всего сезона, аналогично тому, как геномное прогнозирование используется для прогнозирования эффективности новых генотипов.

Корреляция и взаимодействие генотипа и окружающей среды

Влияние окружающей среды на организм потенциально может модулироваться его генетической структурой, т. е. его геномом. Два основных способа взаимодействия генов и окружающей среды — это генотипа и окружающей среды корреляция и взаимодействие . ^{[ 12 ]} Корреляция генотипа и среды возникает потому, что, например, дети одновременно наследуют гены от своих родителей и живут под их влиянием. ^{[ 12 ]} В контексте генетической эпидемиологии взаимодействие относится к генам и окружающей среде, которые участвуют причинно-следственным образом, что отличается от простой аддитивной модели эффектов. ^{[ 3 ]} Примером взаимодействия генотипа и окружающей среды является повышенный риск развития болезни Альцгеймера после травмы головы у людей-носителей APOE. $\epsilon 4$ аллель. ^{[ 20 ]}

Критика в отношении здоровья человека

Некоторые исследователи рассматривают окружение как переименование уже устоявшегося компонента воспитания в дихотомии природа-воспитание при объяснении психологического поведения. ^{[ 3 ]} Стивен Роуз утверждал, что в психиатрии пришло время полностью отказаться от дихотомии геном-среда в пользу интегративного взгляда на жизненный путь человека. ^{[ 21 ]}

См. также

Ссылки

^ «Глоссарий и таксономия -омов и -омиков» . Кембриджский институт медицинских технологий . Проверено 25 апреля 2013 г.
^ Шейн Кокс Гад (2008). Справочник по доклиническим разработкам: Токсикология . Джон Уайли и сыновья. п. 778. ИСБН 9780470249048 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Купер, Брайан (2001). «Природа, воспитание и психическое расстройство: старые концепции в новом тысячелетии» . Британский журнал психиатрии . 178 (приложение 40): 91–102. дои : 10.1192/bjp.178.40.s91 . ПМИД 11315233 .
^ ТЕЙШЕЙРА, Ана П; М.Л. Диас, Жуан; Дорогие, Нуно; СОУЗА, Маркос; Ж Клементе, Жоао; И Кунья, Антониу; фон Штош, Мориц; М Алвес, Паула; Джей Ти Каррондо, Маноэль; Оливейра, Руи (2011). «Клеточная функциональная энвиромика: раскрытие функции факторов окружающей среды» . Системная биология BMC . 5 :92–108. дои : 10.1186/1752-0509-5-92 . ПМЦ 3118353 . ПМИД 21645360 .
^ Ресенде, Рафаэль Т.; Пьефо, Ханс-Петер; Роза, Гильерме; Сильва-Младший, Орзенил Б.; Ресенде, Маркос Деон В.; Граттапалья, Дарио (2021). «Энвиромика в селекции: применение и перспективы энвиротипической селекции» . Теоретическая и прикладная генетика . 134 (4): 95–112. дои : 10.1007/s00122-016-2691-5 . ПМЦ 4799247 . ПМИД 26932121 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Коста-Нето Г., Галли Г., Карвалью Х.Ф., Кросса Дж. и Фриче-Нето Р. (2021b). EnvRtype: программное обеспечение для взаимодействия энвиромики и количественной геномики в сельском хозяйстве. Гены G3|Геномы|Генетика. doi:10.1093/g3journal/jkab040.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Коста-Нето Г., Кросса Дж. и Фриче-Нето Р. (2021a). Энвиромная сборка повышает точность и снижает затраты на геномное прогнозирование пластичности урожая кукурузы. Границы в науке о растениях 12. doi: 10.3389/fpls.2021.717552.
^ Кросса Дж., Фриче-Нето Р., Монтесинос-Лопес О.А., Коста-Нето Г., Дрейзигакер С., Монтесинос-Лопес А. и др. (2021). Треугольник современной селекции растений: оптимизация использования данных геномики, феномики и энвиромики. Границы в науке о растениях 12, 1–6. doi:10.3389/fpls.2021.651480.
^ Купер, М., и Мессина, компакт-диск (2021). Можем ли мы использовать «энвиромику» для ускорения улучшения сельскохозяйственных культур путем интеграции селекции и агрономии? Границы в растениеводстве 12. doi:10.3389/fpls.2021.735143.
^ Коста-Нето, Г., и Фриче-Нето, Р. (2021). Энвиромика: объединение различных источников данных, построение единой структуры. Селекция сельскохозяйственных культур и прикладная биотехнология 21, https://cbab.sbmp.org.br/2021/07/06/article-enviromics-bridging-dependent-sources-of-data-building-one-framework/
^ Риггс, Дэниел В.; Йегер, Рэй А.; Бхатнагар, Аруни (27 апреля 2018 г.). «Определение окружающей среды человека: омический подход к оценке экологического риска сердечно-сосудистых заболеваний» . Исследование кровообращения . 122 (9): 1259–1275. дои : 10.1161/CIRCRESAHA.117.311230 . ISSN 0009-7330 . ПМК 6398443 . ПМИД 29700071 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Нейдерхайзер, Дженэ М. (2018). «Понимание роли генома и окружающей среды: методы генетической эпидемиологии» . Британский журнал психиатрии . 178 (С40): с12–с17. дои : 10.1192/bjp.178.40.s12 . ISSN 0007-1250 . ПМИД 11315218 .
^ Сюй, Юньби (2016). «Эвиротипирование для расшифровки воздействия окружающей среды на сельскохозяйственные растения» . Теоретическая и прикладная генетика . 129 (4): 653–673. дои : 10.1007/s00122-016-2691-5 . ПМЦ 4799247 . ПМИД 26932121 .
^ Ресенде, Рафаэль Т.; Пьефо, Ханс-Петер; Сильва-Младший, Орзенил Б.; Ресенде, Маркос Деон В.; Граттапалья, Дарио (2019). «Энвиромика в селекции: применение и перспективы энвиротипической селекции» . bioRxiv : 1–23. дои : 10.1101/726513 . S2CID 201196743 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ли, Сяньрань; Го, Тинтин; Бай, Гуйхуа; Чжан, Живу; Видишь, Девен; Маршалл, Джульетта; Гарланд-Кэмпбелл, Кимберли А.; Ю, Цзяньмин (07 февраля 2022 г.). «Подходы, основанные на данных генетики, объясняют и прогнозируют колебания урожайности, связанные с изменением климатических условий» . Молекулярный завод . 15 (2): 203–206. дои : 10.1016/j.molp.2022.01.001 . ISSN 1752-9867 . ПМИД 34999020 .
^ Ли, Сяньрань; Го, Тинтин; Ван, Цзиньюй; Бекеле, Вубишет А.; Сукумаран, Сивакумар; Ванус, Адам Э.; Макнелли, Джеймс П.; Тиббс-Кортес, Лаура Э.; Лопес, Марта С.; Лэмки, Кендалл Р.; Вестгейт, Марк Э.; Маккей, Джон К.; Архонтулис, Сотириос В.; Рейнольдс, Мэтью П.; Тинкер, Николас А. (07.06.2021). «Интегрированная структура, восстанавливающая экологический аспект GWAS и геномной селекции сельскохозяйственных культур» . Молекулярный завод . 14 (6): 874–887. дои : 10.1016/j.molp.2021.03.010 . ISSN 1674-2052 . ПМИД 33713844 .
^ Го, Тинтин; Му, Ци; Ван, Цзиньюй; Ванус, Адам Э.; Оноги, Акио; Ивата, Хироёси; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (01 мая 2020 г.). «Динамические эффекты взаимодействующих генов, лежащие в основе фенотипической пластичности риса во время цветения и глобальной адаптации» . Геномные исследования . 30 (5): 673–683. дои : 10.1101/гр.255703.119 . ISSN 1088-9051 . ПМЦ 7263186 . ПМИД 32299830 .
^ Ли, Синь; Го, Тинтин; Му, Ци; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (26 июня 2018 г.). «Геномные и экологические детерминанты и их взаимодействие, лежащее в основе фенотипической пластичности» . Труды Национальной академии наук . 115 (26): 6679–6684. Бибкод : 2018PNAS..115.6679L . дои : 10.1073/pnas.1718326115 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6042117 . ПМИД 29891664 .
^ Му, Ци; Го, Тинтин; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (2022). «Фенотипическая пластичность высоты растений определяется взаимодействием генетических локусов и суточным диапазоном температур» . Новый фитолог . 233 (4): 1768–1779. дои : 10.1111/nph.17904 . ISSN 0028-646X . ПМИД 34870847 .
^ Николл, Дж.А.; Робертс, Г.В.; Грэм, DI (1996). «Бета-амилоид, генотип APOE и травма головы (обзор)». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 777 : 271–275. дои : 10.1111/j.1749-6632.1996.tb34431.x . ПМИД 8624097 . S2CID 84564798 .
^ Роуз, С. (2001). «Отходя от старых дихотомий: за пределами природы ^ воспитание к перспективе жизни» (PDF) . Британский журнал психиатрии . 178 (доп. 40): с3–с7. дои : 10.1192/bjp.178.40.s3 . ПМИД 11315221 .

[1] «Глоссарий и таксономия -омов и -омиков» . Кембриджский институт медицинских технологий . Проверено 25 апреля 2013 г.

[Gad2008-2] Шейн Кокс Гад (2008). Справочник по доклиническим разработкам: Токсикология . Джон Уайли и сыновья. п. 778. ИСБН 9780470249048 .

[Cooper2001-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Купер, Брайан (2001). «Природа, воспитание и психическое расстройство: старые концепции в новом тысячелетии» . Британский журнал психиатрии . 178 (приложение 40): 91–102. дои : 10.1192/bjp.178.40.s91 . ПМИД 11315233 .

[Teixeira2011-4] ТЕЙШЕЙРА, Ана П; М.Л. Диас, Жуан; Дорогие, Нуно; СОУЗА, Маркос; Ж Клементе, Жоао; И Кунья, Антониу; фон Штош, Мориц; М Алвес, Паула; Джей Ти Каррондо, Маноэль; Оливейра, Руи (2011). «Клеточная функциональная энвиромика: раскрытие функции факторов окружающей среды» . Системная биология BMC . 5 :92–108. дои : 10.1186/1752-0509-5-92 . ПМЦ 3118353 . ПМИД 21645360 .

[Resende2021-5] Ресенде, Рафаэль Т.; Пьефо, Ханс-Петер; Роза, Гильерме; Сильва-Младший, Орзенил Б.; Ресенде, Маркос Деон В.; Граттапалья, Дарио (2021). «Энвиромика в селекции: применение и перспективы энвиротипической селекции» . Теоретическая и прикладная генетика . 134 (4): 95–112. дои : 10.1007/s00122-016-2691-5 . ПМЦ 4799247 . ПМИД 26932121 .

[ReferenceA-6] Перейти обратно: ^а ^б Коста-Нето Г., Галли Г., Карвалью Х.Ф., Кросса Дж. и Фриче-Нето Р. (2021b). EnvRtype: программное обеспечение для взаимодействия энвиромики и количественной геномики в сельском хозяйстве. Гены G3|Геномы|Генетика. doi:10.1093/g3journal/jkab040.

[Costa-Neto,_G._2021-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Коста-Нето Г., Кросса Дж. и Фриче-Нето Р. (2021a). Энвиромная сборка повышает точность и снижает затраты на геномное прогнозирование пластичности урожая кукурузы. Границы в науке о растениях 12. doi: 10.3389/fpls.2021.717552.

[8] Кросса Дж., Фриче-Нето Р., Монтесинос-Лопес О.А., Коста-Нето Г., Дрейзигакер С., Монтесинос-Лопес А. и др. (2021). Треугольник современной селекции растений: оптимизация использования данных геномики, феномики и энвиромики. Границы в науке о растениях 12, 1–6. doi:10.3389/fpls.2021.651480.

[9] Купер, М., и Мессина, компакт-диск (2021). Можем ли мы использовать «энвиромику» для ускорения улучшения сельскохозяйственных культур путем интеграции селекции и агрономии? Границы в растениеводстве 12. doi:10.3389/fpls.2021.735143.

[10] Коста-Нето, Г., и Фриче-Нето, Р. (2021). Энвиромика: объединение различных источников данных, построение единой структуры. Селекция сельскохозяйственных культур и прикладная биотехнология 21, https://cbab.sbmp.org.br/2021/07/06/article-enviromics-bridging-dependent-sources-of-data-building-one-framework/

[11] Риггс, Дэниел В.; Йегер, Рэй А.; Бхатнагар, Аруни (27 апреля 2018 г.). «Определение окружающей среды человека: омический подход к оценке экологического риска сердечно-сосудистых заболеваний» . Исследование кровообращения . 122 (9): 1259–1275. дои : 10.1161/CIRCRESAHA.117.311230 . ISSN 0009-7330 . ПМК 6398443 . ПМИД 29700071 .

[Neiderhiser2018-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с Нейдерхайзер, Дженэ М. (2018). «Понимание роли генома и окружающей среды: методы генетической эпидемиологии» . Британский журнал психиатрии . 178 (С40): с12–с17. дои : 10.1192/bjp.178.40.s12 . ISSN 0007-1250 . ПМИД 11315218 .

[Xu2016-13] Сюй, Юньби (2016). «Эвиротипирование для расшифровки воздействия окружающей среды на сельскохозяйственные растения» . Теоретическая и прикладная генетика . 129 (4): 653–673. дои : 10.1007/s00122-016-2691-5 . ПМЦ 4799247 . ПМИД 26932121 .

[Resende2019-14] Ресенде, Рафаэль Т.; Пьефо, Ханс-Петер; Сильва-Младший, Орзенил Б.; Ресенде, Маркос Деон В.; Граттапалья, Дарио (2019). «Энвиромика в селекции: применение и перспективы энвиротипической селекции» . bioRxiv : 1–23. дои : 10.1101/726513 . S2CID 201196743 .

[:0-15] Перейти обратно: ^а ^б Ли, Сяньрань; Го, Тинтин; Бай, Гуйхуа; Чжан, Живу; Видишь, Девен; Маршалл, Джульетта; Гарланд-Кэмпбелл, Кимберли А.; Ю, Цзяньмин (07 февраля 2022 г.). «Подходы, основанные на данных генетики, объясняют и прогнозируют колебания урожайности, связанные с изменением климатических условий» . Молекулярный завод . 15 (2): 203–206. дои : 10.1016/j.molp.2022.01.001 . ISSN 1752-9867 . ПМИД 34999020 .

[16] Ли, Сяньрань; Го, Тинтин; Ван, Цзиньюй; Бекеле, Вубишет А.; Сукумаран, Сивакумар; Ванус, Адам Э.; Макнелли, Джеймс П.; Тиббс-Кортес, Лаура Э.; Лопес, Марта С.; Лэмки, Кендалл Р.; Вестгейт, Марк Э.; Маккей, Джон К.; Архонтулис, Сотириос В.; Рейнольдс, Мэтью П.; Тинкер, Николас А. (07.06.2021). «Интегрированная структура, восстанавливающая экологический аспект GWAS и геномной селекции сельскохозяйственных культур» . Молекулярный завод . 14 (6): 874–887. дои : 10.1016/j.molp.2021.03.010 . ISSN 1674-2052 . ПМИД 33713844 .

[17] Го, Тинтин; Му, Ци; Ван, Цзиньюй; Ванус, Адам Э.; Оноги, Акио; Ивата, Хироёси; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (01 мая 2020 г.). «Динамические эффекты взаимодействующих генов, лежащие в основе фенотипической пластичности риса во время цветения и глобальной адаптации» . Геномные исследования . 30 (5): 673–683. дои : 10.1101/гр.255703.119 . ISSN 1088-9051 . ПМЦ 7263186 . ПМИД 32299830 .

[18] Ли, Синь; Го, Тинтин; Му, Ци; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (26 июня 2018 г.). «Геномные и экологические детерминанты и их взаимодействие, лежащее в основе фенотипической пластичности» . Труды Национальной академии наук . 115 (26): 6679–6684. Бибкод : 2018PNAS..115.6679L . дои : 10.1073/pnas.1718326115 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6042117 . ПМИД 29891664 .

[19] Му, Ци; Го, Тинтин; Ли, Сяньрань; Ю, Цзяньмин (2022). «Фенотипическая пластичность высоты растений определяется взаимодействием генетических локусов и суточным диапазоном температур» . Новый фитолог . 233 (4): 1768–1779. дои : 10.1111/nph.17904 . ISSN 0028-646X . ПМИД 34870847 .

[20] Николл, Дж.А.; Робертс, Г.В.; Грэм, DI (1996). «Бета-амилоид, генотип APOE и травма головы (обзор)». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 777 : 271–275. дои : 10.1111/j.1749-6632.1996.tb34431.x . ПМИД 8624097 . S2CID 84564798 .

[21] Роуз, С. (2001). «Отходя от старых дихотомий: за пределами природы ^ воспитание к перспективе жизни» (PDF) . Британский журнал психиатрии . 178 (доп. 40): с3–с7. дои : 10.1192/bjp.178.40.s3 . ПМИД 11315221 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]