Генетическая жизнеспособность

Генетическая жизнеспособность — это способность присутствующих генов обеспечивать выживание и размножение клетки, организма или популяции. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Этот термин обычно используется для обозначения возможности или способности популяции избежать проблем инбридинга . ^{[ 1 ]} Реже генетическую жизнеспособность можно также использовать в отношении отдельной клетки или на индивидуальном уровне. ^{[ 1 ]}

Инбридинг истощает гетерозиготность генома, а это означает, что вероятность появления идентичных аллелей в локусе возрастает. ^{[ 1 ]} Когда эти аллели бесполезны, гомозиготность может вызвать проблемы с генетической жизнеспособностью. ^{[ 1 ]} Эти проблемы могут включать влияние на индивидуальную приспособленность (более высокая смертность, более медленный рост, более частые дефекты развития, снижение способности к спариванию, более низкая плодовитость, большая восприимчивость к болезням, снижение способности противостоять стрессу, снижение внутри- и межвидовой конкурентоспособности) или влияние на приспособленность всей популяции (снижение темпов роста населения, снижение способности к возобновлению роста, снижение способности адаптироваться к изменениям окружающей среды). ^{[ 3 ]} См. Инбредная депрессия . Когда популяция растений или животных теряет свою генетическую жизнеспособность, вероятность их вымирания увеличивается. ^{[ 4 ]}

Необходимые условия

Чтобы быть генетически жизнеспособной, популяция растений или животных требует определенного генетического разнообразия и определенного размера популяции . ^{[ 5 ]} Для долгосрочной генетической жизнеспособности размер популяции должен состоять из достаточного количества размножающихся пар для поддержания генетического разнообразия. ^{[ 6 ]} Точный эффективный размер популяции можно рассчитать с помощью анализа минимальной жизнеспособной популяции . ^{[ 7 ]} Более высокое генетическое разнообразие и больший размер популяции уменьшат негативные последствия генетического дрейфа и инбридинга в популяции. ^{[ 3 ]} При принятии адекватных мер генетическая жизнеспособность популяции повысится. ^{[ 8 ]}

Причины снижения

Основная причина снижения генетической жизнеспособности — утрата среды обитания . ^{[ 4 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Эта потеря может произойти, например, из-за урбанизации или вырубки лесов, вызывающих фрагментацию среды обитания . ^{[ 4 ]} Природные явления, такие как землетрясения, наводнения или пожары, также могут привести к утрате среды обитания. ^{[ 4 ]} В конце концов, потеря среды обитания может привести к сокращению популяции . ^{[ 3 ]} В небольшой популяции риск инбридинга резко возрастет, что может привести к снижению генетической жизнеспособности. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 11 ]} Если их рацион специфичен, это также может привести к изоляции среды обитания и репродуктивным ограничениям, что приведет к увеличению узких мест в популяциях и снижению генетической жизнеспособности. ^{[ 8 ]} Традиционное искусственное размножение также может привести к снижению генетической жизнеспособности некоторых видов. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Генетическая жизнеспособность определенных популяций волков

Небольшая инбредная популяция серых волков ( Canis lupus ), проживающая в национальном парке Айл-Рояль , штат Мичиган, США, испытывает сокращение численности и находится на грани исчезновения. ^{[ 14 ]} Эти серые волки переживают тяжелую инбридинговую депрессию, обусловленную, прежде всего, гомозиготным проявлением сильно вредных рецессивных мутаций, приводящих к снижению генетической жизнеспособности. ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} Снижение генетической жизнеспособности из-за сильного инбридинга выражалось в снижении воспроизводства и выживаемости, а также в специфических дефектах, таких как деформация позвонков, вероятная катаракта, синдактилия, необычный «веревочный хвост» и аномальные фенотипы шерсти. Отдельная инбредная скандинавская популяция серых волков ( Canis lupus ), также страдающая от потери генетической жизнеспособности, испытывает инбредную депрессию, вероятно, из-за гомозиготного проявления вредных рецессивных мутаций. ^{[ 14 ]}

Сохранение популяции

Защита среды обитания связана с большим аллельным богатством и гетерозиготностью, чем в незащищенных средах обитания. ^{[ 16 ]} Снижение фрагментации среды обитания и повышение проницаемости ландшафта могут способствовать богатству аллелей, облегчая поток генов между изолированными или меньшими по размеру популяциями. ^{[ 16 ]}

Минимальная жизнеспособная популяция, необходимая для поддержания генетической жизнеспособности, — это ситуация, при которой потеря генетической изменчивости из-за небольшого размера популяции ( генетический дрейф ) равна генетической изменчивости, полученной в результате мутации . ^{[ 17 ]} Когда численность представителей одного пола слишком мала, может возникнуть необходимость в скрещивании для поддержания жизнеспособности. ^{[ 18 ]}

Анализируя

Когда кажется, что генетическая жизнеспособность популяции снижается, можно провести анализ жизнеспособности популяции (PVA), чтобы оценить риск исчезновения этого вида. ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}^{[ 21 ]} Результат PVA может определить, необходимы ли дальнейшие действия по сохранению вида. ^{[ 19 ]}

Приложения

Генетическая жизнеспособность применяется сотрудниками по охране дикой природы в зоопарках, аквариумах или других подобных местах обитания ex situ. ^{[ 22 ]} Они используют знания о генетике животных, обычно полученные из их родословных, для расчета PVA и управления жизнеспособностью популяции. ^{[ 22 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Хартл Д.Л. (2020). Букварь популяционной генетики и геномики (4-е изд.). Издательство Оксфордского университета. дои : 10.1093/oso/9780198862291.001.0001 . ISBN 978-0-19-886229-1 .
^ Ло Л., Чжан Ю.М., Сюй С. (март 2005 г.). «Количественная генетическая модель для отбора жизнеспособности» . Наследственность . 94 (3): 347–355. дои : 10.1038/sj.hdy.6800615 . ПМИД 15536483 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Лейси RC (21 мая 1997 г.). «Значение генетической изменчивости для жизнеспособности популяций млекопитающих» . Журнал маммологии . 78 (2): 320–335. дои : 10.2307/1382885 . JSTOR 1382885 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Роберт А. (сентябрь 2011 г.). «Найдите самое слабое звено. Сравнение времени демографического, генетического и демогенетического вымирания метапопуляций» . Эволюционная биология BMC . 11 (1): 260. Бибкод : 2011BMCEE..11..260R . дои : 10.1186/1471-2148-11-260 . ПМК 3185286 . ПМИД 21929788 .
^ Тенсен Л., ван Вюрен Б.Дж., Дю Плесси К., Марневек Д.Г. «Африканские дикие собаки: генетическая жизнеспособность перемещенных популяций по Южной Африке». Биологическая консервация . 234 : 131–9. Бибкод : 2019BCons.234..131T дои : 10.1016/j.biocon.2019.03.033 . hdl : 2263/70709 .
^ Цегельски CC, Уэйтс ЛП, Андерсон Нью-Джерси, Флагстад О, Стробек С, Кайл СиДжей (01 апреля 2006 г.). «Генетическое разнообразие и популяционная структура популяций росомахи (Gulo gulo) на южной окраине их нынешнего распространения в Северной Америке с последствиями для генетической жизнеспособности». Сохраняющая генетика . 7 (2): 197–211. Бибкод : 2006ConG....7..197C . дои : 10.1007/s10592-006-9126-9 . S2CID 44217068 .
^ Нанни Л., Кэмпбелл К.А. (июль 1993 г.). «Оценка минимального жизнеспособного размера популяции: демография встречается с генетикой населения». Тенденции в экологии и эволюции . 8 (7): 234–9. Бибкод : 1993TEcoE...8..234N . дои : 10.1016/0169-5347(93)90197-W . ПМИД 21236157 .
^ Jump up to: ^а ^б Чжан Б., Ли М., Чжан З., Гуссенс Б., Чжу Л., Чжан С. и др. (август 2007 г.). «Генетическая жизнеспособность и популяционная история гигантской панды положат конец «эволюционному тупику»?» . Молекулярная биология и эволюция . 24 (8): 1801–10. дои : 10.1093/molbev/msm099 . ПМИД 17513881 .
^ Фонхолдт Б.М., Сталер Д.Р., Смит Д.В., Эрл Д.А., Поллинджер Дж.П., Уэйн Р.К. (январь 2008 г.). «Генеалогия и генетическая жизнеспособность повторно интродуцированных йеллоустонских серых волков». Молекулярная экология . 17 (1): 252–74. Бибкод : 2008MolEc..17..252В . дои : 10.1111/j.1365-294X.2007.03468.x . ПМИД 17877715 . S2CID 9222840 .
^ Шрот, Г. (2004). Агролесоводство и сохранение биоразнообразия в тропических ландшафтах . Вашингтон: Island Press. стр. 290–314. ISBN 1-4237-6551-6 . OCLC 65287651 .
^ Янг А.Г., Кларк ГМ, Кларк ГМ, Коулишоу Дж. (12 октября 2000 г.). Генетика, демография и жизнеспособность фрагментированных популяций . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-79421-3 .
^ Райзенбихлер Р.Б., Рубин С.П. (1 августа 1999 г.). «Генетические изменения в результате искусственного размножения тихоокеанского лосося влияют на продуктивность и жизнеспособность подкормленных популяций» . Журнал морских наук ICES . 56 (4): 459–466. Бибкод : 1999ICJMS..56..459R . дои : 10.1006/jmsc.1999.0455 .
^ МакКлюр М.М., Аттер Ф.М., Болдуин С., Кармайкл Р.В., Хассемер П.Ф., Хауэлл П.Дж. и др. (май 2008 г.). «Эволюционные эффекты альтернативных программ искусственного размножения: последствия для жизнеспособности находящихся под угрозой исчезновения анадромных лососевых» . Эволюционные приложения . 1 (2): 356–75. Бибкод : 2008EvApp...1..356M . дои : 10.1111/j.1752-4571.2008.00034.x . ПМЦ 3352443 . ПМИД 25567637 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Робинсон Дж.А., Райкконен Дж., Вучетич Л.М., Вучетич Дж.А., Петерсон Р.О., Лохмюллер К.Э., Уэйн Р.К. (май 2019 г.). «Геномные признаки обширного инбридинга у волков острова Рояль, популяции, находящейся на грани исчезновения» . Научный адв . 5 (5): eaau0757. Бибкод : 2019SciA....5..757R . дои : 10.1126/sciadv.aau0757 . ПМК 6541468 . ПМИД 31149628 .
^ Робинсон Дж.А., Райкконен Дж., Вучетич Л.М., Вучетич Дж.А., Петерсон Р.О., Лохмюллер К.Э., Уэйн Р.К. (май 2019 г.). «Геномные признаки обширного инбридинга у волков острова Рояль, популяции, находящейся на грани исчезновения» . Научный адв . 5 (5): eaau0757. Бибкод : 2019SciA....5..757R . дои : 10.1126/sciadv.aau0757 . ПМК 6541468 . ПМИД 31149628 .
^ Jump up to: ^а ^б Деллинджер Дж.А., Густафсон К.Д., Гаммонс Д.Д., Эрнест Х.Б., Торрес С.Г. (октябрь 2020 г.). «Минимальные пороговые значения среды обитания, необходимые для сохранения генетического разнообразия горных львов» . Экология и эволюция . 10 (19): 10687–96. Бибкод : 2020EcoEv..1010687D . дои : 10.1002/ece3.6723 . ПМК 7548186 . ПМИД 33072289 .
^ Трэйл Л.В., Брук Б.В., Фрэнкхэм Р.Р., Брэдшоу СиДжей (январь 2010 г.). «Прагматичные цели жизнеспособности населения в быстро меняющемся мире». Биологическая консервация . 143 (1): 28–34. Бибкод : 2010BCons.143...28T . doi : 10.1016/j.biocon.2009.09.001 .
^ Пиясатян Н., Кингхорн Б.П. (2003). «Баланс генетического разнообразия, генетических достоинств и жизнеспособности популяций в программах сохранения». Журнал разведения животных и генетики . 120 (3): 137–149. дои : 10.1046/j.1439-0388.2003.00383.x .
^ Jump up to: ^а ^б Менгес Э.С. (1990). «Анализ жизнеспособности популяции исчезающего растения». Биология сохранения . 4 (1): 52–62. Бибкод : 1990ConBi...4...52M . дои : 10.1111/j.1523-1739.1990.tb00267.x . ISSN 0888-8892 .
^ Бейсингер С.Р., Маккалоу Д.Р. (2002). Анализ жизнеспособности популяции . Издательство Чикагского университета. ISBN 0-226-04177-8 . OCLC 48100035 .
^ Бойс М.С. (1 ноября 1992 г.). «Анализ жизнеспособности популяции». Ежегодный обзор экологии и систематики . 23 (1): 481–497. doi : 10.1146/annurev.es.23.110192.002405 . ISSN 0066-4162 .
^ Jump up to: ^а ^б Лейси RC (январь 2019 г.). «Уроки 30-летнего анализа жизнеспособности популяций диких животных». Зоопарковая биология . 38 (1): 67–77. дои : 10.1002/zoo.21468 . ПМИД 30585658 .

Эта о генетике статья незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Хартл Д.Л. (2020). Букварь популяционной генетики и геномики (4-е изд.). Издательство Оксфордского университета. дои : 10.1093/oso/9780198862291.001.0001 . ISBN 978-0-19-886229-1 .

[2] Ло Л., Чжан Ю.М., Сюй С. (март 2005 г.). «Количественная генетическая модель для отбора жизнеспособности» . Наследственность . 94 (3): 347–355. дои : 10.1038/sj.hdy.6800615 . ПМИД 15536483 .

[:2-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Лейси RC (21 мая 1997 г.). «Значение генетической изменчивости для жизнеспособности популяций млекопитающих» . Журнал маммологии . 78 (2): 320–335. дои : 10.2307/1382885 . JSTOR 1382885 .

[:3-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Роберт А. (сентябрь 2011 г.). «Найдите самое слабое звено. Сравнение времени демографического, генетического и демогенетического вымирания метапопуляций» . Эволюционная биология BMC . 11 (1): 260. Бибкод : 2011BMCEE..11..260R . дои : 10.1186/1471-2148-11-260 . ПМК 3185286 . ПМИД 21929788 .

[5] Тенсен Л., ван Вюрен Б.Дж., Дю Плесси К., Марневек Д.Г. «Африканские дикие собаки: генетическая жизнеспособность перемещенных популяций по Южной Африке». Биологическая консервация . 234 : 131–9. Бибкод : 2019BCons.234..131T дои : 10.1016/j.biocon.2019.03.033 . hdl : 2263/70709 .

[6] Цегельски CC, Уэйтс ЛП, Андерсон Нью-Джерси, Флагстад О, Стробек С, Кайл СиДжей (01 апреля 2006 г.). «Генетическое разнообразие и популяционная структура популяций росомахи (Gulo gulo) на южной окраине их нынешнего распространения в Северной Америке с последствиями для генетической жизнеспособности». Сохраняющая генетика . 7 (2): 197–211. Бибкод : 2006ConG....7..197C . дои : 10.1007/s10592-006-9126-9 . S2CID 44217068 .

[7] Нанни Л., Кэмпбелл К.А. (июль 1993 г.). «Оценка минимального жизнеспособного размера популяции: демография встречается с генетикой населения». Тенденции в экологии и эволюции . 8 (7): 234–9. Бибкод : 1993TEcoE...8..234N . дои : 10.1016/0169-5347(93)90197-W . ПМИД 21236157 .

[pmid17513881-8] Jump up to: ^а ^б Чжан Б., Ли М., Чжан З., Гуссенс Б., Чжу Л., Чжан С. и др. (август 2007 г.). «Генетическая жизнеспособность и популяционная история гигантской панды положат конец «эволюционному тупику»?» . Молекулярная биология и эволюция . 24 (8): 1801–10. дои : 10.1093/molbev/msm099 . ПМИД 17513881 .

[9] Фонхолдт Б.М., Сталер Д.Р., Смит Д.В., Эрл Д.А., Поллинджер Дж.П., Уэйн Р.К. (январь 2008 г.). «Генеалогия и генетическая жизнеспособность повторно интродуцированных йеллоустонских серых волков». Молекулярная экология . 17 (1): 252–74. Бибкод : 2008MolEc..17..252В . дои : 10.1111/j.1365-294X.2007.03468.x . ПМИД 17877715 . S2CID 9222840 .

[10] Шрот, Г. (2004). Агролесоводство и сохранение биоразнообразия в тропических ландшафтах . Вашингтон: Island Press. стр. 290–314. ISBN 1-4237-6551-6 . OCLC 65287651 .

[11] Янг А.Г., Кларк ГМ, Кларк ГМ, Коулишоу Дж. (12 октября 2000 г.). Генетика, демография и жизнеспособность фрагментированных популяций . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-79421-3 .

[12] Райзенбихлер Р.Б., Рубин С.П. (1 августа 1999 г.). «Генетические изменения в результате искусственного размножения тихоокеанского лосося влияют на продуктивность и жизнеспособность подкормленных популяций» . Журнал морских наук ICES . 56 (4): 459–466. Бибкод : 1999ICJMS..56..459R . дои : 10.1006/jmsc.1999.0455 .

[13] МакКлюр М.М., Аттер Ф.М., Болдуин С., Кармайкл Р.В., Хассемер П.Ф., Хауэлл П.Дж. и др. (май 2008 г.). «Эволюционные эффекты альтернативных программ искусственного размножения: последствия для жизнеспособности находящихся под угрозой исчезновения анадромных лососевых» . Эволюционные приложения . 1 (2): 356–75. Бибкод : 2008EvApp...1..356M . дои : 10.1111/j.1752-4571.2008.00034.x . ПМЦ 3352443 . ПМИД 25567637 .

[Robinson2019-14] Jump up to: ^а ^б ^с Робинсон Дж.А., Райкконен Дж., Вучетич Л.М., Вучетич Дж.А., Петерсон Р.О., Лохмюллер К.Э., Уэйн Р.К. (май 2019 г.). «Геномные признаки обширного инбридинга у волков острова Рояль, популяции, находящейся на грани исчезновения» . Научный адв . 5 (5): eaau0757. Бибкод : 2019SciA....5..757R . дои : 10.1126/sciadv.aau0757 . ПМК 6541468 . ПМИД 31149628 .

[15] Робинсон Дж.А., Райкконен Дж., Вучетич Л.М., Вучетич Дж.А., Петерсон Р.О., Лохмюллер К.Э., Уэйн Р.К. (май 2019 г.). «Геномные признаки обширного инбридинга у волков острова Рояль, популяции, находящейся на грани исчезновения» . Научный адв . 5 (5): eaau0757. Бибкод : 2019SciA....5..757R . дои : 10.1126/sciadv.aau0757 . ПМК 6541468 . ПМИД 31149628 .

[:0-16] Jump up to: ^а ^б Деллинджер Дж.А., Густафсон К.Д., Гаммонс Д.Д., Эрнест Х.Б., Торрес С.Г. (октябрь 2020 г.). «Минимальные пороговые значения среды обитания, необходимые для сохранения генетического разнообразия горных львов» . Экология и эволюция . 10 (19): 10687–96. Бибкод : 2020EcoEv..1010687D . дои : 10.1002/ece3.6723 . ПМК 7548186 . ПМИД 33072289 .

[17] Трэйл Л.В., Брук Б.В., Фрэнкхэм Р.Р., Брэдшоу СиДжей (январь 2010 г.). «Прагматичные цели жизнеспособности населения в быстро меняющемся мире». Биологическая консервация . 143 (1): 28–34. Бибкод : 2010BCons.143...28T . doi : 10.1016/j.biocon.2009.09.001 .

[18] Пиясатян Н., Кингхорн Б.П. (2003). «Баланс генетического разнообразия, генетических достоинств и жизнеспособности популяций в программах сохранения». Журнал разведения животных и генетики . 120 (3): 137–149. дои : 10.1046/j.1439-0388.2003.00383.x .

[:4-19] Jump up to: ^а ^б Менгес Э.С. (1990). «Анализ жизнеспособности популяции исчезающего растения». Биология сохранения . 4 (1): 52–62. Бибкод : 1990ConBi...4...52M . дои : 10.1111/j.1523-1739.1990.tb00267.x . ISSN 0888-8892 .

[20] Бейсингер С.Р., Маккалоу Д.Р. (2002). Анализ жизнеспособности популяции . Издательство Чикагского университета. ISBN 0-226-04177-8 . OCLC 48100035 .

[21] Бойс М.С. (1 ноября 1992 г.). «Анализ жизнеспособности популяции». Ежегодный обзор экологии и систематики . 23 (1): 481–497. doi : 10.1146/annurev.es.23.110192.002405 . ISSN 0066-4162 .

[:5-22] Jump up to: ^а ^б Лейси RC (январь 2019 г.). «Уроки 30-летнего анализа жизнеспособности популяций диких животных». Зоопарковая биология . 38 (1): 67–77. дои : 10.1002/zoo.21468 . ПМИД 30585658 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]