보존 유전학

Conservation genetics
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유전학
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보존 유전학은 주로 멸종을 피하기 위해 개체군 내 유전자의 역학을 이해하는 것을 목표로 하는 집단 유전학의 학제간 하위 분야이다.그러므로, 그것은 생물 다양성의 보존과 회복에 유전적 방법을 적용합니다.보존 유전학에 관련된 연구원들은 집단 유전학, 분자 생태학, 생물학, 진화 생물학, 계통학을 포함한 다양한 분야에서 왔다.유전적 다양성은 생물 다양성의 세 가지 기본 수준 중 하나이기 때문에 보존에 직접적으로 중요하다.유전적 다양성의 감소는 높은 청소년 사망률, 감소된 인구 증가,[2] [1]감소된 면역력, 그리고 궁극적으로 더 높은 멸종 [3][4]위험과 같은 건강의 감소와 관련이 있기 때문에 유전적 다양성은 인구의 건강과 장기 생존에 영향을 미친다.

유전적 다양성

유전적 다양성은 한 종에서 유전자의 가변성이다.관찰된 헤테로 접합성, 예상되는 헤테로 접합성, 궤적당 평균 대립 유전자 수 또는 다형성 궤적의 백분율 등 많은 수단이 유전적 다양성의 수준을 나타낼 수 있습니다.

유전적 다양성의 중요성

유전자가 표현형 정보를 암호화하기 때문에 유전적 다양성은 집단의 잠재적인 적합성과 궁극적으로 집단의 장기적 지속성을 결정한다.멸종 위험은 낮은 유전적 다양성과 관련이 있으며, 몇몇 연구자들은 낮은 유전적 다양성을 가진 개체군의 적합성이 떨어진다는 것을 입증했다.예를 들어, 낮은 이질 색소는 낮은 청소년 생존, 인구 증가 감소, 낮은 신체 크기, 그리고 성인의 [1][2][5][6][7]수명 감소와 관련이 있다.

집단 유전학에서 유전적 다양성의 기본 측정치인 헤테로 접합성은 인구에서 환경 변화, 이전에 접하지 못한 새로운 병원체, 그리고 다음 세대에 걸친 인구의 평균 적합도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.이형 접합성은 또한 집단 유전학 이론에서 개체 수와 깊이 연관되어 있습니다.모든 것이 동일하다면, 적은 개체군은 전체 게놈에 걸쳐 비슷하지만 큰 개체군보다 덜 이형 접합될 것이다.이 낮은 헤테로 접합성(즉, 낮은 유전적 다양성)은 소수를 위에서 언급한 도전에 더 민감하게 만든다.

소수 집단에서, 연속 세대에 걸쳐 그리고 유전자 흐름이 없으면, 가까운 친척들과 짝짓기를 할 확률이 매우 높아져서, 근친교배 우울증으로 이어집니다. 즉, 집단의 적합성의 감소입니다.밀접하게 관련된 개인들의 자손들의 감소된 적합성은 근본적으로 헤테로 접합의 개념과 관련이 있다. 왜냐하면, 이러한 종류의 짝짓기의 자손들은 필연적으로 그들의 전체 게놈에 걸쳐 더 적은 헤테로 접합성(더 많은 호모 접합)을 하기 때문이다.예를 들어, 같은 외할아버지와 친할아버지를 가진 이배체 개인은 부모 게놈의 부계복제로부터 물려받은 어떤 위치에서든 동질일 확률이 친척이 아닌 외할아버지와 친할아버지를 가진 개인보다 훨씬 더 높다.어머니로부터, 그리고 아버지로부터).

높은 호모 접합성(낮은 헤테로 접합성)은 호모 접합 부위에서 열성 대립 유전자의 표현형 효과를 노출시키기 때문에 적합성을 감소시킨다.선택은 호모 접합자의 적합성을 감소시키는 대립 유전자의 유지에 유리할 수 있다. 전형적인 예는 겸상세포 베타글로빈 대립 유전자로, 말라리아가 고도로 적응하는 헤테로 접합 표현형(말라리아 기생충 플라스모디움 팔시파룸에 대한 저항성)으로 인해 고주파수로 유지된다.

낮은 유전적 다양성은 또한 염색체에 대립 유전자의 새로운 조합을 만드는 감수 분열 동안 염색체 교차의 기회를 감소시켜 부모로부터 물려받은 염색체의 결합되지 않은 세포의 평균 길이를 효과적으로 증가시킨다.이는 결국 체력을 감소시키는 대립 유전자를 제거하고 집단으로부터 체력을 증진시키는 대립 유전자를 촉진하기 위해 연속 세대에 걸쳐 선택의 효과를 감소시킨다.(단순한 가설의 예는 개인의 같은 염색체 위에 있는 두 개의 인접한 유전자, A와 B가 될 것이다.만약 A의 대립 유전자가 적합성 "1점"을 촉진하는 반면, B의 대립 유전자는 적합성 "1점"을 감소시키지만, 두 유전자는 함께 유전되며, 선택은 B의 대립 유전자에 불이익을 주는 동안 A의 대립 유전자를 선호할 수 없다. 즉 적합성 균형은 "0점"이다.재조합은 A와 B에서 대체 대립 유전자를 교환하여 최적의 대립 유전자를 모집단의 최적의 주파수로 촉진할 수 있게 합니다. 단, 둘 중 하나를 선택할 수 있는 대체 대립 유전자가 있는 경우에만 가능합니다.)

유전적 다양성과 집단 유전학 이론의 모집단 크기 사이의 근본적인 연관성은 유전적 다양성의 고전적인 집단 유전학적 척도인 와터슨 추정기에서 명확하게 볼 수 있다. 와터슨 추정치는 유전적 다양성을 유효 모집단 크기와 돌연변이율의 함수로 측정한다.모집단 크기, 돌연변이율 및 유전적 다양성 사이의 관계를 고려할 때, 유전적 다양성의 상실의 결과로 문제가 발생하기 전에 유전적 다양성을 잃을 위험이 있는 모집단을 인식하는 것이 분명히 중요하다.일단 상실되면, 유전적 다양성은 돌연변이와 유전자 흐름에 의해서만 회복될 수 있다.만약 어떤 종이 이미 멸종 위기에 처해 있다면, 유전자 흐름에 의한 다양성을 회복하기 위해 사용할 개체군은 없을 것이고, 주어진 개체군은 (정의상) 작을 것이고, 따라서 다양성은 비교가능하지만 더 큰 개체군보다 훨씬 더 느리게 돌연변이에 의해 그 개체군에 축적될 것이다.게놈이 큰 집단보다 적은 집단에서 돌연변이를 일으키는 개인들).

멸종의 원인

  1. 근친교배와 근친교배 우울증.[8][9]
  2. 유해[10] 돌연변이의 축적
  3. 개체군 내 헤테로 접합 빈도의 감소 또는 환경의 변화에 대처하기 위해 종의 진화 능력을 감소시키는 헤테로 접합성
  4. 외래종 우울증
  5. 단편화된 모집단[11][12][13]
  6. 분류학적 불확실성으로 인해 보존 작업의[14] 우선 순위가 변경될 수 있음
  7. 자연 선택 대신 주요 진화 과정으로서의 유전적 표류
  8. 종내 관리 단위
  9. 초기 풍토종의 점진적인 치환으로 동종 교배.

기술

특정 유전자 기술은 특정 보존 문제와 일반적인 개체군 [15]구조에 관한 종의 게놈을 평가하기 위해 사용된다.이 분석은 개인의 현재 DNA 또는 역사적 DNA로 [16]두 가지 방법으로 수행될 수 있습니다.

개인과 모집단 간의 차이를 분석하기 위한 기술은 다음과 같다.

  1. 알로엔자임
  2. 랜덤 프래그먼트 길이 다형
  3. 증폭된 단편 길이 다형
  4. 다형 DNA의 무작위 증폭
  5. 단가닥 입체 다형 다형
  6. 미니 위성
  7. 마이크로 위성
  8. 단일뉴클레오티드 다형성
  9. DNA순서결정

이 다른 기술들은 동물과 식물에 있는 게놈의 다른 다양한 영역에 초점을 맞춘다.필요한 특정 정보에 따라 사용되는 기술과 게놈의 어떤 부분이 분석되는지가 결정됩니다.예를 들어, 동물의 미토콘드리아 DNA는 높은 치환율을 가지며, 이것은 개체 간의 차이를 식별하는데 유용하다.그러나 여성 계통에서만 유전되며 미토콘드리아 게놈은 상대적으로 작다.식물에서, 미토콘드리아 DNA는 매우 높은 구조적 돌연변이를 가지고 있기 때문에, 엽록체 게놈이 대신 사용될 수 있기 때문에, 유전자 표지에 거의 사용되지 않는다.주요 조직적합성 복합체, 마이크로 위성 및 미니 위성 등 높은 돌연변이율을 보이는 게놈 내 다른 부위들도 자주 사용된다.

이러한 기술은 유전적 다양성의 장기적 보존에 대한 정보를 제공하고 [15]분류법과 같은 인구통계학적, 생태학적 문제를 설명할 수 있다.

또 다른 기술은 유전자 분석을 위해 역사적인 DNA를 사용하는 것이다.역사적인 DNA는 유전학자들이 종들이 과거의 상황 변화에 어떻게 반응했는지 이해할 수 있게 해주기 때문에 중요하다.이것은 미래에 [16]유사한 종의 반응을 이해하는 열쇠이다.

역사적 DNA를 이용한 기술에는 박물관과 [17]동굴에서 발견된 보존된 유골을 보는 것이 포함된다.박물관은 전 세계 과학자들이 이용할 수 있는 다양한 종이 있기 때문에 이용된다.박물관의 문제는 과거의 상황 변화에 대해 종이 어떻게 반응했는지를 이해하는 것이 미래에 [17]유사한 종의 반응을 이해하는 열쇠이기 때문에 역사적 관점이 중요하다는 것이다.동굴에서 발견된 증거는 더 긴 시각을 제공하고 [17]동물들을 방해하지 않는다.

개인의 특정 유전자에 의존하는 또 다른 기술은 비침습적 모니터링으로,[17] 깃털과 같은 개인이 남겨둔 유기 물질에서 추출된 DNA를 사용한다.이것은 또한 동물들을 방해하는 것을 피하고 개인의 [17]성별, 움직임, 친족관계, 식단에 대한 정보를 제공할 수 있다.

다른 보다 일반적인 기술들은 멸종과 멸종 위험을 초래하는 유전적 요인들을 바로잡기 위해 사용될 수 있다.예를 들어, 근친 교배를 최소화하고 유전자 변이를 증가시킬 때 여러 단계를 취할 수 있다.이민을 통한 이질 결합의 증가, 저온 보존이나 나이 든 동물로부터의 번식을 통한 세대 간격의 증가, 가족 크기의 균등화를 통한 유효 개체 수 증가 모두 근친 교배와 [18]그 영향을 최소화하는데 도움이 된다.유해 대립 유전자는 돌연변이를 통해 발생하지만, 특정 열성 유전자는 근친 [18]교배 때문에 더 널리 퍼질 수 있습니다.근친교배에서 발생하는 유해한 돌연변이는 제거 또는 자연선택에 [18]의해 제거될 수 있다.야생에서 다시 유입될 목적으로 사육된 개체군은 [19]포획에 적응하는 데 어려움을 겪습니다.

근친교배 우울증, 유전적 다양성의 상실, 포획에 대한 유전적 적응은 야생에서 불리하며, 이러한 문제의 대부분은 이형 접합을 증가시키는 것을 목적으로 하는 전술한 기술을 통해 대처할 수 있다.또한 야생과 매우 유사한 포획 환경을 조성하고 개체 수를 세분화함으로써 선택에 대한 반응이 적을 뿐만 아니라 [20]포획에 대한 적응을 감소시키는 데에도 도움이 됩니다.

멸종과 멸종 위험을 초래하는 요소를 최소화하는 솔루션은 요소 자체가 겹치기 때문에 종종 중복됩니다.예를 들어, 유해 돌연변이는 돌연변이를 통해 모집단에 추가되지만, 생물학자들이 우려하는 유해 돌연변이 보존은 근친 교배를 통해 야기되는 돌연변이이다. 왜냐하면 그것들은 근친 교배를 감소시킴으로써 처리될 수 있기 때문이다.여기서 근친 교배를 감소시키는 기술은 해로운 돌연변이의 축적을 감소시키는 데에도 도움이 된다.

적용들

이러한 기술은 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.이러한 특정 분자 기술의 한 가지 응용은 연어과의 [15]종과 아종을 정의하는 것입니다.교배는 연어과에서 특히 중요한 문제이며, 이는 보존, 정치, 사회 및 경제적으로 광범위한 영향을 미칩니다.Cutthroat Traunt mtDNA 및 동종효소 분석에서 토종과 비토종 간의 교배는 개체수 감소의 주요 요인 중 하나로 나타났다.이로 인해 일부 잡종 개체군을 제거하여 원주민 개체군이 더 쉽게 번식할 수 있도록 하였다.이와 같은 사례는 지역 어민들의 경제에서 목재와 같은 대기업에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다.특정 분자 기술은 불분명할 경우 멸종으로 이어질 수 있는 요소 중 하나인 분류학적 관계에 대한 보다 면밀한 분석을 이끌어냈다.

시사점

보존 유전학의 새로운 기술은 보존 생물학의 미래에 많은 영향을 끼친다.분자 수준에서, 새로운 기술들이 발전하고 있다.이러한 기술 중 일부는 미니 위성 및 [15]MHC의 분석을 포함한다.이러한 분자 기술은 앞의 예에서와 같이 분류학적 관계를 명확히 하는 것에서부터 친족관계를 결정함으로써 회복하기 위해 모집단에 재도입할 최적의 개인을 결정하는 것까지 광범위한 영향을 미친다.이러한 효과는 더 멀리까지 미치는 결과를 가져온다.종의 보존은 경제적,[15] 사회적, 정치적 영역에서 인간에게 영향을 미친다.생물학적 영역에서 유전자형 다양성의 증가는 더 큰 유전자형 [21]다양성을 통해 거위 방목의 교란에 저항할 수 있었던 풀 군락에서 보듯이 생태계 회복에 도움을 주는 것으로 나타났다.종의 다양성은 생태계 기능을 증가시키기 때문에 새로운 보존 유전 기술을 통해 생물 다양성을 증가시키는 것은 이전보다 더 광범위한 영향을 미친다.

보존 유전학자가 연구할 수 있는 연구의 짧은 목록은 다음과 같습니다.

  1. 종, 아종, 지리적 인종 및 개체군의 계통학적 분류 및 계통학적 다양성과 고유성의 척도.
  2. 잡종 식별, 자연 개체군에서의 교배, 종 간 침입의 역사와 정도를 평가한다.
  3. 자연 및 관리 모집단의 개체 유전자 구조(ESU(진화적 중요 단위) 및 보존을 위한 관리 단위 식별 포함).
  4. 소수 또는 멸종위기 개체군을 포함한 종 또는 개체군 내 유전적 변화 평가 및 유효 개체 수(Ne) 등의 추정치.
  5. 근친교배 및 근친교배 우울증의 영향, 이형 접합성과 적합성 측정 사이의 관계를 측정합니다(피셔의 자연선택의 기본 정리 참조).
  6. 교란된 개체군에서의 짝 선택과 생식 전략이 교란되었다는 증거.
  7. 특히 멸종위기종 거래를 통제하기 위한 법의학적 응용 프로그램입니다.
  8. 구속 사육 프로그램 및 재도입 체계(수리 모델 및 사례 연구 포함)에서 유전적 다양성을 모니터링하고 극대화하는 실용적인 방법.
  9. 유전자 변형 유기체의 도입과 관련된 보존 문제.
  10. 돌연변이율의 변화와 환경의 국지적 변화에 대한 적응을 포함한 환경오염물질과 유기체의 생물학과 건강 사이의 상호작용(예: 산업용 흑색증).
  11. 비침습적 유전자형을 위한 새로운 기술.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ a b Leberg, P. L. (1990-12-01). "Influence of genetic variability on population growth: implications for conservation". Journal of Fish Biology. 37: 193–195. doi:10.1111/j.1095-8649.1990.tb05036.x. ISSN 1095-8649.
  2. ^ a b Ferguson, Moira M; Drahushchak, Lenore R (1990-06-01). "Heredity - Abstract of article: Disease resistance and enzyme heterozygosity in rainbow trout". Heredity. 64 (3): 413–417. doi:10.1038/hdy.1990.52. ISSN 0018-067X. PMID 2358369.
  3. ^ Frankham, Richard (2005-11-01). "Genetics and extinction". Biological Conservation. 126 (2): 131–140. doi:10.1016/j.biocon.2005.05.002.
  4. ^ Saccheri, Ilik; Kuussaari, Mikko; Kankare, Maaria; Vikman, Pia; Fortelius, Wilhelm; Hanski, Ilkka (1998-04-02). "Inbreeding and extinction in a butterfly metapopulation". Nature. 392 (6675): 491–494. Bibcode:1998Natur.392..491S. doi:10.1038/33136. ISSN 0028-0836. S2CID 4311360.
  5. ^ Hanski, Ilkka; Saccheri, Ilik (2006-04-25). "Molecular-Level Variation Affects Population Growth in a Butterfly Metapopulation". PLOS Biology. 4 (5): e129. doi:10.1371/journal.pbio.0040129. ISSN 1545-7885. PMC 1440940. PMID 16620151.
  6. ^ Lande, R. (1988-09-16). "Genetics and demography in biological conservation". Science. 241 (4872): 1455–1460. Bibcode:1988Sci...241.1455L. doi:10.1126/science.3420403. ISSN 0036-8075. PMID 3420403. S2CID 6048686.
  7. ^ Drayton, J. M.; Hunt, J.; Brooks, R.; Jennions, M. D. (2007-05-01). "Sounds different: inbreeding depression in sexually selected traits in the cricket Teleogryllus commodus". Journal of Evolutionary Biology. 20 (3): 1138–1147. doi:10.1111/j.1420-9101.2006.01286.x. ISSN 1420-9101. PMID 17465923.
  8. ^ Frankham, Richard (1995). "Conservation Genetics". Annual Review of Genetics. 29 (1995): 305–27. doi:10.1146/annurev.ge.29.120195.001513. PMID 8825477.
  9. ^ Charlesworth, D; Charlesworth, B (1987-11-01). "Inbreeding Depression and its Evolutionary Consequences". Annual Review of Ecology and Systematics. 18 (1): 237–268. doi:10.1146/annurev.es.18.110187.001321. ISSN 0066-4162.
  10. ^ Lynch, Michael; Conery, John; Burger, Reinhard (1995-01-01). "Mutation Accumulation and the Extinction of Small Populations". The American Naturalist. 146 (4): 489–518. doi:10.1086/285812. JSTOR 2462976. S2CID 14762497.
  11. ^ Ralls, K.; Brugger, K.; Ballou, J. (1979-11-30). "Inbreeding and juvenile mortality in small populations of ungulates". Science. 206 (4422): 1101–1103. Bibcode:1979Sci...206.1101R. doi:10.1126/science.493997. ISSN 0036-8075. PMID 493997.
  12. ^ Willi, Yvonne; van Buskirk, Josh; Hoffmann, Ary A. (2006-01-01). "Limits to the Adaptive Potential of Small Populations". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 37: 433–458. doi:10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110145. JSTOR 30033839.
  13. ^ Vrijenhoek, R. C. (1994-01-01). "Genetic diversity and fitness in small populations". In Loeschcke, Dr V.; Jain, Dr S. K.; Tomiuk, Dr J. (eds.). Conservation Genetics. EXS. Birkhäuser Basel. pp. 37–53. doi:10.1007/978-3-0348-8510-2_5. ISBN 9783034896573.
  14. ^ Haig, Susan M. (1998). "Molecular Contributions to Conservation" (PDF). Ecology. 79 (2): 413–25. doi:10.1890/0012-9658(1998)079[0413:MCTC]2.0.CO;2.
  15. ^ a b c d e 하이그
  16. ^ a b Wayne, Robert; Morin, Phillip (2004). "Conservation genetics in the new molecular age". Frontiers in Ecology and the Environment. 2 (2): 89–97. doi:10.1890/1540-9295(2004)002[0089:CGITNM]2.0.CO;2. ISSN 1540-9295.
  17. ^ a b c d e 로버트, 89~97페이지
  18. ^ a b c (Frankham ) 오류: 1995 (
  19. ^ Woodworth, Lynn; Montgomery, Margaret; Briscoe, David; Frankham, Richard (2002). "Rapid genetic deterioration in captive populations: causes and conservation implications". Conservation Genetics. 3 (3): 277–88. doi:10.1023/A:1019954801089. S2CID 43289886.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  20. ^ 몽고메리
  21. ^ Frankham, Richard (2005). "Ecosystem recovery enhanced by genotypic diversity" (PDF). Heredity. 95 (3): 183. doi:10.1038/sj.hdy.6800706. PMID 16049423. S2CID 8274476. Archived from the original (PDF) on 2016-07-01. Retrieved 2016-06-05.

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