La genética del paisaje es la disciplina científica que combina la genética de poblaciones y la ecología del paisaje . En términos generales, abarca 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 el análisis de 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 especies invasoras se propagan a través de los paisajes. . [2]
La genética del paisaje se diferencia de los campos de la biogeografía y la filogeografía porque proporciona información a escalas temporales y espaciales más finas (es decir, al nivel de variación genética individual dentro de una población). Debido a que se centra en el muestreo de individuos , la genética del paisaje tiene la ventaja de no tener que definir subjetivamente poblaciones discretas antes del análisis. Se utilizan herramientas genéticas para detectar diferencias genéticas abruptas entre individuos dentro de una población y se utilizan herramientas estadísticas 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]
La genética del paisaje surgió como disciplina propia después del artículo fundamental titulado "Genética del paisaje: combinando ecología del paisaje y 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] Hasta 2008, se habían publicado más de 655 artículos en el campo en una variedad de revistas de genética y ecología . [2]
La genética del paisaje ha avanzado la teoría ecológica y evolutiva al facilitar la comprensión de cómo se produce el flujo de genes y la adaptación en paisajes heterogéneos reales . También ha permitido la estimación de la conectividad funcional entre paisajes. [4] Esclarecer 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 paisajes fragmentados . La genética del paisaje también puede ayudar a predecir cómo se propagarán las enfermedades en un paisaje o cómo las acciones de gestión propuestas afectarán a las poblaciones. Finalmente, la genética del paisaje puede ayudar a predecir qué tan bien se adaptarán las poblaciones al cambio global continuo . [2]
Se prueban marcadores moleculares de diversidad genética , como microsatélites de ADN , ADN mitocondrial , polimorfismos de longitud de fragmentos amplificados y aloenzimas en individuos aleatorios de una especie particular en un paisaje. [2] Estos marcadores se utilizan para determinar el genotipo (composición genética) de los individuos analizados.
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]
Se utilizan varias herramientas estadísticas para identificar patrones genéticos a partir de los marcadores genéticos recopilados. 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 bayesianos . Sin embargo, debido a que los individuos a veces están distribuidos uniformemente en lugar de agruparse espacialmente en un paisaje, estos métodos son limitados y se están desarrollando métodos alternativos. [2]
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. También son comunes los modelos de regresión lineal y las técnicas de ordenación . [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]
Un estudio publicado en 2012 [7] analizó la genética del paisaje del venado de cola blanca en Wisconsin e Illinois . Extrajeron ADN de los ganglios linfáticos de 2.069 ciervos cazados en 64 municipios. Se utilizaron quince marcadores microsatélites para el genotipado . Una prueba bayesiana de asignación de poblaciones no encontró subpoblaciones distintas según los datos genéticos. Se utilizaron correlogramas para dilucidar la estructura social a escala fina y se descubrió que los municipios más boscosos y fragmentados tenían más relación genética entre los ciervos individuales. Se utilizó el análisis espacial de componentes principales 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 fueron barreras absolutas y no dividieron a los ciervos en subpoblaciones distintas.
El hallazgo de una alta conectividad genética entre los ciervos muestreados tiene implicaciones de gestión para el establecimiento del número de capturas y los objetivos poblacionales. El hallazgo de una alta conectividad genética también tiene implicaciones para la propagación de la emaciación crónica entre los ciervos.
La genética del paisaje marino es una subdisciplina de la genómica del paisaje que los científicos comenzaron a utilizar en 2006. [8] El surgimiento de este campo procedió de la genética del paisaje, los avances en la tecnología de laboratorio genético y los datos ambientales marinos de mayor resolución. [9] Al igual que la genética del paisaje, la genética del paisaje marino es un campo multidisciplinario. Las áreas de especialización utilizadas en la genética de paisajes marinos incluyen la oceanografía, la ecología y la genética de poblaciones. [8] [10] Los paisajes marinos se diferencian de los paisajes debido a la conectividad diferencial en el entorno acuático. Las corrientes permiten una mayor conectividad en algunos lugares y restringen la conectividad en otros. Muchos organismos que viven en el océano dependen de las corrientes para mover sus gametos y larvas, lo que se denomina dispersión. La disponibilidad de dispersión variable conduce a subpoblaciones que tienen una estructura diferente; por lo tanto, las subpoblaciones están expuestas a distintas presiones selectivas, experimentan tasas de deriva separadas y tienen una diversidad genética única. [11]
La genómica del paisaje marino es una herramienta que utiliza marcadores genéticos junto con los patrones actuales para comprender mejor la dispersión. Otra diferencia clave al estudiar los sistemas marinos es que muchos animales tienen poblaciones extremadamente grandes. Los tamaños sustanciales de población en el entorno marino permiten un mayor potencial de adaptación con un tamaño de población efectivo mayor, [12] lo que significa que aumenta la porción de la población que se reproduce y transmite genes. Una población grande tendrá una mayor influencia de la selección que de la deriva, por lo que es más probable que los organismos marinos tengan mayores niveles de adaptación local. En los análisis de paisajes marinos, los datos genéticos permiten una mayor comprensión y seguimiento de las especies cuando se desconoce la historia de vida completa o no se puede estudiar con ecología. [1] La genética de poblaciones incorpora muchas teorías y técnicas, todas las cuales deben tenerse en cuenta para los análisis de paisajes marinos y paisajísticos. Hay varias formas de recopilar información genética. Los métodos populares en genética de paisajes marinos han sido los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), el ADN mitocondrial, los ADN polimórficos amplificados aleatoriamente, los microsatélites, las aloenzimas y los genomas completos. [2] Recolectar y procesar suficientes muestras ha sido un proceso que requería mucho tiempo en el pasado. La secuenciación de próxima generación ha ayudado a ampliar el campo de la genómica del paisaje porque permite la secuenciación rápida de genomas extremadamente grandes. [13]
La genómica de paisajes marinos se puede aplicar a la vida marina con diferentes historias de vida para responder diversas preguntas sobre las influencias genéticas en la dinámica de poblaciones. Los análisis de organismos sésiles, animales como las almejas que permanecen en el mismo lugar toda su vida, pueden analizarse fácilmente para comprender mejor las presiones evolutivas ambientales. Un ejemplo, Salmoni et al [14] utilizaron datos ambientales y análisis genéticos para identificar un gen tolerante al calor en los corales. Se han realizado muchos otros estudios sobre organismos como ostras, [15] pastos marinos, [16] y mejillones. [17] Los animales móviles, animales que pueden moverse, también han sido estudiados a través de la genómica de paisajes marinos. DiBattista y su equipo [18] estudiaron cómo la hidrodinámica influye en el desembolso de las larvas de pargo y pudieron caracterizar la conectividad entre poblaciones. Los estudios que utilizan la genómica del paisaje marino se pueden utilizar en esfuerzos de conservación y restauración. Este tipo de estudios pueden ayudar a definir individuos resilientes o clasificar áreas que serían mejores para áreas marinas protegidas debido a su propósito ecológico.
La genómica del paisaje también correlaciona datos genéticos con datos del paisaje, pero los datos genéticos provienen de múltiples loci (ubicaciones en un cromosoma) en todo el genoma del organismo, como en la genómica de poblaciones . La genética del paisaje normalmente mide menos de una docena de microsatélites diferentes en un organismo, mientras que la genómica del paisaje a menudo mide polimorfismos de un solo nucleótido en miles de loci. [19] Esto permite la identificación de loci atípicos que pueden estar bajo selección . La correlación con los datos del paisaje permite la identificación de factores del paisaje que contribuyen a la adaptación genética. Este campo está creciendo debido a los avances en las técnicas de secuenciación de próxima generación . [4]
Como campo interdisciplinario nuevo y de rápido crecimiento sin mejores prácticas explícitamente identificadas , ha estado sujeto a una serie de fallas tanto en el diseño como en la interpretación del estudio. [20] Una publicación de 2016 [2] identificó cuatro errores comunes en la investigación de genética del paisaje que deberían corregirse. Estos incluyen asumir que el flujo genético es siempre ventajoso, generalizar excesivamente los resultados, no considerar otros procesos que afectan la estructura genética de las poblaciones y confundir métodos cuantitativos con un diseño de estudio sólido. [20] En particular, se ha alentado a los autores a informar sobre su diseño de muestreo , la reproducibilidad de los datos moleculares y los 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 cada especie. [2]
Muchos de estos obstáculos resultan de la naturaleza interdisciplinaria de la genética del paisaje y podrían evitarse con una mejor colaboración entre especialistas en los campos de la genética de poblaciones, la ecología del paisaje, la estadística espacial y la geografía . [6]
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