La genética del paisaje es la disciplina científica que combina la genética de poblaciones y la ecología del paisaje . En líneas 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, lo que proporciona 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 genético , 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, a 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 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 una disciplina propia después de que apareciera en la revista Trends in Ecology and Evolution en 2003 el artículo seminal titulado "Genética del paisaje: combinando la ecología del paisaje y la genética de poblaciones" de Manel et al. Según ese artículo, el concepto de que los patrones del paisaje afectan la distribución de 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 las estadísticas espaciales . [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 hecho avanzar la teoría ecológica y evolutiva al facilitar la comprensión de cómo se produce el flujo genético y la adaptación en paisajes heterogéneos reales . También ha permitido la estimación de la conectividad funcional entre paisajes. [4] El esclarecimiento de 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 conecten 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 evaluados.
Las características del paisaje incluyen la composición del paisaje (abundancia y variedad de tipos de parches ), la configuración del paisaje (cómo se disponen 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 diversas 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 en función de 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 se distribuyen de manera uniforme 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 parcial de Mantel se utilizan habitualmente 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]
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 2069 ciervos cazados en 64 municipios. Se utilizaron quince marcadores microsatélites para la genotipificación . Una prueba de asignación de población bayesiana no encontró subpoblaciones distintas basadas en los datos genéticos. Se utilizaron correlogramas para dilucidar la estructura social a escala fina y se descubrió que los municipios más densamente forestados y fragmentados tenían más parentesco genético entre ciervos individuales. Se utilizó el análisis de componentes principales espaciales 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, en particular las carreteras y los ríos. Sin embargo, estas no eran barreras absolutas y no dividían a los ciervos en subpoblaciones distintas.
El hallazgo de una alta conectividad genética entre los ciervos muestreados tiene implicaciones de gestión para el establecimiento de objetivos de captura y población. El hallazgo de una alta conectividad genética también tiene implicaciones para la propagación de la enfermedad del desgaste crónico entre los ciervos.
La genética de paisajes marinos es una subdisciplina de la genómica del paisaje que los científicos comenzaron a utilizar en 2006. [8] El surgimiento de este campo precedió a 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 de paisajes marinos es un campo multidisciplinario. Las áreas de especialización utilizadas en la genética de paisajes marinos incluyen oceanografía, ecología y 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 variable de dispersión 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 de paisajes marinos es una herramienta que utiliza marcadores genéticos junto con patrones actuales para comprender mejor la dispersión. Otra diferencia clave al estudiar los sistemas marinos es que muchos animales tienen tamaños de población extremadamente grandes. Los tamaños de población sustanciales en el entorno marino permiten un mayor potencial de adaptación con un mayor tamaño de población efectiva, [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 la genética de paisajes marinos han sido los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), el ADN mitocondrial, los ADN polimórficos amplificados aleatoriamente, los microsatélites, las alozimas y los genomas completos. [2] La recolección y el procesamiento de muestras suficientes ha sido un proceso que demandaba mucho tiempo en el pasado. La secuenciación de nueva generación ha ayudado a expandir el campo de la genómica paisajística porque permite la secuenciación rápida de genomas extremadamente grandes. [13]
La genómica del paisaje marino se puede aplicar a la vida marina con diferentes historias de vida para responder a varias preguntas sobre las influencias genéticas en la dinámica de las poblaciones. Los análisis de organismos sésiles, animales como las almejas que permanecen en el mismo lugar toda su vida, se pueden analizar 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 en organismos como ostras, [15] pastos marinos, [16] y mejillones. [17] Los animales móviles, animales que pueden moverse, también se han estudiado a través de la genómica del paisaje marino. DiBattista y su equipo [18] estudiaron cómo la hidrodinámica influye en el desembolso de 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 los datos genéticos con los datos del paisaje, pero los datos genéticos provienen de múltiples loci (ubicaciones en un cromosoma) a lo largo del genoma del organismo, como en la genómica de poblaciones . La genética del paisaje mide típicamente menos de una docena de microsatélites diferentes en un organismo, mientras que la genómica del paisaje mide a menudo 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 de estudios como en la interpretación. [20] Una publicación de 2016 [2] identificó cuatro errores comunes de la investigación genética del paisaje que deberían corregirse. Estos incluyen asumir que el flujo genético siempre es ventajoso, generalizar excesivamente 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. [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 en el flujo genético no son universales, no se pueden hacer generalidades radicales y son necesarios estudios específicos de especies. [2]
Muchos de estos obstáculos son resultado 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, las estadísticas espaciales y la geografía . [6]
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