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Monitoreo genético

El monitoreo genético consiste en el uso de marcadores moleculares para (i) identificar individuos, especies o poblaciones, o (ii) cuantificar cambios en métricas genéticas pobl...

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El monitoreo genético consiste en el uso de marcadores moleculares para (i) identificar individuos, especies o poblaciones, o (ii) cuantificar cambios en métricas genéticas poblacionales (como el tamaño efectivo de la población , la diversidad genética y el tamaño de la población) a lo largo del tiempo. Por lo tanto, el monitoreo genético puede utilizarse para detectar cambios en la abundancia y/o diversidad de especies, y se ha convertido en una herramienta importante tanto en la conservación como en la gestión ganadera . Los tipos de marcadores moleculares utilizados para monitorear poblaciones son más comúnmente mitocondriales , microsatélites o polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), mientras que estudios anteriores también utilizaron datos de aloenzimas . La diversidad genética de las especies también se reconoce como una métrica importante de biodiversidad para la implementación del Convenio sobre la Diversidad Biológica . [ 1 ]

Tipos

Los tipos de cambios poblacionales que pueden detectarse mediante el monitoreo genético incluyen el crecimiento y la disminución de la población, la propagación de patógenos, la adaptación al cambio ambiental, la hibridación, la introgresión y la fragmentación del hábitat . La mayoría de estos cambios se monitorean utilizando marcadores genéticos "neutros" (marcadores cuyas mutaciones no alteran su aptitud adaptativa dentro de una población). Sin embargo, los marcadores que muestran respuestas adaptativas al cambio ambiental pueden ser "no neutros" (por ejemplo, las mutaciones afectan su aptitud relativa dentro de una población).

Categorías de monitoreo genético según lo definido por Schwartz et al. 2007 [ 2 ]

Se han definido dos amplias categorías de monitoreo genético: [ 2 ] La categoría I abarca el uso de marcadores genéticos como identificadores de individuos (categoría Ia), poblaciones y especies (categoría Ib) para el monitoreo tradicional de poblaciones. La categoría II representa el uso de marcadores genéticos para monitorear cambios en parámetros genéticos de poblaciones , que incluyen estimadores del tamaño efectivo de la población (Ne), variación genética, mezcla de poblaciones, estructura y migración.

Ejemplos

Estimación de la abundancia y los parámetros del ciclo de vida – Categoría Ia

A nivel individual, la identificación genética permite estimar la abundancia poblacional y las tasas de crecimiento poblacional dentro del marco de los modelos de marcado y recaptura . La abundancia de especies crípticas o esquivas, difíciles de monitorear, se puede estimar recolectando muestras biológicas no invasivas en el campo (p. ej., plumas, excremento o pelaje) y usándolas para identificar individuos mediante genotipado de microsatélites o polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). Este censo de individuos se puede usar para estimar la abundancia poblacional mediante análisis de marcado y recaptura. Por ejemplo, esta técnica se ha utilizado para monitorear poblaciones de oso grizzly , [ 3 ] ualabí de roca de cola de cepillo , [ 4 ] tigre de Bengala [ 5 ] y leopardo de las nieves . [ 6 ] Las tasas de crecimiento poblacional son producto de las tasas de reclutamiento y supervivencia poblacional , y se pueden estimar mediante modelos abiertos de marcado y recaptura . Por ejemplo, el ADN de las plumas mudadas por el águila imperial oriental muestra una supervivencia acumulada menor a lo largo del tiempo que la observada en otras aves rapaces longevas. [ 7 ]

Identificación de especies – Categoría Ib

El uso de técnicas de genética molecular para identificar especies puede ser útil por varias razones. La identificación de especies en la naturaleza puede utilizarse para detectar cambios en rangos de población u ocupación de sitios, tasas de hibridación y la aparición y propagación de patógenos y especies invasoras . Se han investigado cambios en rangos de población para el lince ibérico [ 8 ] y el glotón , [ 9 ] mientras que el monitoreo de la trucha degollada de laderas occidentales muestra una hibridación generalizada en curso con la trucha arcoíris introducida [ 10 ] (ver cutbow ) y se han detectado híbridos de lince canadiense - gato montés en la periferia sur del rango de población actual para el lince. [ 11 ] [ 12 ] La aparición y propagación de patógenos se puede rastrear utilizando ensayos moleculares de diagnóstico , por ejemplo, identificando la propagación del virus del Nilo Occidental entre mosquitos en el este de los EE. UU. para identificar posibles orígenes geográficos de la infección [ 13 ] e identificando loci genéticos asociados con la susceptibilidad a parásitos en borregos cimarrones . [ 14 ] El monitoreo genético de especies invasoras es de interés económico y de conservación, ya que las invasiones a menudo afectan la ecología y el rango de las especies nativas y también pueden traer riesgos de hibridación (por ejemplo, para copépodos , [ 15 ] patos , [ 16 ] búho barrado y búho moteado , [ 17 ] y pez conejo lessepsiano [ 18 ] ).

La identificación de especies también es de considerable utilidad en el monitoreo de la pesca y el comercio de vida silvestre , donde la identificación visual convencional de productos despiezados o desollados es difícil o imposible. [ 19 ] El monitoreo del comercio y el consumo de especies de interés para la conservación se puede llevar a cabo utilizando la amplificación molecular y la identificación de carne o pescado obtenidos en los mercados. Por ejemplo, se han utilizado estudios genéticos de mercado para identificar especies protegidas y poblaciones de ballenas (por ejemplo, ballena minke del Pacífico Norte ) y especies de delfines que aparecen en el mercado. [ 20 ] Otros estudios del comercio de mercado se han centrado en pinnípedos , [ 21 ] caballitos de mar [ 22 ] y tiburones . [ 23 ] Dichos estudios se utilizan para proporcionar un monitoreo continuo de la cantidad y el movimiento de productos pesqueros y de vida silvestre a través de los mercados y para detectar la caza furtiva u otra explotación ilegal, no declarada o no reglamentada (INDNR) [ 19 ] (por ejemplo, pesca INDNR ).

Aunque las aplicaciones iniciales se centraron en la identificación de especies y las evaluaciones de poblaciones, los estudios de mercado también brindan la oportunidad de realizar diversas investigaciones de ecología molecular, incluyendo captura-recaptura, pruebas de asignación y modelado de poblaciones. [ 19 ] Estos avances son potencialmente relevantes para la categoría II de monitoreo genético.

Monitoreo de parámetros genéticos poblacionales – Categoría II

El monitoreo de los cambios poblacionales a través de medios genéticos puede hacerse retrospectivamente, mediante el análisis de ADN "histórico" recuperado de especies archivadas en museos y su comparación con el ADN contemporáneo de esa especie. También puede usarse como una herramienta para evaluar los cambios en curso en el estado y la persistencia de las poblaciones actuales. Las medidas genéticas del cambio poblacional relativo incluyen cambios en la diversidad (por ejemplo, heterocigosidad y riqueza alélica). El monitoreo de los cambios poblacionales relativos a través de estas métricas se ha realizado retrospectivamente para el bisonte de Beringia , [ 24 ] la tortuga de Galápagos , [ 25 ] el houting , [ 26 ] el salmón del Atlántico , [ 27 ] el lucio del norte , [ 28 ] el pargo de Nueva Zelanda , [ 29 ] la trucha arcoíris , [ 30 ] el urogallo de las praderas , [ 31 ] el cernícalo de Mauricio [ 32 ] y el delfín de Héctor [ 33 ] y es objeto de muchos estudios en curso, incluidas las poblaciones de trucha marrón danesa y sueca . [ 34 ] [ 35 ] La medición de los cambios poblacionales absolutos (por ejemplo, el tamaño poblacional efectivo (Ne)) puede llevarse a cabo midiendo los cambios en las frecuencias alélicas poblacionales ('Ftemporal') o los niveles de desequilibrio de ligamiento a lo largo del tiempo ('LDNe'), mientras que los patrones cambiantes del flujo genético entre poblaciones también pueden monitorearse estimando las diferencias en las frecuencias alélicas entre poblaciones a lo largo del tiempo. Los sujetos de tales estudios incluyen osos grizzly , [ 3 ] [ 36 ] [ 37 ] bacalao , [ 38 ] ciervo rojo , [ 39 ] ranas leopardo [ 40 ] y alfalfa barril . [ 41 ] [ 42 ]

El monitoreo genético también se ha utilizado cada vez más en estudios que monitorean cambios ambientales a través de cambios en la frecuencia de marcadores seleccionados adaptativamente. Por ejemplo, la respuesta fotoperiódica controlada genéticamente (tiempo de hibernación) de los mosquitos de plantas carnívoras ( Wyeomyia smithii ) ha cambiado en respuesta a temporadas de crecimiento más largas para las plantas carnívoras provocadas por un clima más cálido. [ 43 ] Poblaciones experimentales de trigo cultivadas en ambientes contrastantes durante un período de 12 generaciones encontraron que los cambios en el tiempo de floración estaban estrechamente correlacionados con cambios regulatorios en un gen, lo que sugiere una vía para la adaptación genética al cambio climático en las plantas. [ 44 ] [ 45 ]

El monitoreo genético también es útil para monitorear la salud de poblaciones pequeñas y reubicadas. Buenos ejemplos de esto se encuentran en las aves de Nueva Zelanda , muchas de las cuales se vieron gravemente afectadas por la destrucción del hábitat y la aparición de numerosos depredadores mamíferos en el siglo pasado, y que recientemente han pasado a formar parte de programas de reubicación que transfieren algunos individuos "fundadores" a islas "ecológicas" libres de depredadores . Por ejemplo, el petirrojo negro [ 46 ] y el kākāpō [ 47 ] .

El monitoreo genético de categoría II de la diversidad genética poblacional (DGP) de especies silvestres, con fines de conservación de la biodiversidad y gestión sostenible, se distribuye de manera desigual entre los países de Europa. El tamaño del país y el Producto Interno Bruto (PIB) per cápita se asocian estadísticamente de diferentes maneras con el número de proyectos de monitoreo documentados, lo que sugiere que el hábitat disponible para las especies y los recursos financieros del país influyen en el esfuerzo de monitoreo. En el sureste de Europa se realiza relativamente poco monitoreo genético de la DGP. Se ha dedicado mucha atención al monitoreo de grandes carnívoros y relativamente poco esfuerzo al monitoreo de especies de otros grupos, como los anfibios. [ 48 ]

Situación actual de la vigilancia genética en la ciencia

En febrero de 2007 se celebró una cumbre internacional en el Instituto del Medio Ambiente de la UCLA , sobre "Cambio evolutivo en entornos alterados por el ser humano: una cumbre internacional para traducir la ciencia en políticas". Esto dio lugar a un número especial de la revista Molecular Ecology [ 49 ] organizado en torno a nuestra comprensión de los efectos genéticos en tres categorías principales: (i) perturbación del hábitat y cambio climático (ii) explotación y cría en cautividad (iii) especies invasoras y patógenos .

En 2007 se puso en marcha un Grupo de Trabajo sobre Monitoreo Genético con el apoyo conjunto de NCEAS [ 50 ] y NESCent [ 51 ] para seguir desarrollando las técnicas implicadas y proporcionar orientación general sobre monitoreo a los responsables políticos y gestores. [ 52 ]

Actualmente, el tema se trata en varios libros de texto muy conocidos, entre ellos McComb et al. (2010) y Allendorf et al. (2013).

Monitoreo genético en agencias de recursos naturales

Muchas agencias de recursos naturales consideran el monitoreo genético como una forma rentable y justificable de monitorear las poblaciones de peces y vida silvestre. Por ello, científicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos , el Servicio Forestal de los Estados Unidos , [ 53 ] el Servicio de Parques Nacionales y el Servicio Nacional de Pesca Marina han estado desarrollando nuevos métodos y herramientas para utilizar el monitoreo genético y aplicándolos en amplias escalas geográficas. [ 2 ] [ 36 ] Actualmente, el Servicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos (USFWS) cuenta con un sitio web que informa a los administradores sobre la mejor manera de utilizar herramientas genéticas para el monitoreo (véase más abajo).

Véase también

Referencias

  1. ↑ Sitio web del Convenio sobre la Diversidad Biológica
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  • Monitoreo genético para gerentes
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  • Artículo de New Scientist : El número de leopardos de las nieves se puede determinar a partir de sus excrementos.
  • Las heces de los animales son un tesoro para los científicos: los avances en las pruebas de ADN permiten a los biólogos de vida silvestre estudiar a las criaturas utilizando lo que dejan tras de sí.
  • Noticias del Post Gazette: Un investigador de aviarios descubre que las águilas necesitan una observación más detallada.
  • New Scientist: Las poblaciones ocultas le dan al lince una oportunidad de sobrevivir.
  • SFGate: Es cierto : el glotón está prosperando cerca de Tahoe.
  • Associated Press: La trucha protegida se está reproduciendo hasta su extinción.
  • Adaptación a un clima más cálido: el mosquito de la planta carnívora púrpura