Genetika Společenství - Community genetics

Populus angustifolia listy a Solidago sp. květiny s přidruženými členovci. Členy těchto dvou rodů jsou modelové systémy v komunitním genetickém výzkumu.

Genetika Společenství je nedávno objevené pole v biologii, které spojuje prvky ekologie komunity, evoluční biologie, a molekulární a kvantitativní genetika. Antonovics[1] nejprve formuloval vizi pro takové pole a Whitham et al.[2] formalizoval svoji definici jako „Studium genetických interakcí, ke kterým dochází mezi druhy a jejich druhy abiotické prostředí ve složitých komunitách. “ Cílem oboru je překlenout mezery ve studiu vývoj a ekologie, v kontextu vícerozměrné komunity, do které jsou zakomponovány ekologické a evoluční jevy. Dokumentární film Tisíc neviditelných šňůr[3] poskytuje úvod do oboru a jeho důsledků.

Doposud se většina komunitních genetických studií primárně zaměřovala na vlivy genetických variací rostlin na společenstva listových členovců. V široké škále ekosystémů různé genotypy rostlin často podporují různé složení přidružených společenstev listových členovců.[4] Tyto komunitní fenotypy byly pozorovány v přírodních hybridních komplexech,[5] mezi genotypy a sourozeneckými rodinami v rámci jednoho druhu[6][7][8] a mezi různými populacemi rostlin.[9] Abychom pochopili širší dopady rozdílů mezi genotypy rostlin na biologickou rozmanitost jako celek, vědci začali zkoumat reakci jiných organismů, jako jsou listové endofyty,[10] mykorhizní houby,[11] půdní mikroby,[12] vrhové obydlí členovci,[13] bylinné rostliny[14][15] a epifity.[13] Tyto účinky jsou často zkoumány u základových druhů[16][17] v mírných ekosystémech, které strukturují ekosystémy modulací a stabilizací zdrojů a ekosystémových procesů. Důraz na základní druhy umožňuje vědcům zaměřit se na pravděpodobně nejdůležitější hráče v systému, aniž by byli ohromeni složitostí všech geneticky proměnných interakcí, ke kterým dochází současně. Jedinečné účinky rostlinných genotypů však byly nalezeny také u nezákladních druhů,[7][9] a může se vyskytovat v tropických, boreálních a alpských systémech.[10][13][15]

Vize pro oblast komunitní genetiky sahá nad dokumentaci různých komunit na různých genotypech fokálního druhu. Mezi další aspekty tohoto oboru patří pochopení toho, jak jsou interakce druhů v komunitě modulovány genotypem hostitele,[18][19] důsledky hostitelského genotypu na zdatnost a vývoj členů komunity,[19][20] a výběr hostitelů ovlivňujících přidružené komunity.[21][22] Budoucí pokrok v oblasti komunitní genetiky silně závisí na průlomech moderní technologie založené na molekulární DNA, jako je sekvenování genomu.[23] Uplatnění přístupu komunitní genetiky k pochopení toho, jak druhy a společenství interagujících organismů reagují na rychlé změny podnebí, jakož i informování o obnově, jsou dva důležité aspekty komunitní genetiky.

Reference

  1. ^ Antonovics, J. 1992. Směrem ke komunitní genetice. Strany 426-449 v editorech R. S. Fritze a E. L. Simmse. Odolnost rostlin vůči býložravcům a patogenům: ekologie, evoluce a genetika. University of Chicago Press, Chicago, IL, USA.
  2. ^ Whitham, T.G., J.K. Bailey, J.A. Schweitzer, S.M. Shuster, R.K. Bangert, C. J. LeRoy, E.V. Lonsdorf, G.J. Allan, S.P.Difazio, B.M. Potts, D.G. Fischer, C.A. Gehring, R.L. Lindroth, J.C.Marks, S.C.Hart, G.M. Wimp, SC Wooley. 2006. Rámec pro komunitní a ekosystémovou genetiku: od genů po ekosystémy. Nature Reviews Genetics 7: 510-523.
  3. ^ Nau Idea Lab. "Domů | Tisíc neviditelných šňůr | Spojování genů s ekosystémy". Tisíc neviditelných šňůr. Citováno 2013-10-16.
  4. ^ Whitham, T.G., C.A. Gehring, L. J. Lamit, T. Wojtowicz, L. M. Evans, A.R. Keith, D.S. Smith. 2012. Specifičnost Společenství: účinky genů na život a na posmrtný život. Trends in Plant Sciences 17: 271-281.
  5. ^ Wimp, G.M., S. Wooley, R.K. Bangert, W.P. Young, G. D. Martinsen, P. Keim, B. Rehill, R.L. Lindroth, T.G. Whitham. 2007. Genetika rostlin předpovídá meziroční rozdíly ve fytochemii a struktuře společenstva členovců. Molecular Ecology 16: 5057-5069.
  6. ^ Maddox, G.D., R.B. Root. 1987. Odolnost vůči 16 různým druhům býložravého hmyzu v populaci zlatobyle, Solidago altissima: Genetická variace a dědičnost. Oecologia 72: 8-14.
  7. ^ A b Johnson, M.T.J., A.A. Agrawal. 2005. Genotyp rostlin a prostředí interagují a vytvářejí různorodé společenství členovců na pupalku („Oenothera biennis“). Ecology 86: 874-885.
  8. ^ Keith, A.R., J.K. Bailey, T.G. Whitham. 2010. Genetický základ opakovatelnosti a stability komunity. Ekologie 91: 3398-3406.
  9. ^ A b Wise, M. J. 2007. Evoluční ekologie rezistence na herbivory: výzkum potenciálních genetických omezení v komunitě Solanum carolinense s více bylinožravci. Nový fytolog 175: 773-784.
  10. ^ A b Elamo, P., M.L. Helander, I. Saloniemi, S. Neuvonen. 1999. Rodina břízy a podmínky prostředí ovlivňují endofytické houby v listech. Oecologia 118: 151-156.
  11. ^ Sthultz, C.M., T.G. Whitham, K. Kennedy, R. Deckert, C.A. Gehring. 2009. Geneticky podmíněná náchylnost k býložravosti ovlivňuje ektomykorhizní společenstva hub základního druhu stromu. Nový fytolog 184: 657-667.
  12. ^ Schweitzer, J.A., J.K. Bailey, D.G. Fischer, C. J. Leroy, E.V. Lonsdorf, T.G. Whitham, SC Hart. 2008. Interakce rostlina-půda-mikroorganismus: Dědičný vztah mezi genotypem rostliny a přidruženými půdními mikroorganismy. Ecology 89: 773-781.
  13. ^ A b C Zytynska, S.E., M.F. Fay, D. Penny, R.F. Preziosi. 2011. Genetická variace tropických druhů stromů ovlivňuje přidružená společenstva epifytických rostlin a bezobratlých v komplexním lesním ekosystému. Filozofické transakce královské společnosti B 366: 1329–1336.
  14. ^ Lamit, L.J., T. Wojtowicz, Z. Kovacs, S.C. Wooley, M. Zinkgraf, T.G. Whitham, R.L. Lindroth, C.A. Gehring. 2011. Hybridizace mezi základními druhy stromů ovlivňuje strukturu souvisejících podrostových společenstev rostlin. Botany 89: 165-174.
  15. ^ A b Michalet, R., S. Xiao, B. Touzard, D.S. Smith, L.A. Cavieres, R.M. Callaway, T.G. Whitham. 2011. Fenotypové rozdíly ve vlastnostech sestry a zpětné vazby komunity definují alpskou komunitu. Ecology Letters 14: 433-443.
  16. ^ Dayton PK 1972. K pochopení odolnosti komunity a potenciálních účinků obohacení na bentos v McMurdo Sound v Antarktidě. V Parker BC. Sborník kolokvia o problémech ochrany přírody Allen Press, Lawrence, Kansas. 81-96.
  17. ^ Ellison, A.M., M.S. Bank, B.D. Clinton, E.A. Colburn, K.Elliott, C.R.Ford, D.R. Foster, B.D. Kloeppel, J.D. Knoepp, G.M. Lovett, J. Mohan, D.A Orwig, N.L. Rodenhouse, W.V. Sobczak, K.A. Stinson, J.K. Stone, C.M. Swan, J. Thompson, B. Von Holle, J. R. Webster. 2005. Ztráta základových druhů: důsledky pro strukturu a dynamiku zalesněných ekosystémů. Frontiers in Ecology And The Environment 3: 479-486.
  18. ^ Johnson, M.T. 2008. Účinky genotypu rostlin zdola nahoru na mšice, mravence a predátory. Ekologie 89: 145-154.
  19. ^ A b Smith, D.S., J.K. Bailey, S.M. Shuster, T.G. Whitham. 2011. Geografická mozaika trofických interakcí a výběru: stromy, mšice a ptáci. Journal of Evolutionary Biology 24: 422-429.
  20. ^ Evans, L.M., G.J. Allan, S.M. Shuster, S.A.Woolbright, T.G. Whitham. 2008. Hybridizace stromů a genotypové variace vedou k záhadné specializaci býložravce specializovaného na roztoče. Evoluce 62: 3027-3040.
  21. ^ Lankau, R.A., S.Y. Strauss 2007. Vzájemné zpětné vazby udržují genetickou i druhovou rozmanitost v rostlinném společenství. Science 317: 1561-1563.
  22. ^ Johnson, M. T. J., M. Vellend, J. R. Stinchcombe. 2009. Vývoj populací rostlin jako hnací síla ekologických změn v komunitách členovců. Filozofické transakce královské společnosti 364: 1593-1605.
  23. ^ Whitham, T.G., S.P.Difazio, J.A. Schweitzer, S.M. Shuster, G.J. Allan, J.K. Bailey, S.A.Woolbright. 2008. Rozšíření genomiky na přírodní společenství a ekosystémy. Science 320: 492-495.