Студопедия — Глава 4. Картографирование генетического разнообразия
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Глава 4. Картографирование генетического разнообразия






 

Современное представление о биологическом разнообразии базируется на исследованиях популяционных генетиков середины XX века. Они показали, как создается генетическое разнообразие организмов во внешнеоднородной популяции и разработали математический аппарат для его объективного описания. Генетическое разнообразие внутри популяций и видов определяется по таким показателям как гетерозиготность, хромосомный полиморфизм, наследуемость признаков и коэффициент инбридинга, характеризующий степень родства между особями, участвующими в размножении [Соколов и др., 1995].

Только небольшая часть (около 1%) генетического материала высших организмов изучена в достаточной мере, когда мы знаем, какие гены за какие определенные проявления фенотипа организмов отвечают. Вымирание всего лишь одного дикого вида означает безвозвратную потерю от тысячи до сотен тысяч генов с неизвестными потенциальными свойствами.

В настоящее время основной резервуар генетических ресурсов – природные экосистемы – оказался значительно измененным или разрушенным вследствие неблагоприятных антропогенных воздействий. Следствием этого стало уменьшение генотипического разнообразия, что ставит на грань риска возможность будущих адаптаций в экосистемах [Лебедева и др., 1999].

В изучении генетического разнообразия все шире начинают применяться картографические методы. Они применяются как при изучении конкретных генов в популяциях, так и исследовании генофонда в целом. С помощью карт проводится выявление, инвентаризация и исследование динамики тех или иных показателей генного разнообразия, анализируется их взаимосвязь с экологическими, демографическими, историческими и др. факторами. Имеется несколько примеров использования картографических приемов в целях выявления, инвентаризации и динамики тех или иных показателей генного разнообразия. Существенно отметить, что при этом активно используются методы геоинформационного моделирования ситуаций в целях прогнозирования состояния исследуемых биообъектов. Остановимся на наиболее интересных из них.

Благодаря накоплению по всему миру обширных данных о различных генах в популяциях человека и внедрению геоинформационных технологий хранения и обработки популяционно-генетической информации понятие «генофонд» перешло из категории научной абстракции в реальный биогеографический объект исследования. Незаменимым инструментом исследования генофонда стал метод компьютерного генетического картографирования, разработанный в трех научных центрах – в Стэнфордском и Римском университетах и в Институте общей генетики РАН им. Н. И. Вавилова [Рычков, 1998; Gene Pool …, 2000].

Компьютерное географическое картографирование позволяет построить карты не только отдельных генов, но и всего генофонда, который, эволюционируя как целостная система, обладает специфическими свойствами, доступными картографированию. С помощью компьютерных карт исследуются закономерности географической изменчивости генофонда. Установлено, что подобные изменения отражают как географическую эволюцию генофонда, так и историю народов – его хранителей.

При сопряженном исследовании генофонда и заболеваемости населения разных регионов России картографическими методами стало возможным показать, что географические изменения генофонда, лишь в незначительной степени отражая естественную дифференциацию природной среды на уровне зон, вызывают мощные изменения здоровья населения. Генофонд выступает как доминирующий фактор в этиологии практически всех известных болезней [Рычков, 1998].

Другое направление исследования связано с изучением генетического разнообразия на базе генно-демографических характеристик, полученных на основе обширной демографической информации, накопленной в последние десятилетия, и ее преобразования. Появилась возможность провести оценку ожидаемого генетического разнообразия и его анализ в сравнении с наблюдаемым разнообразием, т. е. определить главные направления географической изменчивости отдельных генов, общую генетическую изменчивость генной частоты и митохондриальных ДНК-полиморфных маркеров.

В последние годы в Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН изучаются генетические резервы населения Северной Евразии. Созданы серии карт географической изменчивости характеристик генетического разнообразия. Материалами для их составления послужили популяционно-генетические и генетико-демографические данные по иерархическим уровням популяционной структуры. Генетическое разнообразие популяционных систем, описываемое единым геном, оценивается тремя индексами. Определение этих индексов для каждого гена и среднего по всем генам позволяет получать интегральную характеристику генного резерва. В исследовании применялись математический и генетико-статистический анализы данных (рис. 13).

 

 

Рис. 13.

 

Подход основывается на процедурах интерполяции и построения изолинейных карт, используемых для визуального анализа и для прогноза. Для пространственного представления распространения индексов генетического разнообразия (Нt, Fst, Нs) используются методы «скользящего окна», взвешенной регрессии и др.

На основе привлечения географо-ориентированных данных по оценке заболеваемости населения Северной Евразии и по характеристикам культурных особенностей прослежено влияние экологических и культурных факторов на формирование структуры генного резерва и оценен вес этих факторов в наблюдаемой картине генногоразнообразия. Проведено сравнение пространственного распространения наблюдаемого индикатора разнообразия, подсчитанного на основе популяционно-генетических данных, и ожидаемого индикатора, подсчитанного по генетико-демографическим данным. На рис. 13 приведены две из серии карт – карта средних по локусам наблюдаемых значений индексов межпопуляционного разнообразия Fst и карта ожидаемых значений индексов Fst межпопуляционного разнообразия.

Различие в двух типах оценки предполагает выявление главных тенденций и локальных особенностей в динамической эволюции генного резерва. Привлечение дополнительных социальных и экологических данных может помочь выяснить источники точечных воздействий. Рассматриваемый подход открывает перспективы пространственно-временного анализа состояния систем населения при привлечении разновременных данных.

Намечается особое направление генетического картографирования. Оно связано с известным опытом сравнительного сверхкрупномасштабного картографирования геномов злаков, проводимым в Институте генетики и цитологии Белоруссии [Biodiversity and Dinamics…, 2001]. На основе современных методов генетического картографирования создаются так называемые генетические карты геномов злаков и различных морфологических и породоценных генов. Сравнение локализаций различных генов и молекулярных маркеров по хромосомам, например для злаковых культур, показывает, что присутствие генов и порядок хромосом сохраняется между видами в границах семейства. Сопоставление генетических карт связей для растений, принадлежащих к разным популяциям, используется для анализа гомеологических местоположений в геномах ряда культур с целью прочной локализации и закрепления генов в геномах менее исследованных видов.

 







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 475. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

Неисправности автосцепки, с которыми запрещается постановка вагонов в поезд. Причины саморасцепов ЗАПРЕЩАЕТСЯ: постановка в поезда и следование в них вагонов, у которых автосцепное устройство имеет хотя бы одну из следующих неисправностей: - трещину в корпусе автосцепки, излом деталей механизма...

Понятие метода в психологии. Классификация методов психологии и их характеристика Метод – это путь, способ познания, посредством которого познается предмет науки (С...

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ К лекарственным формам для инъекций относятся водные, спиртовые и масляные растворы, суспензии, эмульсии, ново­галеновые препараты, жидкие органопрепараты и жидкие экс­тракты, а также порошки и таблетки для имплантации...

Постинъекционные осложнения, оказать необходимую помощь пациенту I.ОСЛОЖНЕНИЕ: Инфильтрат (уплотнение). II.ПРИЗНАКИ ОСЛОЖНЕНИЯ: Уплотнение...

Приготовление дезинфицирующего рабочего раствора хлорамина Задача: рассчитать необходимое количество порошка хлорамина для приготовления 5-ти литров 3% раствора...

Дезинфекция предметов ухода, инструментов однократного и многократного использования   Дезинфекция изделий медицинского назначения проводится с целью уничтожения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов - вирусов (в т...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия