что такое поток генов в биологии

Поток генов

Миграция в популяцию или из популяции может привести к значительным изменениям в частотах аллелей, так как при этом изменяется пропорция членов популяции, несущих данный аллель. Иммиграция также может привести к появлению новых вариантов генов в стабильный пул генов вида в целом или отдельной популяции.

Существует несколько факторов, которые влияют на скорость переноса генов между популяциями. Одним из наиболее значимых факторов является подвижность. Чем выше подвижность у вида, тем выше потенциал миграции. Животные как правило более подвижны, чем растения, хотя пыльца и семена могут переноситься на значительные расстояния ветром и животными.

Постоянный перенос генов между популяциями может привести к объединению двух пулов генов, снижать генетические различия между ними. Поэтому считают, что перенос генов действует против видообразования.

Например, соседство генетически модифицированных растений (например, кукурузы) с немодифицированными может привести к опылению немодифицированных растений пыльцой от модифицированных.

Связанные понятия

Аллопатрия (от др. греч. allos, «другой» и patris, «родина») или аллопатрическое, географическое видообразование — один из способов видообразования, при котором репродуктивный барьер между видами формируется на основе пространственной изоляции.

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Псевдоаутосо́мные о́бласти (англ. pseudoautosomal region — PAR) — гомологичные участки половых хромосом различного типа; у млекопитающих они, соответственно, находятся на X-хромосоме и Y-хромосоме. Все гены, расположенные в этих областях, есть у обоих полов и наследуются так же, как и любые аутосомные гены, отсюда и название областей.

Ге́терозиго́тными называют диплоидные или полиплоидные ядра, клетки или многоклеточные организмы, копии генов, которые в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями. Когда говорят, что данный организм гетерозиготен (или гетерозиготен по гену X), это означает, что копии генов (или данного гена) в каждой из гомологичных хромосом несколько отличаются друг от друга.

Источник

Механизм генного потока, последствия и примеры

поток генов или поток генов в биологии относится к перемещению генов из одной популяции в другую. Обычно этот термин используется как синоним миграционного процесса в его эволюционном смысле..

В их общем использовании миграция описывает сезонное перемещение людей из одного региона в другой в поисках лучших условий или в репродуктивных целях. Однако для эволюционного биолога миграция включает перенос аллелей из набора генов между популяциями.

В свете популяционной генетики эволюция определяется как изменение частоты аллелей во времени.

Следуя принципам равновесия Харди-Вайнберга, частоты будут меняться там, где есть: отбор, мутация, дрейф и поток генов. По этой причине поток генов считается эволюционной силой, имеющей большое значение.

Механизмы генного потока

Механизмы и причины, которые вызывают движение генов в популяции, тесно связаны с характеристиками, присущими исследуемой группе. Это может произойти из-за иммиграции или эмиграции определенных лиц в состоянии воспроизводства или в результате движения в гаметах..

Например, одним из механизмов может быть случайное распространение ювенильных форм видов животных в отдаленные популяции.

В случае растений механизмы легче определить. Гаметы растений транспортируются разными способами. Некоторые линии используют абиотические механизмы, такие как вода или ветер, которые могут передавать гены отдаленным группам населения..

Точно так же существует биотическая дисперсия. Многие растительноядные животные участвуют в рассеивании семян. Например, в тропиках птицы и летучие мыши играют решающую роль в распространении растений, имеющих большое значение для экосистем.

Другими словами, скорость миграций и потока генов зависит от способности рассеивания изучаемой линии.

Миграция и баланс Харди-Вайнберга

Для изучения влияния миграции на равновесие Харди-Вайнберга модель острова часто используется в качестве упрощения (модель миграции остров-континент)..

Поскольку население острова относительно невелико по сравнению с населением материка, любой шаг генов с острова на континент не влияет на генотипические и аллельные частоты континента..

По этой причине поток генов будет иметь влияние только в одном направлении: от материка к острову..

Изменяются ли частоты аллелей?

Чтобы понять влияние миграционного события на острове, рассмотрим гипотетический пример локуса с двумя аллелями ₁ и ₂. Мы должны выяснить, вызывает ли перемещение генов на остров вариации частот аллелей.

Последствия генного потока

Когда между двумя популяциями наблюдается заметный поток генов, одним из наиболее интуитивных следствий является то, что этот процесс ответственен за размывание возможных различий между обеими популяциями..

Таким образом, поток генов может действовать в направлении, противоположном другим эволюционным силам, которые стремятся поддерживать различия в составе генетических резервуаров. В качестве механизма естественного отбора, например.

Вторым следствием является распространение полезных аллелей. Предположим, что в результате мутации появляется новый аллель, который дает определенное избирательное преимущество его носителям. Когда существует миграция, новый аллель переносится в новые популяции.

Поток генов и понятие вида

Верно и обратное: существование генного потока способствует сохранению всех организмов в регионе как единого вида..

пример

Миграция змеи Неродия Сипедон хорошо документированный случай потока генов из континентальной популяции на остров.

Этот вид полиморфен: он может представлять значительную структуру полос или не иметь полос. В упрощении окраска определяется локусом и двумя аллелями.

В общих чертах, змеи континента характеризуются полосным рисунком. Напротив, те, кто населяют острова, не обладают ими. Исследователи пришли к выводу, что морфологическое различие обусловлено различными селективными давлениями, которым подвергается каждый регион.

На островах люди обычно загорают на поверхности скал у берега пляжа. Было продемонстрировано, что отсутствие полос облегчает маскировку на скалах островов. Эту гипотезу можно проверить с помощью экспериментов по мечению и повторной поимке..

По этой адаптивной причине мы ожидаем, что население острова будет состоять исключительно из организмов без полос. Однако это не так.

Каждое поколение приходит новая группа организаций с группами с континента. В этом случае миграция действует как сила, противоположная отбору.

Источник

На скорость передачи генов между различными популяциями влияет ряд факторов. Ожидается, что поток генов будет ниже у видов с низким расселением или мобильностью, которые встречаются в фрагментированных местообитаниях, где существуют большие расстояния между популяциями и когда есть небольшие размеры популяций. [7] [8] Мобильность играет важную роль в скорости расселения, поскольку у высокомобильных особей, как правило, больше возможностей передвижения. Хотя животные считаются более мобильными, чем растения, пыльца и семена могут переноситься животными, водой или ветром на большие расстояния. Когда поток генов затруднен, может произойти увеличение инбридингизмеряется коэффициент инбридинга (F) в популяции. Например, у многих островных популяций низкая скорость потока генов из-за географической изоляции и небольшого размера населения. В Черноногий рок валлаби имеет несколько инбредных популяций, которые живут на различных островах у побережья Австралии. Популяция настолько изолирована, что отсутствие потока генов привело к высокому уровню инбридинга. [9]

Содержание

Измерение потока генов

Уровень потока генов среди популяций можно оценить, наблюдая за расселением особей и записывая их репродуктивный успех. [4] [10] Этот прямой метод подходит только для некоторых типов организмов, чаще используются косвенные методы, которые определяют поток генов путем сравнения частот аллелей среди выборок населения. [1] [4] Чем более генетически дифференцированы две популяции, тем ниже оценка потока генов, потому что поток генов оказывает гомогенизирующий эффект. Изоляция популяций приводит к дивергенции из-за дрейфа, а миграция снижает дивергенцию. Поток генов можно измерить с помощью эффективная численность населения ( N е < displaystyle N_ > ) и чистый коэффициент миграции на поколение (м). Используя приближение, основанное на модели острова, эффект миграции может быть рассчитан для популяции с точки зрения степени генетической дифференциации ( F S Т < displaystyle F_ > ). [11] Эта формула учитывает долю общего молекулярный маркер вариации среди популяций, усредненные по места. [12] При наличии одного мигранта на поколение коэффициент инбридинга ( F S Т < displaystyle F_ > ) равно 0,2. Однако, когда на поколение приходится менее 1 мигранта (без миграции), коэффициент инбридинга быстро растет, что приводит к фиксации и полному расхождению ( F S Т < displaystyle F_ > = 1). Самый распространенный F S Т < displaystyle F_ > составляет [1]

Барьеры для потока генов

Аллопатрическое видообразование

Когда поток генов блокируется физическими барьерами, это приводит к Аллопатрическое видообразование или географическая изоляция, которая не позволяет популяциям одного и того же вида обмениваться генетическим материалом. Физические препятствия для потока генов обычно, но не всегда, естественны. Они могут включать непроходимые горные цепи, океаны или обширные пустыни. В некоторых случаях они могут быть искусственными, созданными руками человека барьерами, такими как Великая китайская стена, который препятствовал потоку генов местных популяций растений. [13] Одно из этих местных растений, Ульмус пумила, продемонстрировали меньшую распространенность генетической дифференциации, чем растения Витекс негундо, Ziziphus jujuba, Heteropappus hispidus, и Prunus armeniaca чья среда обитания находится на противоположной стороне Великая китайская стена куда Ульмус пумила растет. [13] Это потому что Ульмус пумила имеет ветровое опыление в качестве основного средства размножения, а последние растения осуществляют опыление через насекомых. [13] Было показано, что образцы одного и того же вида, которые растут с обеих сторон, имеют генетические различия, потому что поток генов для рекомбинации генофондов практически отсутствует.

Симпатрическое видообразование

Генетический поток с участием человека

Генетическое спасение

Поток генов можно также использовать для помощи видам, которым угрожает исчезновение. Когда вид существует в небольших популяциях, существует повышенный риск инбридинга и большая восприимчивость к потере разнообразия из-за дрейфа. Эти группы населения могут получить большую пользу от введения неродственных особей. [10] кто может увеличить разнообразие [15] и уменьшить количество инбридинга и потенциально увеличить размер популяции. [16] Это было продемонстрировано в лаборатории с двумя штаммами узких мест: Drosophila melanogaster, в котором скрещивания между двумя популяциями обращали вспять эффекты инбридинга и увеличивали шансы на выживание не только в одном, но и в двух поколениях. [17]

Генетическое загрязнение

Деятельность человека, такая как перемещение видов и изменение ландшафта, может привести к генетическому загрязнению, гибридизация, интрогрессия и генетическое заболачивание. Эти процессы могут привести к гомогенизации или замене локальных генотипы в результате числового и / или фитнес преимущество интродуцированного растения или животного. [18] Неместные виды могут угрожать местным растениям и животным исчезновением путем гибридизации и интрогрессии либо путем целенаправленной интродукции людьми, либо путем модификации среды обитания, в результате чего ранее изолированные виды вступают в контакт. Эти явления могут быть особенно вредными для редких видов, вступающих в контакт с более многочисленными видами, которые могут встречаться между островными и материковыми видами. Скрещивание между видами может вызвать «заболачивание» генофонда более редких видов, создавая гибриды, вытесняющие местное поголовье. Это прямой результат эволюционных сил, таких как естественный отбор, а также генетический дрейф, которые приводят к увеличению преобладания полезных признаков и гомогенизации. Масштабы этого явления не всегда очевидны из внешний вид один. Хотя некоторая степень потока генов происходит в ходе нормальной эволюции, гибридизация с интрогрессией или без нее может угрожать существованию редких видов. [19] [20] Например, Кряква это распространенный вид уток, который легко скрещивается с широким спектром других уток и представляет угрозу для целостности некоторых видов. [21] [22]

Урбанизация

Есть две основные модели того, как урбанизация влияет на поток генов городского населения. Первый через фрагментация среды обитаниятакже называется городской фрагментацией, при которой изменения ландшафта, нарушающие или фрагментирующие среду обитания, уменьшают генетическое разнообразие. Вторая модель называется городской моделью облегчения и предполагает, что в некоторых популяциях поток генов обеспечивается антропогенными изменениями ландшафта. Содействие городскому потоку генов связывает популяции, снижает изоляцию и увеличивает поток генов в область, которая в противном случае не имела бы такого специфического состава генома. [23]

Содействие городскому хозяйству может происходить разными способами, но большинство механизмов включают прямое или косвенное соприкосновение ранее разделенных видов. Изменение среды обитания посредством урбанизации вызовет фрагментацию среды обитания, но также может потенциально разрушить барьеры и создать путь или коридор, который может соединить два ранее разделенных вида. Эффективность этого зависит от способности отдельных видов к расселению и приспособляемости к разным условиям окружающей среды для использования антропогенных структур для передвижения. Управляемый человеком изменение климата это еще один механизм, с помощью которого живущие на юге животные могут быть вытеснены на север в сторону более низких температур, где они могут вступить в контакт с другими популяциями, ранее не входившими в их ареал. Более конкретно, известно, что люди вводят неместные виды в новую среду, что может привести к гибридизация похожих видов. [24]

Эта модель содействия городскому хозяйству была протестирована на вредителях для здоровья человека, западном пауке черной вдове (Latrodectus hesperus). Исследование Miles et. все собраны по всему геному однонуклеотидный полиморфизм данные о вариациях в городских и сельских популяциях пауков и нашли доказательства увеличения потока генов у городских пауков западной черной вдовы по сравнению с сельским населением. Кроме того, геном этих пауков был более похож в сельских популяциях, чем в городских, что свидетельствует об увеличении разнообразия и, следовательно, адаптации в городских популяциях паука западной черной вдовы. Фенотипически городские пауки крупнее, темнее и агрессивнее, что может повысить выживаемость в городских условиях. Эти результаты демонстрируют поддержку упрощения формальностей в городах, поскольку эти пауки на самом деле способны распространяться и диверсифицироваться быстрее в городской среде, чем в сельской. Тем не менее, это также пример того, как городское содействие, несмотря на увеличение потока генов, не обязательно полезно для окружающей среды, поскольку западные пауки черной вдовы обладают высокотоксичным ядом и, следовательно, представляют опасность для здоровья человека. [25]

Последствия упрощения городской среды варьируются от вида к виду. Положительные эффекты от упрощения городских условий могут иметь место, когда усиление потока генов способствует лучшей адаптации и вводит полезные аллели, а в идеале может увеличить биоразнообразие. Это имеет значение для сохранения: например, городское благоустройство приносит пользу исчезающим видам птицеедов и может способствовать увеличению численности популяции. Негативные эффекты могут возникнуть, если усиление потока генов неадекватно и вызывает потерю полезных аллелей. В худшем случае это приведет к исчезновению генома из-за гибридный рой. Также важно отметить, что в схеме общего состояния экосистемы и биоразнообразия упрощение формальностей в городах не обязательно выгодно и обычно применяется к городским вредителям-адаптерам. [25] Примеры этого включают ранее упомянутый западный паук черная вдова, а также Тростниковая жаба, который смог использовать дороги, чтобы путешествовать и перенаселить Австралию. [23]

Поток генов между видами

Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) относится к передаче генов между организмами способом, отличным от традиционного воспроизводства, либо посредством трансформация (прямое поглощение клеткой генетического материала из окружающей среды), спряжение (передача генетический материал между двумя бактериальными клетками в прямом контакте), трансдукция (инъекция чужеродной ДНК бактериофаг вирус в клетку-хозяин) или GTA-опосредованная трансдукция (перенос вирусоподобным элементом, продуцируемым бактерией). [27] [28]

Вирусы могут передавать гены между видами. [29] Бактерии могут включать гены мертвых бактерий, обмениваться генами с живыми бактериями и могут обмениваться плазмиды через границы видов. [30] «Сравнение последовательностей предполагает недавний горизонтальный перенос многих гены среди разнообразных разновидность в том числе через границы филогенетический «домены». Таким образом, определение филогенетической истории вида не может быть сделано окончательно путем определения эволюционных деревьев для отдельных генов ». [31]

Биолог Гогартен предполагает, что «исходная метафора дерева больше не соответствует данным недавнего исследования генома». Вместо этого биологи [должны] использовать метафору мозаики для описания различных историй, объединенных в отдельных геномах, и использовать метафору переплетенной сети, чтобы визуализировать богатый обмен и совместные эффекты горизонтального переноса генов. [32]

«Использование одиночного гены в качестве филогенетические маркеры, сложно отследить организменный филогения при наличии ХГТ. Сочетание простого слияние модель кладогенез с редкими событиями HGT предполагают, что не было ни одного последний общий предок который содержал все гены, предки гены, общие для трех доменов жизнь. Каждый современник молекула имеет свою историю и восходит к отдельной молекуле ценанс. Однако эти молекулярные предки, вероятно, присутствовали в разных организмах в разное время ». [33]

Гибридизация

Примеры

Хотя поток генов может значительно улучшить приспособленность популяции, он также может иметь негативные последствия в зависимости от популяции и среды, в которой они проживают. Эффекты потока генов зависят от контекста.

Источник

ПОТОК ГЕНОВ

Смотреть что такое «ПОТОК ГЕНОВ» в других словарях:

поток генов — Перемещение генов между популяциями, происходящий в результате межпопуляционной гибридизации; величина П.г. изменяет частоту аллелей в популяции и является фактором эволюции. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

Поток генов — * паток генаў * gene flow обмен генами (одно и двусторонний) между популяциями … Генетика. Энциклопедический словарь

Поток генов — Перенос (поток) генов (англ. gene flow, gene migration) в популяционной генетике перенос аллелей генов из одной популяции в другую. Миграция в популяцию или из популяции может привести к значительным изменениям в частотах аллелей … Википедия

поток генов — gene flow поток генов. Перемещение генов между популяциями, происходящий в результате межпопуляционной гибридизации; величина П.г. изменяет частоту аллелей в популяции и является фактором эволюции. (Источник: «Англо русский толковый словарь… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

ПОТОК ГЕНОВ — Мед ленный обмен генами (односторонний или двухсторонний) между популяциями, обусловленный распространением гамет или миграцией особей … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

генов мечение — * генаў мечанне * gene tagging or targeting метод изолирования мутировавшего гена путем инсерции (см.) короткой чужеродной последовательности ДНК (напр., транспозона) с использованием гибридизационных зондов (см. ) с высокой гомологией для его… … Генетика. Энциклопедический словарь

генов поток — * генаў паток * gene flow обмен генами между разными популяциями одного и того же вида за счет мигрантов, что приводит к временному изменению частоты генов многих локусов в общем пуле генов (см. ) популяции реципиента (см. ). Генов распределение… … Генетика. Энциклопедический словарь

Горизонтальный перенос генов — Дерево жизни показан горизонтальный перенос генов. Горизонтальный перенос генов (ГПГ) процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму … Википедия

Дрейф генов — или генетико автоматические процессы явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе… … Википедия

Миграция генов миграционный поток — Миграция генов, миграционный поток * міграцыя генаў, міграцыйны паток * gene migration or migratory stream в популяционной генетике включение в данную популяцию генотипов из др. популяций, приводящее к потоку генов (). М. г. может привести к… … Генетика. Энциклопедический словарь

Источник

Что такое поток генов в биологии

Миграция может изменять частоту аллели в процессе потока генов, так называемой медленной диффузии генов через барьер. Поток генов обычно подразумевает большую популяцию и постепенные изменения в частотах генов.

Гены популяции мигрантов с характерными частотами аллелей постепенно объединяются в общий пул генов популяции, в которую они мигрировали. (Термин «мигрант» использован здесь в широком смысле — пересекающий репродуктивный барьер, который может быть расовым, этническим или культурным, а не обязательно географическим и требующим физического перемещения из одного региона в другой.)

Частоты аллеля делеции 32 пар оснований в гене рецептора цитокина CCR5, ACCR5, изучались во многих популяциях во всем мире. Самая высокая частота аллеля ACCR5 — приблизительно 10% в Западной Европе и России снижается до нескольких процентов на Ближнем Востоке и Индийском полуострове.
Аллель ACCR5, фактически отсутствующий в Африке и на Дальнем Востоке, указывает, что мутация произошла в европеоидной популяции и затем проникла в более восточные популяции.

Другой пример потока генов между популяционными группами можно увидеть по частоте специфических мутантных аллелей, вызывающих ФКУ. Доказано, что наиболее частые мутации имеют кельтское происхождение. Эти же мутации в настоящее время встречаются во многих популяциях по всему миру.

Присутствие одинаковых аллелей ФКУ в разных популяциях отражает географическую миграцию кельтов. Таким образом, частота ФКУ составляет приблизительно 1/4500 в Ирландии, но прогрессивно снижается с севера на юг Европы. Имеется значительно меньший поток генов в Восточную Азию; встречаемость ФКУ в Японии — только около 1/109 000.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник