Genetische Überlegungen

Staghorn Corals in Cane Bay, St. Croix. Foto © Kemit-Amon Lewis / TNC

Ein Hauptziel der Bemühungen zur Verbesserung der Population besteht darin, sicherzustellen, dass die Wiederherstellung von Korallenpopulationen genetisch unterschiedlich ist. Die Ermittlung genetisch unterschiedlicher Individuen und die Verfolgung der Genotypen von Korallen in Baumschulen und während der Auspflanzung ist wichtig für den langfristigen Erfolg der Restaurierungsbemühungen und der Wiederherstellung der Korallenpopulationen. Dies ist besonders wichtig für Korallenarten, die vom Aussterben bedroht oder selten sind, da sie wahrscheinlich bereits eine verringerte genetische Vielfalt aufweisen und sich möglicherweise nicht erfolgreich sexuell reproduzieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen wird, dass auf natürliche Weise neue genetische Kombinationen entstehen.

Schlüsselbegriffe werden unten als Referenz definiert:

Definitionen - finden Sie in der Webinar zu Coral Genetics Research and Restoration zur weiteren Beschreibung

  • Allel - alternative Form eines Gens, das durch Mutation entsteht und sich an derselben Position auf einem Chromosom befindet. Allele können auch durch Einwanderung aus einer anderen Bevölkerung ankommen.
  • Gene - Kolonien, die durch sexuelle Reproduktion gebildet werden und genetisch verschieden sind. Eine bestimmte Korallenkolonie stellt ein einzelnes Gen dar (in den meisten Fällen). Wenn jedoch eine asexuelle Fortpflanzung auftritt, können mehrere Kolonien demselben Gen angehören. In diesem Fall werden sie Ramets genannt.
  • Ramets - Kolonien, die durch asexuelle Fortpflanzung gebildet werden und genetisch identisch sind.
  • Genetische Vielfalt - die Wahrscheinlichkeit, dass zwei zufällig ausgewählte Allele unterschiedlich sind. Dies spiegelt das Ausmaß der genetischen Unähnlichkeit zwischen Genen in einer Population wider.
  • Genotypische Vielfalt - der Anteil der Gene innerhalb einer Population. Da sich Korallen ungeschlechtlich vermehren können, können mehrere Kolonien (oder Ramets) zum selben Gen gehören und daher kann die genotypische Vielfalt geringer sein als die Anzahl der Kolonien.

Genetische Risiken bei der Wiederherstellung

Die genetische und genotypische Vielfalt der wiederhergestellten Korallenpopulationen sollte bei der Wiederherstellung mit Korallengarten immer berücksichtigt werden. Diese Methoden nutzen die asexuelle Fragmentierung und erzeugen Kolonien, die genetisch identisch sind (dh Ramets, die zum selben Gen gehören). Wenn die genotypische Diversität an den Auspflanzungsorten während des Laichens zur sexuellen Reproduktion gering ist, ist die Population gefährdet, da eine geringe genotypische Diversität zu einem verringerten Befruchtungserfolg führen kann.

Einbeziehung der Genetik in die Restauration

Um diese Risiken zu minimieren, sollten Korallengärtner versuchen, so viele Gene wie möglich zu kultivieren und auszupflanzen. Die folgenden Registerkarten enthalten Informationen zum Einbeziehen genetischer Informationen in verschiedene Aspekte von Korallengartenmethoden zur Wiederherstellung von Korallen.

  • Sammeln Sie 3-6 Korallengenete pro Riff aus Riffgebieten mit unterschiedlichen Umweltbedingungen, idealerweise einschließlich Gebieten, die die projizierten zukünftigen Bedingungen nachahmen
  • Um die Mehrheit (> 50%) der lokal adaptiven Allele (Allele, die einer Koralle ihre Fähigkeit verliehen haben, in ihrer aktuellen Umgebung zu gedeihen) zu erfassen, sammeln Sie von mindestens 3 Genen eine bestimmte Stelle oder ein bestimmtes Riff. Um 90% zu erfassen, sammeln Sie aus 10 Genen (Baums et al. 2019).
  • Spenderkolonien (aus denen Korallenfragmente gesammelt werden) sollten einen Abstand von mehr als 5 m haben und wenn möglich mit molekulargenetischen Methoden genotypisiert werden.
  • Korallen sollten nach dieser Methode aus einer Reihe von Rifflebensräumen mit unterschiedlichen lokalen Umweltbedingungen gesammelt werden, wobei in jeder Baumschule mindestens 20 bis 25 Gene pro Art in Produktion sind.
Korallenfragmente blockieren den Kindergarten

Ramets (Korallenfragmente) desselben Gens wachsen auf einer Blockkindergartenstruktur. Quelle: Coral Restoration Foundation. Foto © Tim Calver

  • Korallen sollten im Laufe der Zeit anhand ihrer Genetik oder Abstammung verfolgt werden. Dies kann durch die Bestimmung eines Gens pro Baumschulstruktur oder durch die Verwendung von Tags oder Plugs / Pucks mit Gen erfolgen. Für Kolonien, die brechen oder sich lösen und deren Gen unbekannt ist, sollte ein Platz für „unbekannte Genotypen“ vorgesehen werden. Diese Kolonien können immer noch mit dem Verständnis ausgepflanzt werden, dass das Gen unbekannt ist. Wenn keine molekulargenetischen Daten verfügbar sind, kann die Abstammungslinie mit einer eindeutigen ID angegeben werden, die der Spenderkolonie entspricht.
  • Zu den phänotypischen Merkmalen, die als Leitfaden für die weitere Vermehrung von Baumschulkorallen dienen können, gehören: niedrige Hintergrundmortalität (Teilverlust des Gewebes), schnelle Wundheilung (Tage bis zur Heilung nach Fragmentierung), hohe Skelettwachstumsrate (Auftriebsgewicht oder „Kronenbereich“) ”), Resistenz oder Resilienz gegenüber Bleichmitteln und Infektionskrankheiten (kein Bleichen / Infektionskrankheiten, langsames Fortschreiten der Krankheit und / oder schnelle Genesung) und hohe sexuelle Reproduktionsleistung (Laichen und Spermienmotilität) (Baums et al. 2019).
  • Gene, die im Kindergarten eine schlechte Fitness zeigen, können durch andere aus demselben Riff ersetzt werden (Baums et al. 2019). Es ist unwahrscheinlich, dass der Ausschluss dieser Kolonien aus dem Kindergarten die Repräsentation der genetischen Vielfalt beeinflusst, solange die Repräsentation aus einer Vielzahl von Lebensräumen erhalten bleibt. Überlebende von Genen, deren Ersatz vorgesehen ist, können weiterhin direkt ausgepflanzt werden (siehe unten).
  • Auspflanzung einer proportionalen Darstellung aller Gene aus Baumschulbeständen an jedem Auspflanzungsort (Baums et al. 2019)
  • Das Auspflanzen von 4-6 verschiedenen Genen in unmittelbarer Nähe, um die Chancen auf eine erfolgreiche sexuelle Reproduktion zu erhöhen, trägt zum Aufbau einer sich selbst tragenden Bevölkerung bei.
  • Es ist möglich, dass einige Gene schlecht an den Kindergarten angepasst, aber gut an das Riff angepasst sind. In diesen Fällen könnte ein Praktiker in Betracht ziehen, das Kindergartenstadium zu beseitigen und direkt von der Elternkolonie zum Riff auszupflanzen. Ein Gen könnte trotz schlechter Leistung auch im Kindergarten erhalten bleiben, wenn die Überwachung an den Standorten der Auspflanzung anzeigt, dass es nach der Auspflanzung eine hohe Leistung erbringt (O'Donnell et al. 2018).

Genetische Werkzeuge

Es gibt eine Reihe molekulargenetischer Methoden, um festzustellen, ob Korallen in Baumschulen zu verschiedenen Genen gehören, sowie um die genetische Vielfalt und die genetische Populationsstruktur zu messen (Baums et al. 2019). Zwei häufig verwendete Ansätze umfassen:

  • Mikrosatellitenmarker - analysiert die Anzahl der Motive (wiederholte Basenpaare) in einem Allel
    • Viele Mikrosatellitenmarker wurden bereits für karibische Korallen und Symbiodiniaceae entwickelt (Baums et al. 2019)
    • Vorteile: Flexibel in der Anzahl der Proben, die ausgeführt werden können; Datendateien sind klein; Die genetische Analyse ist unkompliziert
    • Nachteile: Arbeitsintensiv für die Untersuchung vieler Loci, Bewertung von Allelen ist schwierig zu automatisieren, Ergebnisse können nicht einfach zwischen Laboratorien verglichen werden
  • Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) - analysiert Unterschiede einzelner Basenpaare in einer Genomsequenz
    • Vorteile: Einfacher zu automatisieren und auszulagern, es können mehr Loci gleichzeitig getestet werden, um genomweite Informationen zu erhalten. Methoden sind zwischen Labors reproduzierbarer; Sequenzierungsbasierte Methoden erfordern keine Plattformentwicklung und können sofort auf jede Art angewendet werden.
    • Nachteile: Die Analyse erfordert Bioinformatik-Know-how, um Genotypen aus der Sequenzierungsausgabe abzuleiten.
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