Considerações genéticas

Corais de Staghorn em Cane Bay, St. Croix. Foto © Kemit-Amon Lewis / TNC

Um dos principais objetivos dos esforços de melhoria da população inclui garantir que as populações de corais em recuperação sejam geneticamente diversas. A obtenção de indivíduos geneticamente distintos e o rastreamento dos genótipos de corais em viveiros e durante o plantio externo são importantes para o sucesso a longo prazo dos esforços de restauração e das populações de corais sendo restauradas. Isso é especialmente importante para espécies de corais ameaçadas de extinção ou raras, porque provavelmente já têm diversidade genética reduzida e podem não estar se reproduzindo sexualmente com sucesso, eliminando as chances de novas combinações genéticas surgirem naturalmente.

Os termos-chave são definidos abaixo como referência:

Definições - ver o Webinar de pesquisa e restauração de genética de corais para uma descrição mais detalhada

  • Alelo - forma alternativa de um gene que surge por mutação e é encontrado na mesma posição em um cromossomo. Os alelos também podem chegar por meio da imigração de outra população.
  • Genetas - colônias formadas por reprodução sexuada que são geneticamente distintas. Uma colônia de coral distinta representa um único geneto (na maioria dos casos), mas se ocorrer reprodução assexuada, várias colônias podem pertencer ao mesmo geneto, caso em que são chamadas de rametes.
  • Ramets - colônias formadas por reprodução assexuada que são geneticamente idênticas.
  • Diversidade genética - a probabilidade de que dois alelos amostrados aleatoriamente sejam diferentes. Isso reflete a extensão da dissimilaridade genética entre os genetos em uma população.
  • Diversidade genotípica - a proporção de genetos em uma população. Como os corais podem se reproduzir assexuadamente, várias colônias (ou rametes) podem pertencer ao mesmo geneto e, portanto, a diversidade genotípica pode ser menor que o número da colônia)

Riscos Genéticos Associados à Restauração

A diversidade genética e genotípica das populações de corais sendo restauradas deve sempre ser levada em consideração ao conduzir a restauração usando métodos de jardinagem de coral. Esses métodos aproveitam a fragmentação assexuada, criando colônias geneticamente idênticas (ou seja, rametes que pertencem ao mesmo geneto). Se a diversidade genotípica é baixa em locais externos durante a desova para reprodução sexuada, a população está em risco, uma vez que a baixa diversidade genotípica pode levar ao sucesso da fertilização reduzido.

Incorporando Genética na Restauração

Para minimizar esses riscos, os praticantes de jardinagem de corais devem ter como objetivo cultivar e plantar fora o maior número possível de genetas. As guias a seguir incluem informações sobre como incorporar informações genéticas em vários aspectos dos métodos de jardinagem de corais para restauração de corais.

  • Colete 3-6 genetas de coral por recife de áreas de recife com diferentes condições ambientais, idealmente incluindo áreas que imitam as condições futuras projetadas
  • Para capturar a maioria (> 50%) dos alelos adaptativos localmente (alelos que deram a um coral sua capacidade de prosperar em seu ambiente atual), colete pelo menos 3 genetas em um determinado local ou recife; para capturar 90%, coletar de 10 genetos (Baums et al. 2019).
  • As colônias doadoras (das quais os fragmentos de coral são coletados) devem estar separadas por mais de 5m e genotipadas usando métodos de genética molecular, se possível.
  • Os corais devem ser coletados usando esta metodologia de uma variedade de habitats de recife com diferentes condições ambientais locais, para um mínimo de 20-25 genetos por espécie em produção em cada viveiro.
fragmentos de coral bloco berçário

Rametes (fragmentos de coral) do mesmo geneto crescendo em uma estrutura de viveiro de blocos. Fonte: Coral Restoration Foundation. Foto © Tim Calver

  • Os corais devem ser rastreados ao longo do tempo com base em seu geneto ou linhagem. Isso pode ser feito designando um geneto por estrutura de viveiro ou usando tags ou plugs / pucks com geneto. Um espaço para “genótipos desconhecidos” deve ser designado para colônias que se quebram ou se desalojam e seu geneto é desconhecido. Essas colônias ainda podem ser implantadas com o entendimento de que o geneto é desconhecido. Se não houver dados genéticos moleculares disponíveis, a linhagem pode ser indicada com uma identificação exclusiva correspondente à colônia doadora.
  • As características fenotípicas que podem ajudar a orientar quais corais berçários continuarão a se propagar incluem: baixos níveis de fundo de mortalidade parcial (quantidade de perda de tecido), cicatrização rápida de feridas (dias para curar da fragmentação), alta taxa de crescimento do esqueleto (peso flutuante ou "área da coroa "), Branqueamento e resistência a doenças infecciosas ou resiliência (sem branqueamento / doenças infecciosas, taxa de progressão lenta da doença e / ou recuperação rápida) e alta produção sexual reprodutiva (desova e motilidade do esperma) (Baums et al. 2019).
  • Genetas que apresentam baixa aptidão no viveiro podem ser substituídos por outros do mesmo recife (Baums et al. 2019). É improvável que a exclusão dessas colônias do viveiro afete a representação da diversidade genética, desde que a representação de uma variedade de habitats seja mantida. Sobreviventes de genetas programados para substituição ainda podem ser implantados diretamente (veja abaixo).
  • Explantar uma representação proporcional de todos os genetos de estoques de berçário em cada local de implantação (Baums et al. 2019)
  • O plantio de 4-6 genetos diferentes nas proximidades para aumentar as chances de reprodução sexual bem-sucedida ajudará a estabelecer uma população autossustentável.
  • É possível que alguns genetos estejam mal adaptados ao berçário, mas bem adaptados ao recife; nesses casos, o médico pode considerar a eliminação do estágio de berçário e o plantio direto da colônia parental para o recife. Um geneto também pode ser mantido no berçário, apesar do baixo desempenho, se o monitoramento em locais externos indicar que ele tem alto desempenho depois de implantado (O'Donnell et al. 2018).

Ferramentas Genéticas

Existem vários métodos de genética molecular para determinar se os corais em viveiros pertencem a diferentes genetas, bem como medir a diversidade genética e a estrutura genética da população (Baums et al. 2019). Duas abordagens comumente usadas incluem:

  • Marcadores microssatélites - analisa o número de motivos (pares de base repetidos) em um alelo
    • Muitos marcadores microssatélites já foram desenvolvidos para corais do Caribe e Symbiodiniaceae (Baums et al. 2019)
    • Benefícios: flexível no número de amostras que podem ser executadas; os arquivos de dados são pequenos; a análise genética é direta
    • Desvantagens: trabalho intensivo para testar muitos loci, pontuação de alelos é difícil de automatizar, os resultados não podem ser facilmente comparados entre laboratórios
  • Polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) - analisa as diferenças de um único par de bases em uma sequência do genoma
    • Benefícios: mais fácil de automatizar e terceirizar, mais loci podem ser analisados ​​por vez para fornecer informações de todo o genoma; os métodos são mais reproduzíveis entre os laboratórios; métodos baseados em sequenciamento não requerem desenvolvimento de plataforma e podem ser aplicados imediatamente a qualquer espécie.
    • Desvantagens: a análise requer experiência em bioinformática para derivar genótipos da produção de sequenciamento.
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