evcilleştirme genomiği - Genomics of domestication
Evcilleştirilmiş türler ve onları evcilleştiren insan popülasyonları, insanların binlerce yıl boyunca evcilleştirilmiş türlerin genomiklerini değiştirdiği karşılıklı bağımlılık ilişkisiyle tanımlanır . Genomik yapısı, içerik ve incelenmesidir evrim hakkındaki genomları ya organizmaların tüm genetik bilgilerin. Evcilleştirme, insanların arzu edilen özellikleri seçerek hedeflenen organizmaların morfolojisini ve genlerini değiştirme sürecidir .
Arka plan
Yana evcilleştirme genetik değişikliklere yol açar, bilimi zamanla özelliklerin, seçilmesini içermektedir genomik bütün bir genom boyunca genler bu yoğun sırasında değişmiş hangi belirleyebilir yapay seleksiyon dönemi. Evcilleştirmenin genomiklerini anlamak, hem yapay , insan güdümlü evcilleştirme seçiminin hem de doğal seçilimin genetik etkileri hakkında fikir verebilir . Bu, evcilleştirme genomiklerini, insanlara yararlılıkları nedeniyle tarihleri daha kapsamlı bir şekilde korunabileceğinden, incelenmesi nispeten kolay olan organizmalardaki evrim genetiğini incelemek için benzersiz bir araç haline getirir .
Bir araç olarak genomik
Tarihsel olarak genomik çalışmalar, üzerinde çalışmak için fon bulunan seçili organizmalara odaklanmıştır. Başlangıçta, dizileme maliyetleri engelleyici olduğunda, bu, virüsler ve bakteriler gibi küçük genomlu organizmalarla ve daha sonra ökaryotlarda , araştırma için bilimsel topluluk için önemli olan model organizmalarla sınırlıydı . Bunlara Mus musculus (ev faresi), Drosophila melanogaster (meyve sineği) ve Arabidopsis thaliana ( Arabidopsis ) genomları dahildir. Kamu tarafından finanse edilen en önde gelen genom projelerinden biri, mevcut dizileme tekniklerinin iyileştirilmesine ve ek teknikler geliştirilmesine yardımcı olan İnsan Genom Projesi idi. Bu model organizmaların ardından, tarımsal açıdan önemli türler daha sonra vurgulanmıştır. 2009 itibariyle, genomları dizilen 50'den fazla bitki türü bulunmaktadır. Bununla birlikte, pirinç , buğday ve mısır gibi ot ve baklagil ailelerinde bulunanlar da dahil olmak üzere en önemli tarımsal ürünler, en fazla ilgiyi ve finansmanı almıştır. 2005 itibariyle, pirinç genomunun tam bir dizisi yayınlandı. Bu evcilleştirilmiş türler ve bazı durumlarda, onların vahşi ataları, tarımsal ve ekonomik önemleri ve bu türler için dizili bir genoma sahip olmanın sağladığı faydalar, örneğin verimi artırmak için seçici yetiştirme programları için hedefleri kolayca belirleme yeteneği gibi faydalar nedeniyle odak almıştır. kuraklık toleransını kolaylaştırmak veya istenen çeşitli özellikleri seçmek.
Evcilleştirmenin genetiği ve genomiği
Evcilleştirme sırasında, mahsul türleri, genomlarını değiştiren yoğun seçici baskılara maruz kalır. Evcilleştirme sırasındaki seçilim süreci, büyük ölçüde evcilleştirilmiş türleri tanımlamaya başlayan temel özelliklere odaklanmıştır. Tohum veya tahıl ekinlerinde, bu ayırt edici özellikler arasında tohum büyüklüğündeki artışlar, doğal tohum dağılımında bir azalma , azaltılmış yan dallanma ve yıllık yaşam döngüsü bulunur. Bu özellikleri kodlayan genler, klasik genetik tekniklerin yanı sıra genomik kullanılarak yanal dallanmayı kontrol eden mısır tb1 geni gibi bazı türlerde açıklanmıştır. Bununla birlikte, kalıtım modellerini bireysel özellik bazında inceleyen geleneksel Mendel genetiği , net bir şekilde farklı sınıflara ayrılan özellikler veya fenotiplerle sınırlıdır . Genomik, ilgili bir özellik veya fenotip sergileyen bireylerin genomlarını , tek nükleotid polimorfizmleri (SNP), transpoze edilebilir elementlerin hareketi gibi iki genom arasındaki tanımlama farklılıklarını sağlayan bir referans genomla karşılaştırarak bu sınırlamanın üstesinden gelebilir . (veya retrotranspozonlar ) veya diğer genetik değişikliklerin yanı sıra silmeler.
DNA'yı Kodlamak
Genomik, kodlayıcı DNA'nın yanı sıra kodlamayan DNA'ya ilişkin içgörü sunar . Araştırmacılar, kokulu ve kokusuz çeşitler arasında pirinçte daha önce izole edilmiş bir kromozom 8 bölümünün dizisini karşılaştırarak genetik farklılıklarını belirleyebildiler. Basmati ve yasemin de dahil olmak üzere aromatik ve kokulu pirinçler, ekson 7'de bir silinmeye maruz kalan atadan kalma bir pirinç evcil hayvanından türetilmiştir ve sonuç olarak betain aldehit dehidrojenaz (BADH2) için kodlama dizisi değişmiştir.
kodlamayan DNA
Bununla birlikte, yalnızca genlere bakmak veya DNA'yı kodlamak, evcilleştirme sürecinde belirli özellikleri incelerken veya bir türün evrimini incelerken etkisiz olabilir. Hücresel süreç için hayati önem taşıyan genler genellikle yüksek oranda korunur ve bu konumlardaki mutasyonlar ölümcül olabilir. Genomun kodlamayan alanları çok daha yüksek mutasyon oranlarına eğilimli olabilir. Bu nedenle, bu kodlamayan genler , vahşi ve evcil türlerin ayrışmasını incelerken hayati bilgiler sağlar . Çekirdek genler türler arasında ve türler arasında korunduğundan, bir türün birden fazla bireyinde bu genler için DNA dizilerini incelemek, genç bir popülasyonda veya türlerde bulunan çeşitlilik hakkında fazla bilgi sağlayamayabilir. Evcil hayvan ve bitki türlerinin tahmini yaşı, evrimsel bir zaman ölçeğinde nispeten kısa olan 10.000 yıldan daha az olma eğilimindedir. Bu nedenle, sıklıkla mutasyona uğrayan mikro uydular gibi oldukça değişken kodlamayan DNA, evcilleştirmeyi belgelemek için yeterli intraspesifik varyasyona sahip genetik belirteçler sağlar. Evcilleştirilmiş türlerin kodlanmayan DNA'sını incelemek, yalnızca ilgili genlerden DNA'yı kodlamakla kalmayıp tüm genomun genetik dizisini sağlayan genomik sayesinde mümkün olur. Hindistancevizi durumunda, 10 mikro uydu lokusunu kullanan son genomik araştırma, Hint Okyanusu'nda bulunan bireyler ile Pasifik Okyanusu'nda bulunanlar arasında yeterli varyasyona dayalı olarak 2 hindistan cevizi evcilleştirme vakası olduğunu belirlemeyi başardı .
Genomiklerin geleneksel genetiğe göre avantajları
Genomik, tek genlerin veya genetiğin araştırılmasının sağlayamadığı çeşitli faydalar sunar. Patates gibi bir organizma için tam dizili bir genoma sahip olmak , araştırmacıların DNA'yı birden fazla tür arasında karşılaştırmasına ve korunmuş dizileri incelemesine olanak tanır. 2011 yılında, Patates Genom Dizileme Konsorsiyumu'ndaki araştırmacılar, bir de novo patates genomunu, arabidopsis, üzüm , pirinç, sorgum , mısır, kavak ve patatese direnç verenler de dahil olmak üzere patatese özgü genleri izole etmelerine izin veren diğer 12 türle karşılaştırdı. Phytophthora infestans'ın neden olduğu patates yanıklığı . Mahsul ıslahı için ilgili genleri tahmin etme kabiliyeti, genomik ve bu arzu edilen özellikleri kontrol eden genlerin ve ekstragenik dizilerin tanımlanması ile kolaylaştırılan mahsul türlerinin daha fazla evcilleştirilmesi için büyük bir avantajdır. Modern bitki yetiştiricileri, artan verim ve azotlu gübrelere daha iyi yanıt verme yeteneği gibi arzu edilen modern özelliklere sahip yeni evcilleştirilmiş çeşitler geliştirmek için mahsul türlerinin genetiğini manipüle etmek için bu bilgiyi kullanabilir . Karşılaştırmalı genomik ayrıca araştırmacıların genomik dizileri karşılaştırarak ve sapma ve koruma modellerini inceleyerek yaşamın evrimi hakkında çıkarımlar yapmasına olanak tanır.
Evrim
Onun en ünlü eseri olarak, Türlerin Kökeni , Charles Darwin eski açıklamak yardımına evcilleştirme için doğal seleksiyonu karşılaştırıldı ve o başlıklı konuda bir kitabın tamamını yazmaya devam etti evcilleştirme Altında Hayvanlar varyasyonu ve Bitkiler . Evcilleştirilmiş türler, geçmişlerinin nispeten kısa olması (milyarlarca yıllık evrim ölçeğinde) ve iyi korunmuş olması nedeniyle, evrimin temel kavramlarını incelemek için ideal model sistemler olarak hizmet eder. Ek olarak, insanlara faydalı olmaları nedeniyle, birçok evcilleştirilmiş tür günümüze kadar gelmiştir ve incelemeye açıktır. Ekin türlerinin genomları, kısmen tarımsal nedenlerle gelişmelerine yardımcı olmak için dizilenmiştir , ancak genom verileri kamuya açık olduğundan, çoğu durumda ücretsiz olduğundan, bu organizmalar ayrıca evrimin ve yapay seçilimin genler üzerindeki etkilerini incelemek için sistemler olarak hizmet eder. . Özellikle, evcilleştirilmiş türlerin genomiği, güçlü yapay seçilim , kurucu olaylar ve darboğazların yanı sıra daha geniş evrimsel soruların araştırılmasına izin verir .
Yalnızca birkaç vahşi bireyin yetiştirildiği ve onlara karşı seçildiği evcilleştirme süreci, çoğu zaman çok güçlü seçici baskılarla sonuçlanır. Bu, bu bireylerin genomlarında genetik çeşitlilik eksikliği olarak belirgindir. Bazı durumlarda bu çeşitlilik eksikliği seçici bir tarama olarak görülür , bu sayede genomun belirli bir lokusundaki varyasyon oldukça azalırken bu alanın dışındaki varyasyon korunur veya sadece kısmen azalır. Hindistan cevizi gibi diğer durumlarda, genomik çalışmalar, bir kurucu olayın oluşumlarını ortaya çıkardı; bu sayede, düşük çeşitliliğe sahip az sayıda bireyin daha büyük bir modern popülasyonun izole ataları olması nedeniyle tüm popülasyonun genetik çeşitliliği azalır. Tüm genom boyunca varyasyonun azaldığı darboğazlar, inci darı , pamuk , fasulye ve lima fasulyesi gibi mahsul türlerinde de belirgindir . Bu türlerdeki darboğazların tanımlanmasıyla, araştırmacılar bir organizmanın bir darboğazı aşma yeteneği üzerindeki etkilerini ve bunun hem bireylerin hem de popülasyonların genomları ve uygunlukları üzerinde ne gibi etkileri olabileceğini inceleyebilirler .
Evcilleştirilmiş türler ve insanlık tarihi
Evcilleştirilmiş türler ve onları evcilleştiren insan popülasyonları, karşılıklı bir karşılıklı bağımlılık ilişkisiyle tanımlanır. Evcilleştirilmiş mahsul türleri, doğal tohum dağıtma yöntemlerine karşı yapılan seçim nedeniyle, yayılma için insan popülasyonlarına giderek daha fazla bağımlı hale gelme eğilimindedir ve insanlar, artan popülasyonları sürdürmek için evcilleştirilmiş mahsul türlerine giderek daha fazla bağımlı hale gelmiştir. Birçok mahsul türü, yayılma için insanlara güvendiğinden ve evcilleştirilmiş türlerin dağılımını izlemek için genomik kullanmak mümkün olduğundan, evcilleştirilmiş türlerin genomları, tarih boyunca insan hareketlerini izlemek için bir araç olarak kullanılabilir.
Sukabağı
Sukabağı ( Lagenaria siceraria ) Afrika kökenli ve 9000 M.Ö. tarafından Asya'ya dağıtıldı ve 8000 M.Ö. tarafından Amerika'yı ulaştı evcil türdür morfolojik ve genetik olarak, Asya ve Afrika şişe su kabakları onlar iki olarak belirlenebilir yeterince farklıdır ayrı alt türler . Morfolojik olarak Amerikan kabağı, daha önce Amerikan çeşidinin okyanusta yüzen vahşi bir Afrika kabağından türetildiği teorisine destek olarak kullanılan Asya su kabaklarından daha çok Afrika su kabaklarına benziyor. Bununla birlikte, 2005 yılında Smithsonian Enstitüsü'ndeki araştırmacılar , Amerika'daki şişe su kabaklarının aslında Asya su kabaklarına daha çok benzediğini göstermek için arkeolojik ve genomik verilerin bir kombinasyonunu kullanabildiler , bu da Amerikan su kabaklarının Asya su kabaklarından türetilmiş olabileceğini düşündürmektedir. genelinde gerçekleştirilmiştir Bering kara köprüsü ile Paleo-Hintliler .
Hindistan cevizi
Yetiştirilen hindistan cevizinin ( Cocos nucifera ) genomik analizi , Austronesian halklarının hareketlerine ışık tutmuştur . Araştırmacılar, 10 mikro uydu lokusunu inceleyerek, biri Hint Okyanusu'ndan, diğeri Pasifik Okyanusu'ndan gelen, genetik olarak farklı 2 hindistancevizi alt popülasyonu olduğunu buldular. Bununla birlikte, iki popülasyon arasında genetik materyalin aktarımı olan karışım olduğuna dair kanıtlar vardır . Hindistan cevizinin okyanusta yayılmak için ideal olduğu düşünüldüğünde, bir popülasyondan bireylerin diğerine yüzerek gelmiş olması mümkün görünüyor. Ancak, katkı olaylarının yerleri Madagaskar ve kıyı doğu Afrika ile sınırlıdır ve Seyşeller hariçtir . Bu model, Avustronezya denizcilerinin bilinen ticaret yollarıyla örtüşmektedir. Ek olarak, Latin Amerika'nın Pasifik kıyısında, kurucu bir etkiden kaynaklanan genetik bir darboğaz geçiren genetik olarak farklı bir hindistancevizi alt popülasyonu vardır; bununla birlikte, atalarının nüfusu pasifik hindistan cevizidir, bu da Avustronezya halklarının Amerika Kıtası kadar doğuya yelken açmış olabileceğini düşündürür.