Генетическое разнообразие и малые популяции

Как генетическая изменчивость теряется в малых популяциях из-за дрейфа и «бутылочных горлышек», и почему эффективный размер популяции определяет темпы этой потери.

Definition

Генетическое разнообразие — это разнообразие аллелей и генотипов в популяции или виде. В малых популяциях оно утрачивается в результате генетического дрейфа — случайного изменения частот аллелей — со скоростью, определяемой эффективным размером популяции, то есть числом особей, которые генетически вносят вклад в следующее поколение.

Scope

Охватывает возникновение и утрату генетического разнообразия, процессы генетического дрейфа и «бутылочных горлышек» популяции, а также концепцию эффективного размера популяции как детерминанты генетических изменений. Включает меры разнообразия, такие как гетерозиготность и аллельное богатство, и последствия потери разнообразия для адаптивного потенциала. Исключает влияние на приспособленность скрещивания между родственниками (связанная тема инбридинга) и определение управленческих единиц.

Core questions

• Как генетический дрейф разрушает разнообразие в малых популяциях?
• Почему эффективный размер популяции обычно намного меньше численности по переписи?
• Каковы генетические последствия «бутылочных горлышек» популяции?
• Как измеряется и отслеживается генетическое разнообразие?

Key concepts

• Генетический дрейф
• Эффективный размер популяции
• «Бутылочное горлышко» популяции
• Гетерозиготность и аллельное богатство
• Генетическая эрозия
• Эффект основателя

Key theories

Генетический дрейф в конечных популяциях

В малых популяциях частоты аллелей случайно меняются каждое поколение, и редкие аллели легко теряются, что со временем приводит к утрате разнообразия; чем меньше популяция, тем быстрее происходит эта потеря.

Эффективный размер популяции

Эффективный размер определяет темпы дрейфа и инбридинга и уменьшается из-за смещенного соотношения полов, изменчивости репродуктивного успеха и колеблющейся численности, что делает его обычно лишь частью численности по переписи.

Clinical relevance

Оценка эффективного размера популяции и отслеживание гетерозиготности позволяют менеджерам прогнозировать генетическую эрозию и устанавливать цели для восстановления популяции и управления генным потоком. Признание эффектов «бутылочного горлышка» и основателя имеет важное значение для разработки программ разведения в неволе и реинтродукции, которые сохраняют адаптивный потенциал.

History

Теория дрейфа и эффективного размера популяции была разработана Сьюэллом Райтом и другими в начале XX века в рамках синтеза популяционной генетики. Биологи-экологи применяли ее с 1980-х годов для прогнозирования генетической эрозии у угрожаемых видов, а геномные методы теперь позволяют напрямую оценивать эффективный размер и разнообразие в дикой природе.

Debates

Какой эффективный размер популяции необходим для долгосрочного выживания?

Эмпирические правила, такие как рекомендация 50/500 — минимальные эффективные размеры для предотвращения инбридинга и сохранения эволюционного потенциала — широко используются, но вызывают споры, при этом некоторые утверждают, что пороговые значения должны быть существенно выше.

Key figures

• Sewall Wright
• Richard Frankham
• Fred Allendorf

Seminal works

• frankham2010
• allendorf2013
• primack2014

Frequently asked questions

Что такое генетический дрейф?

Случайное изменение частоты аллелей от одного поколения к другому, обусловленное случайностью в том, какие особи размножаются. Его эффекты наиболее сильны в малых популяциях, где он может быстро устранять редкие варианты и уменьшать разнообразие.

Почему эффективный размер популяции меньше фактической численности?

Не все особи вносят равный вклад в следующее поколение. Неравное соотношение полов, вариации в репродуктивном успехе и колебания численности популяции — все это уменьшает генетически эффективный размер по сравнению с общей численностью, часто до небольшой ее части.