生态遗传学

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生态遗传学

ecological genetics, ecogenetics

研究生态学尺度的遗传学,主要关注于自然族群中的表现型的演化。群体遗传学为较为相关的其他学科。群体遗传学与生态学相结合的遗传学分支,研究生物群体对生存环境的适应以及对环境改变所作出反应的遗传机理。

环境的改变如果只引起生物表型上的变化,那是生态学研究的内容;只有当环境的改变造成生物遗传上的变化并在群体中保留下来,才是生态遗传学研究的范畴。生态遗传学不仅研究在自然条件下生物发生遗传变化的长期效应(进化),而且也研究在人工条件下发生遗传变化的短期效应(育种) ,这些研究对进化遗传学、群体遗传学、数量遗传学和动植物、微生物育种等有关学科的发展有很大意义。

研究生物群体的遗传结构对生存环境及其变化所作反应的遗传学分支学科。(《遗传学名词》第二版)

群体遗传学与生态学相结合的遗传学分支,研究生物群体对生存环境的适应以及对环境改变所作出反应的遗传机理。环境的改变如果只引起生物表型上的变化,那是生态学研究的内容;只有当环境的改变造成生物遗传上的变化并在群体中保留下来,才是生态遗传学研究的范畴。生态遗传学不仅研究在自然条件下生物发生遗传变化的长期效应(进化),而且也研究在人工条件下发生遗传变化的短期效应(育种),这些研究对进化遗传学、群体遗传学、数量遗传学和动植物、微生物育种等有关学科的发展有很大意义。例如生长在英格兰中部的一种蜗牛,壳的颜色有褐色和黄色两种,受一对等位基因控制,褐色对黄色为显性。鸟类捕食这种蜗牛的办法是先把它们衔到空中,再扔落在硬石地面打碎外壳。P.M.谢泼德1951年发现,在入春以前,草色枯褐,被捕食的蜗牛多数是黄色的;入春以后,草色变为黄绿,这时被捕食的蜗牛多数是褐色的。通过对硬石地面上残壳的计数,可以清楚地观察到上述现象,这证明了C.R.达尔文的自然选择学说。而逐年的观察还表明,虽然不同时期被捕食的壳色发生周期性的变化,但每年的比例大致相同,这表示两种壳色的群体已达到了平衡,为群体遗传学提供了例证。

简史

20世纪30年代,R.A.费希尔、J.B.S.霍尔丹、S.赖特等人以数学为工具的理论群体遗传学研究和40~50 年代,T.多布然斯基、C. H.沃丁顿等人以昆虫为材料的实验群体遗传学的研究为生态遗传学奠定了基础。1963年在荷兰海牙召开的第11届国际遗传学大会上首次举行了生态遗传学的学术讨论会。1964年E.B.福特《生态遗传学》一书的出版,标志着生态遗传学已发展成为一门独立的遗传学分支。1988年在加拿大多伦多召开的第16届国际遗传学大会上,不仅对生态遗传学安排了学术讨论会,而且还对应激的遗传学组织了专题报告,这是从分子水平研究生态遗传学的开始。

研究方法

数学与统计学方法

在对群体作抽样调查的基础上,对群体中基因的频率和由于不同交配类型所造成的各种基因型在数量上的分布进行分析。这一方法又可分为静态的和动态的两种。静态的方法研究的是群体在同样生态条件下不同基因型所发生的遗传变化,或是群体中相同的基因型个体在不同生态条件下所发生的遗传变化。动态的方法研究的是群体的遗传结构和生态环境两方面都发生改变的情况下生物对环境的适应和反应。

野外群体研究方法

最常见的是捕捉某些野生动物如昆虫、鸟类、鱼类和小型兽类进行观察,对它们施加某种标记后释放回去,经过一段时期再行捕捉。根据再次捕捉中有标记动物和无标记动物的比例,可以大致估计这一地区某种动物的数量和活动范围等。如果施加的标记带有无线电接受器,还可以跟踪它们的活动范围。

实验室群体研究方法

在实验室的条件下,对某些已知遗传结构的群体进行选择、杂交、随机漂变、基因型与环境互作等试验,以观察群体适应度和基因频率的变化。

计算机模拟

无论是对野外群体还是实验室群体,人类在一生中所能观察到的世代数是很有限的,不可能对千百年生态条件作用下生物的遗传变化进行实际观察。应用计算机可以模拟不同的选择压、突变率、迁移率、繁殖率、近交和随机漂变等因素作用下遗传变异的长期效应,从而对种群进化(或退化)和动植物遗传资源的保护、利用作出预测。

分子遗传学方法 

从分子水平研究生态遗传学的方法。例如对果蝇作热应激的处理,然后从DNA的变化上来研究对热处理的反应,从而探讨适应的遗传基础。

研究内容

适应的起源

分别从群体、细胞、分子水平来研究生物适应性的遗传基础。

自然群体的多态

由于突变重组、选择、杂交等遗传与环境的作用,造成自然群体的多态现象。有些多态是暂时性的,如突变型个体由于选择而被淘汰;有些多态是永久性的,如选择对不同类型达到某种平衡,就象上面提到的褐色蜗牛和黄色蜗牛的例子(见遗传多态性)。

家养条件下物种的进化

在家养的条件下,人工选择的作用超过了自然选择,在自然界被淘汰的突变型可以在家养条件下得到保留,这就造成了当前大量的高产动植物、微生物的变种和品种。

对逆境的反应

巨大的逆境常造成生物大量死亡,但有时也能残留下少量的个体,这可能是由于偶然的保护条件,也可能是某些基因型的特殊抗逆性。因此逆境往往是对抗逆性的一种选择作用。例如昆虫对杀虫剂细菌对抗菌素抗性的增强。

物种迁移对当地群体的后果

物种迁移后与当地群体杂交,有时可以产生杂种优势或在杂交的基础上产生新的类型,如同在动植物育种中所经常采用的引种和杂交的手段。但有时物种迁移也能对当地群体造成极大危害,如美国曾在引入板栗时也引入了板栗皮层真菌病,使美国本地板栗遭到大面积的灭绝。

新环境下人类进化的趋向

由于工业发展所造成的环境污染,食物中的农药残毒,核辐射以及其他的物理化学诱变剂的增加,这些无疑会对人类的进化造成严重后果。因此生态遗传学在今后的科研规划中将占有日益重要的地位。

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