Biodiversiteit op genetisch niveau
Bron:http://sitfu.com/wp-content/uploads/2010/10/DNA-BARCODE.gif
An Vanden Broeck Opleiding Biodiversiteit voor MER-deskundigen fauna & flora (dienst Mer /ANB / Inverde) Brussel,17 januari 2017
1. 2. 3. 4. 5.
Biodiversiteit begint bij de genen Duik in de populatiegenetica Enkele gevalstudies eDNA en DNA-barcoding Raadpleegbare bronnen
Biodiversiteit begint bij de genen Genetische variatie niet rechtstreeks waarneembaar
Biodiversiteit begint bij de genen Biodiversiteit • Genetische diversiteit • Soortendiversiteit • Diversiteit aan ecosystemen
Bron: http://www.slideshare.net/veereshpatil524/biodiversity-final2
Wat is genetische diversiteit? • • • •
Genen = DNA DNA = opgebouwd uit slechts 4 baseparen: A, C, T en G Totaal aan DNA in een cel = genoom (bp: basenparen) Miljoenen combinaties mogelijk
http://chemconnections.org/
Wat is genetische diversiteit? Verschil tussen individuen, populaties, soorten
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Genome_Sizes.png
Belang genetische diversiteit Barometer voor • Aanpassingsvermogen • Overlevingskansen • Evolutiepotentieel van individuen, populaties en soorten
https://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_diversity
Hoe ontstaat genetische diversiteit? Komt tot stand door wisselwerking van mutaties en selectie (aanpassing)
Hoe ontstaat genetische diversiteit? Mutaties Selectie Adaptatie
http://nl.wikipedia.org/wiki/Natuurlijke_selectie
Populatiegenetica • bestudeert de genetische variatie binnen populaties en de verandering ervan in ruimte en tijd • geeft inzicht in belangrijke processen
10
Een duik in de populatiegenetica Genenuitwisseling
11
Een duik in de populatiegenetica Selectie
interactie tussen genenuitwisseling en aanpassing
http://nl.wikipedia.org/wiki/Natuurlijke_selectie
Een duik in de populatiegenetica Flessenhals-effect
Oorspronkelijke populatie
Bottleneck
Populatie na bottleneck
http://wallace.genetics.uga.edu/groups/evol3000/wiki/fb221/Bottlenecks_and_Founder_Effects.html 13
Populatiegenetica – enkele begrippen Stichterseffect
• Genetische flessenhals • Minder genetische variatie • Andere samenstelling van variatie
14
Een duik in de populatiegenetica
herintroductie
Stichters- en flessenhalseffect Herintroducties: let op voor inteelt
Nederlands Limburg, fokprogramma met slechts 15 diertjes (1999)
15
Een duik in de populatiegenetica Inteelt
• Meer homozygoten • Minder genetische variatie • Meer kans op ziektes: inteeltdepressie
homozygoot
https://drentschepatrijshond.org/images/jacht/inteelt.png
Een duik in de populatiegenetica Inteeltdepressie
Aantal eieren die niet uitkomen
verminderde reproductie bij koolmees na inteelt
InteeltcoĂŤfficient FIS Van Noordwijk & Scharloo 1981
17
Een duik in de populatiegenetica Genetische drift
• Verdwijnen door toeval • Vooral effect in kleine populaties • Andere samenstelling van variatie
http://evolution.berkeley.edu/
18
Een duik in de populatiegenetica Extinctiespiraal Habitatfragmentatie
Habitatdegradatie
Overexploitatie
exoten
geĂŻsoleerde, kleine populaties
pollutie
Verlies aan genetische variatie
Inteelt inteeltdepressie
Extinctiespiraal Verminderd aanpassingsvermogen
Dalende effectieve populatiegrootte Externe Omgevingsfactoren demografische, klimaat Catastrofes, ziektes, ‌
Een duik in de populatiegenetica Metapopulatie
• Verbonden deelpopulaties • Genenuitwisseling door migratie • Grotere ‘effectieve populatie’
20
http://www.kva.se/en/pressroom/Press-releases-2011/Crafoord-Prize-in-Biosciences-2011/
Een duik in de populatiegenetica Verbreiding
één grote of vele (verbonden) kleine populaties? Kommavlinder (Hesperia comma)
in UK (naar Thomas and Jones, J. of Animal Ecology, 1993)
Dispersie in een gefragmenteerd landschap Er is veel geschikt leefgebied maar de dieren raken er niet; te kleine populaties en te sterk geïsoleerd (> 8 km)
Dit komt niet ‘vanzelf’ goed…
Een duik in de populatiegenetica Ecologische verbindingen zinvol voor grote populaties klein en gefragmenteerd: vergroten ipv verbinden
Een duik in de populatiegenetica Hoe groot is groot genoeg? Conventionele vs. Genetische criteria Populatieschattingen Conventioneel (Nc) Census populatiegrootte (Nc)
Jaarlijkse tellingen Momentopname Locaties, leefgebieden
Populatieschattingen genetische criteria (Ne) Effectieve populatiegrootte (Ne*) = indirect criterium voor vitaliteit en aanpassingsvermogen Steekproef & analyse om de 1 Ă 2 generaties Momentopname + trend (recente bottlenecks/expansies) Populaties en (meta)populaties Schatten noodzakelijk leefgebied 23
Een duik in de populatiegenetica
• grootte van genenpoel • snelheid waarmee genetische drift (toeval) de genetische variatie doet dalen • Ne << Nc (Ne =~ Nc / 10)
Proportie genetische variatie
Effectieve populatiegrootte; Ne
Aantal generaties
24
Een duik in de populatiegenetica Hoe groot is groot genoeg? Boomkikker (Hyla arborea) Ne,95 = 244 Zwin
Merkske
Ne ~ 50-100
Mariahof
Ne ~ 10-50 Zegge
Ne ~ 5-10 Wijvenheide
Ne ~ >400
Maasmechelen
Ne ~ 10-50 Dautenweyers
Ne ~ 10-20 Ruwe schattingen Ne voor boomkikkerpopulaties 25 ŠJoachim Mergeay
Populatiegenetisch onderzoek Inzicht in Ne en genetische processen via genetisch onderzoek Rugstreeppad • Hoe is het gesteld met onze populaties? • Zijn ze verbonden? • Welke bronpopulatie voor herintroductie Zwinstreek? DNA-analyse via 10 microsatellietmerkers Cox et al. 2015. Toestand van de Vlaamse rugstreeppadppopulaties op basis van 26 genetische criteria INBO.R.2015.10767598
Floris Verhaeghe
Hans De Blauwe
Staalnamelocaties
Cox et al. 2015, INBO.R.2015.10767598
Populatiestructuur veel geĂŻsoleerde populaties
BAPS clustering rekening houdend met spatiale ligging Cox et al. 2015, INBO.R.2015.10767598
28
Genenuitwisseling via verbreiding Westhoek
Schelde -Linkeroever metapopulatie
metapopulatie 10 km
Westhoek Oosthoek Mechelse heide
Cox et al. 2015, INBO.R.2015.10767598
Genetische diversiteit Klein Schietveld: ondanks groot leefgebied! Landen: klein, geïsoleerd
Noordduinen-Oosthoek: klein, geïsoleerd
Krekelenberg: klein, geïsoleerd Oude Groeve: klein, beetje genenuitwisseling
Nieuwe Groeve: klein, flessenhalseffect Kikbeekbron: hoge diversiteit, weinig gene flow
Overige (deel)populaties Schelde - Linkeroever (Haasop, Grimaldi en Blikken) ; in zeer goede toestand. Connectiviteit behouden! Cox et al. 2015, INBO.R.2015.10767598
Gentiaanblauwtje
Wat / hoe (e)DNA-barcoding
DNA Barcoding eDNA barcoding
Þ Þ
identificatie detectie
© Rein Brys
© Rein Brys
DNA barcoding: Identificatie van soorten Moeilijk waarneembaar Þ vleermuizen
DNA barcoding: Identificatie van soorten Moeilijk waarneembaar Þ vleermuizen
Þ wie slaapt hier © Rein Brys
?
DNA barcoding: Identificatie van soorten Moeilijk waarneembaar Þ vleermuizen Þ accurate identificatie Nimfvleermuis
Gewone grootoorvleermuis
Grijze grootoorvleermuis
Huisspitsmuis
© Rein Brys
eDNA Þ eDNA is overal… Lucht
Ijs/permafrost
Land
Rivieren / meren
Zeeën / sedimenten
© Rein Brys
Bepaling soortenrijkdom - Soortenrijke of moeilijk toegankelijke biotopen, - Complexe soortengroepenâ&#x20AC;Ś Op basis van metabarcoding
Raadpleegbare bronnen • INBO rapporten oa in nieuwe versie LSVI-rapport • INBO adviezen • www.inbo.be • Vulgariserende publicaties (Natuurpunt.focus, levende natuur,…) • Wetenschappelijke publicaties
39
EINDE â&#x20AC;¦
http://blog.ted.com/
40