Biodiversiteit op genetisch niveau

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
Inteeltcoëfficient 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
geïsoleerde,
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)
Populatieschattingen
genetische criteria (Ne)
Census populatiegrootte (Nc)
Effectieve populatiegrootte (Ne*)
= indirect criterium voor vitaliteit
en aanpassingsvermogen
Jaarlijkse tellingen
Steekproef & analyse om de 1 à 2
generaties
Momentopname
Momentopname + trend
(recente bottlenecks/expansies)
Locaties, leefgebieden
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
Maasmechelen
Ne ~ >400
Ne ~ 10-50
Dautenweyers
Ne ~ 10-20
Ruwe schattingen Ne voor boomkikkerpopulaties
25
©Joachim 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 geïsoleerde populaties
BAPS clustering rekening houdend met spatiale ligging
28
Cox et al. 2015, INBO.R.2015.10767598
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
Population ID
FO
GS
MA
PA
HA
ZW
AWB
DW1
DW2
DW3
HV2
HV3
N
27
26
29
28
30
30
20
13
11
16
12
14
Ne^
62
176.4
126.4
17.6
6.5
29.4
2.6
3.2
36.1
9.7
17.8
17.1
95% CIs
20.3
47.6
26.9
8.7
3
10
1.6
2.2
10.6
5
5.9
6.9
Infinite
Infinite
Infinite
47.3
11.2
Infinite
6.7
7.8
Infinite
19.7
Infinite
137.6
Wat / hoe (e)DNA-barcoding
© Rein Brys
© Rein Brys
DNA barcoding: Identificatie van soorten
Moeilijk waarneembaar  vleermuizen
DNA barcoding: Identificatie van soorten
Moeilijk waarneembaar  vleermuizen
 wie slaapt hier
© Rein Brys
?
DNA barcoding: Identificatie van soorten
Moeilijk waarneembaar  vleermuizen
 accurate identificatie
Nimfvleermuis
Gewone grootoorvleermuis
Grijze grootoorvleermuis
Huisspitsmuis
© Rein Brys
eDNA
 eDNA is overal…
Lucht
Ijs/permafrost
Land
Rivieren / meren
Zeeën / sedimenten
© Rein Brys
Bepaling soortenrijkdom
- Soortenrijke of moeilijk toegankelijke biotopen,
- Complexe soortengroepen…
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 …
http://blog.ted.com/
40