Информация

9.11: Ролята на семенните растения - Биология

9.11: Ролята на семенните растения - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Цели на обучението

  • Обсъдете ролите, които играят растенията в екосистемите

Без семенни растения животът, какъвто го познаваме, не би бил възможен. Растенията играят ключова роля в поддържането на земните екосистеми чрез стабилизиране на почвите, цикъл на въглерода и смекчаване на климата. Големите тропически гори отделят кислород и действат като поглъщатели на въглероден диоксид. Семената осигуряват подслон на много форми на живот, както и храна за тревопасните животни, като по този начин индиректно хранят месоядните. Растителните вторични метаболити се използват за медицински цели и промишлено производство.

Животни и растения: Тревопасни

Коеволюцията на цъфтящи растения и насекоми е хипотеза, която получи много внимание и подкрепа, особено защото и покритосеменните, и насекомите се диверсифицираха приблизително по едно и също време в средния мезозой. Много автори приписват разнообразието от растения и насекоми на опрашването и тревопасността или консумацията на растения от насекоми и други животни. Смята се, че това е било също толкова движеща сила, колкото и опрашването. В природата се наблюдава коеволюция на тревопасни и растителни защити. За разлика от животните, повечето растения не могат да избягат от хищниците или да използват мимикрия, за да се скрият от гладни животни. Между растенията и тревопасните животни съществува своеобразна надпревара във въоръжаването. За да се борят с тревопасните животни, някои растителни семена – като жълъд и неузряла райска ябълка – са с високо съдържание на алкалоиди и поради това са неприятни за някои животни. Други растения са защитени от кора, въпреки че някои животни са разработили специализирани накрайници за разкъсване и дъвчене на растителен материал. Шипове и тръни (Фигура 1) възпират повечето животни, с изключение на бозайници с дебела козина, а някои птици имат специализирани човки, за да преодолеят такива защити.

Herbivory е бил използван от семенни растения за тяхна собствена изгода за демонстрация на взаимни взаимоотношения. Разпръскването на плодове от животни е най-яркият пример. Растението предлага на тревопасните хранителен източник на храна в замяна на разпространението на генетичния материал на растението в по-широка област.

Екстремен пример за сътрудничество между животно и растение е случаят с акациевите дървета и мравките. Дърветата поддържат насекомите с подслон и храна. В замяна мравките обезкуражават тревопасните, както безгръбначни, така и гръбначни, като ужилват и атакуват листоядни насекоми.

Животни и растения: Опрашване

Тревите са успешна група цъфтящи растения, които се опрашват от вятъра. Те произвеждат големи количества прашец, пренесен от вятъра на големи разстояния. Цветовете са дребни и подобни на кичури. Големите дървета като дъбове, кленове и брези също се опрашват от вятъра.

Разгледайте този уебсайт за допълнителна информация относно опрашителите.

Повече от 80 процента от покритосеменните растения зависят от животни за опрашване: прехвърлянето на цветен прашец от прашника към близалцето. Следователно растенията са развили много адаптации за привличане на опрашители. Спецификата на специализираните растителни структури, насочени към животни, може да бъде много изненадваща. Възможно е например да се определи типа опрашител, предпочитан от растението само от характеристиките на цветето. Много цветя, опрашвани от птици или насекоми, отделят нектар, който е захарна течност.

Те също така произвеждат както плодороден прашец за размножаване, така и стерилен прашец, богат на хранителни вещества за птици и насекоми. Пеперудите и пчелите могат да открият ултравиолетова светлина. Цветята, които привличат тези опрашители, обикновено показват модел на ниско ултравиолетово отражение, което им помага бързо да локализират центъра на цветето и да събират нектар, докато са поръсени с прашец (Фигура 2). Големи червени цветя със слаба миризма и дълга форма на фуния се предпочитат от колибри, които имат добро цветово възприемане, лошо обоняние и се нуждаят от силен костур. Белите цветя, отворени през нощта, привличат молци. Други животни - като прилепи, лемури и гущери - също могат да действат като опрашващи агенти. Всяко нарушаване на тези взаимодействия, като изчезването на пчелите като следствие от разстройства на колапса на колонията, може да доведе до бедствие за селскостопанските индустрии, които зависят силно от опрашените култури.

Тестване на привличането на мухи чрез миризма на гниеща плът

въпрос: Ще привлекат ли цветята, които дават сигнали на пчелите, мършави мухи, ако се напръскат със съединения, които миришат на гнило месо?

Заден план: Посещението на цветя от опрашващи мухи е функция най-вече на миризмата. Мухите се привличат от гниещо месо и мърши. Гнилостната миризма изглежда е основният атрактант. Полиамините путресцин и кадаверин, които са продуктите на разграждането на протеини след смъртта на животните, са източник на остра миризма на разлагащо се месо. Някои растения стратегически привличат мухи чрез синтезиране на полиамини, подобни на тези, генерирани от разлагащата се плът и по този начин привличат мършавите мухи.

Мухите търсят мъртви животни, защото те обикновено снасят яйцата си върху тях, а червеите им се хранят с разлагащата се плът. Интересното е, че времето на смъртта може да бъде определено от съдебномедицински ентомолог въз основа на етапите и вида на червеите, открити от трупове.

Хипотеза: Тъй като мухите са привлечени от други организми въз основа на мирис, а не на зрение, цвете, което обикновено е привлекателно за пчелите поради своите цветове, ще привлече мухите, ако се напръска с полиамини, подобни на тези, генерирани от разлагащата се плът.

Тествайте хипотезата:

  1. Изберете цветя, които обикновено се опрашват от пчели. Бялата петуния може да е добър избор.
  2. Разделете цветята на две групи и докато носите предпазни очила и ръкавици, напръскайте една група с разтвор на путресцин или кадаверин. (Путресцин дихидрохлорид обикновено се предлага в концентрация от 98 процента; това може да бъде разредено до приблизително 50 процента за този експеримент.)
  3. Поставете цветята на място, където има мухи, като държите пръсканите и непръсканите цветя разделени.
  4. Наблюдавайте движението на мухите в продължение на един час. Запишете броя на посещенията на цветята, като използвате таблица, подобна на таблица 1. Като се има предвид бързото движение на мухите, може да е полезно да използвате видеокамера за запис на взаимодействието муха-цвете. Пуснете отново видеоклипа в забавен каданс, за да получите точен запис на броя на посещенията на мухи при цветята.
  5. Повторете експеримента още четири пъти със същия вид цвете, но с различни екземпляри.
  6. Повторете целия експеримент с различен вид цвете, което обикновено се опрашва от пчели.
Таблица 1. Резултати от броя посещения от мухи на пръскани и контролни/непръскани цветя
Пробен период #Пръскани цветяНепръскани цветя
1
2
3
4
5

Анализирайте данните си: Прегледайте данните, които сте записали. Осредете броя на посещенията, които мухите са направили на пръсканите цветя в хода на петте опита (при първия тип цвете) и ги сравнете и съпоставете със средния брой посещения, които мухи са направили на непръсканите/контролните цветя. Можете ли да направите някакви изводи относно привличането на мухите към пръсканите цветя?

За втория използван тип цвете осреднете броя на посещенията, които мухите направиха на пръсканите цветя в хода на петте опита и ги сравнете и съпоставете със средния брой посещения, които мухите направиха на непръсканите/контролните цветя. Можете ли да направите някакви изводи относно привличането на мухите към пръсканите цветя?

Сравнете и съпоставете средния брой посещения, които мухи са направили на двата вида цветя. Можете ли да направите някакви изводи дали външният вид на цветето е оказал някакво влияние върху привличането на мухите? Миризмата замени ли някакви разлики във външния вид или мухите бяха привлечени от един вид цвете повече от друг?

Направете заключение: Резултатите подкрепят ли хипотезата? Ако не, как може да се обясни това?

Значението на семенните растения в човешкия живот

Семената са в основата на човешката диета по целия свят (Фигура 3). Много общества ядат почти изключително вегетариански ястия и зависят единствено от семенните растения за своите хранителни нужди. Няколко култури (ориз, пшеница и картофи) доминират в селскостопанския пейзаж. Много култури са развити по време на селскостопанската революция, когато човешките общества извършват прехода от номадски ловци-събирачи към градинарство и земеделие. Зърнените храни, богати на въглехидрати, са основна част от диетите на много хора. Бобът и ядките доставят протеини. Мазнините се извличат от натрошени семена, какъвто е случаят с фъстъчено и рапично масло (рапица) или плодове като маслини. Животновъдството също консумира големи количества реколта.

Основните култури не са единствената храна, получена от семена. Плодовете и зеленчуците осигуряват хранителни вещества, витамини и фибри. Захарта за подслаждане на ястия се произвежда от едносемеделната захарна тръстика и захарното цвекло. Напитките се приготвят от запарки от чаени листа, цветове от лайка, натрошени кафеени зърна или какаови зърна на прах. Подправките идват от много различни растителни части: шафранът и карамфилът са тичинки и пъпки, черен пипер и ванилия са семена, кората на храст в Лауралес семейството доставя канела, а билките, които овкусяват много ястия, идват от сушени листа и плодове, като лютата червена люта чушка. Летливите масла от цветя и кора осигуряват аромат на парфюми. Освен това, нито едно обсъждане на приноса на семенните растения към човешката диета не би било пълно без споменаването на алкохола. Ферментацията на растителни захари и нишестета се използва за производството на алкохолни напитки във всички общества. В някои случаи напитките се получават от ферментацията на захари от плодове, както при вината, а в други случаи от ферментацията на въглехидрати, получени от семена, както при бирата.

Растенията за семена имат много други приложения, включително осигуряване на дървесина като източник на дървен материал за строителство, гориво и материал за изграждане на мебели. Повечето хартия се извлича от пулпата на иглолистни дървета. Влакна от семена на растения като памук, лен и коноп са вплетени в плат. Текстилните багрила, като индиго, са предимно от растителен произход до появата на синтетичните химически багрила.

И накрая, по-трудно е да се определят количествено ползите от декоративните семена. Те украсяват частни и обществени пространства, като добавят красота и спокойствие към човешкия живот и вдъхновяват както художници, така и поети.

Лечебните свойства на растенията са известни на човешките общества от древни времена. Има препратки към използването на лечебните свойства на растенията в египетски, вавилонски и китайски писания от преди 5000 години. Много съвременни синтетични терапевтични лекарства са получени или синтезирани de novo от растителни вторични метаболити. Важно е да се отбележи, че същият растителен екстракт може да бъде терапевтично средство при ниски концентрации, да се превърне в пристрастяващо лекарство при по-високи дози и потенциално да убива при високи концентрации. Таблица 2 представя няколко лекарства, техния произход и техните медицински приложения.

Таблица 2. Растителен произход на медицинските съединения и медицински приложения
растениеСъединениеПриложение
Смъртоносна нощенка (Атропа беладона )атропинРазширете зениците на очите за очни прегледи
напръстник (Digitalis purpurea)ДигиталисСърдечни заболявания, стимулира сърдечния ритъм
ям (Диоскорея spp.)стероидиСтероидни хормони: противозачатъчни хапчета и кортизон
ефедра (Ефедра spp.)ефедринДеконгестант и разширител на бронхиоли
тихоокеански тис (Taxus brevifolia)ТаксолХимиотерапия при рак; инхибира митозата
Опиев мак (Papaver somniferum)ОпиоидиАналгетик (намалява болката без загуба на съзнание) и наркотичен (намалява болката със сънливост и загуба на съзнание) в по-високи дози
Хининово дърво (Синчона spp.)хининАнтипиретик (понижава телесната температура) и антималарий
върба (Salix spp.)Салицилова киселина (аспирин)Аналгетик и антипиретик

Биоразнообразие на растенията

Биологичното разнообразие осигурява ресурс за нови хранителни култури и лекарства. Животът на растенията балансира екосистемите, защитава водосборите, смекчава ерозията, смекчава климата и осигурява подслон за много животински видове. Заплахите за растителното разнообразие обаче идват от много ъгли. Експлозията на човешката популация, особено в тропическите страни, където раждаемостта е най-висока и икономическото развитие е в разгара си, води до навлизане на хора в залесените райони. За да нахранят по-голямото население, хората трябва да получат обработваема земя, така че има масово изсичане на дървета. Нуждата от повече енергия за захранване на по-големите градове и икономическия растеж в тях води до изграждане на язовири, последващо наводняване на екосистемите и увеличаване на емисиите на замърсители. Други заплахи за тропическите гори идват от бракониери, които трупат дървета заради ценната си дървесина. Абаносът и бразилското палисандрово дърво, и двете в списъка на застрашените, са примери за дървесни видове, доведени почти до изчезване от безразборна сеч.

Броят на изчезващите растителни видове се увеличава с тревожна скорост. Тъй като екосистемите са в деликатен баланс и семенните растения поддържат тесни симбиотични взаимоотношения с животните – независимо дали са хищници или опрашители – изчезването на едно растение може да доведе до изчезване на свързани животински видове. Истински и належащ проблем е, че много растителни видове все още не са каталогизирани и затова тяхното място в екосистемата е неизвестно. Тези неизвестни видове са застрашени от дърводобив, унищожаване на местообитанията и загуба на опрашители. Те могат да изчезнат, преди да имаме шанса да започнем да разбираме възможните последици от тяхното изчезване. Усилията за опазване на биоразнообразието изискват няколко направления на действие, от запазване на семена на наследство до видове с баркодиране. Семената на наследство идват от растения, които традиционно се отглеждат в човешки популации, за разлика от семената, използвани за широкомащабно селскостопанско производство. Баркодирането е техника, при която една или повече къси генни последователности, взети от добре характеризирана част от генома, се използват за идентифициране на вид чрез ДНК анализ.

Цели на обучението

Разнообразието на покритосеменните отчасти се дължи на множество взаимодействия с животни. Тревопасните са благоприятствали развитието на защитни механизми в растенията и избягването на тези защитни механизми при животните. Опрашването (прехвърлянето на цветен прашец в плодолистник) се извършва главно от вятър и животни, а покритосеменните са развили множество адаптации за улавяне на вятъра или привличане на специфични класове животни.

Растенията играят ключова роля в екосистемите. Те са източник на хранителни и медицински съединения и осигуряват суровини за много индустрии. Бързото обезлесяване и индустриализацията обаче застрашават растителното биоразнообразие. Това от своя страна застрашава екосистемата.


Абстрактно

Келпите са екологично важни първични производители и екосистемни инженери и играят централна роля в структурирането на крайбрежните умерени местообитания. Те играят важна роля в кръговрата на хранителните вещества, улавянето и трансфера на енергия и осигуряват биогенна защита на крайбрежието. Келпите също така осигуряват обширни субстрати за колонизиращи организми, подобряват условията за подземни групи и осигуряват триизмерна структура на местообитание за огромен набор от морски растения и животни, включително редица търговски важни видове. Тук ние преглеждаме и синтезираме съществуващите знания за функционирането на видовете водорасли като доставчици на биогенни местообитания. Ние изследваме моделите на биоразнообразието, свързани с дръжките, дръжките и остриетата на водораслите, както и по-широкото подслоно местообитание и търсим общо между видовете водорасли и биогеографските региони. Разглеждат се фактори на околната среда, влияещи върху осигуряването на биогенни местообитания и структурата на свързаните групи, както и настоящите заплахи за екосистемите, доминирани от водораслите. Въпреки значителната вариабилност между видовете и регионите, водораслите са ключови видове, образуващи местообитания, които поддържат повишени нива на биоразнообразие, разнообразни и изобилни групи и улесняват трофичните връзки. Повишеното оценяване и по-доброто управление на горите от водорасли са жизненоважни за гарантиране на устойчивост на екологичните стоки и услуги, получени от умерените морски екосистеми.


ВЪВЕДЕНИЕ

Абсцизовата киселина (ABA) е хормонът, който обикновено се свързва с основните реакции на растенията към стреса. Пионерски проучвания на Хемберг откриха разтворимо във вода и етер вещество, инхибиращо растежа, което е от решаващо значение за поддържането на латентност на пъпките в картофите и Фраксинус (Хемберг 1949a, 1949b). Този инхибитор на растежа е изолиран в пъпки на Acer pseudoplatanus от Philip Wareing през 1963 г. и наречен dormin (Eagles and Wareing 1963). През същия период от Фредерик Адикот е открито вещество, което контролира отпадането на плодовете на памука и е наречено абсцизин II (Ohkuma et al. 1963). Лабораторията на Addicott установи, че абцизин II също така насърчава опадането на листата в разсада от памук и инхибира индуцирания от индолоцетна киселина растеж на Авена колеоптили. По-късно беше установено, че дормин и абцизин II са едно и също химично съединение и са наречени абсцицинова киселина (Cornforth et al. 1965 Addicott et al. 1968). Въпреки че мнозина смятат, че ролята на ABA за насърчаване на отпадането е непряк ефект от повишеното ниво на етилен (Cracker and Abeles 1969), последните проучвания показват, че ABA насърчава стареенето на листата и отпадането, независимо от етилена (Ogawa et al. 2009). Джао и др. 2016 г.).

През последните 40 години основните компоненти на биосинтезата и сигнализирането на ABA са идентифицирани чрез молекулярно-генетични, биохимични и фармакологични подходи. Генетични екрани за живородящ мутанти в царевицата и Арабидопсис, а за мутанти, които са нечувствителни към захар, сол и ABA по време на покълване, водят до идентифициране на множество компоненти, участващи в биосинтезата и сигнализирането на ABA. Някои от първите идентифицирани са клас A PP2Cs като ABA Insensitive (ABI) 1 и ABI2, и ключовите транскрипционни фактори ABI3, ABI4 и ABI5 (Koornneef et al. 1984 Giraudat et al. 1992 Finkelstein 1994 Leung et al. 199 , 1997 Meyer et al. 1994 McCarty 1995 Rodriguez et al. 1998 Finkelstein and Lynch 2000 Laby et al. 2000 Gonzalez-Guzman et al. 2002). Биохимичните изследвания на ABA активирането на протеин кинази доведоха до идентифицирането на AAPK, който е хомолог на Арабидопсис основни протеин кинази, SnRK2s, in Vicia faba (Li and Assmann 1996). Поради високата си функционална излишество, ABA рецепторните Pyrabactin резистентни 1 (PYR1) и PYR1-подобни (PYL) протеини (наричани по-долу PYLs) не бяха разкрити до 2009 г. от Шон Кътлър и колеги чрез химически генетични скрининги за мутанти, които са нечувствителни към аналога на ABA pyrabactin (Park et al. 2009). Междувременно регулаторните компоненти на ABA рецепторите (RCARs) бяха изолирани чрез дрождени двухибридни екрани в лабораторията на Erwin Grill (Ma et al. 2009). Функцията на протеините от семейството PYL/RCAR също беше демонстрирана от инвитро възстановяване на основния ABA сигнален път (Fujii et al. 2009), и по-късно допълнително потвърдено от съществени генетични и структурни доказателства ( Melcher et al. 2009 Miyazono et al. 2009 Nishimura et al. 2009 Yin et al. 2009 Santiago et al. 2009a , 2009b Gonzalez-Guzman et al. 2012 Zhang et al. 2015 Miao et al. 2018 Zhao et al. 2018). Тук ще обобщим последните актуализации относно динамиката на нивото на ABA, сигнализирането на ABA и нейното строго регулиране, както и многостранните функции във физиологичните процеси.


Видове семена

Семето е предимно от два вида. Двата вида са:

Нека сега проучим накратко за тези видове семена.

Структура на едносемеделно семе

Едносемеделното семе, както подсказва името, има само едно котиледон. Има само един външен слой на семенната обвивка. Едно семе има следните части:

  • Обвивка на семената: В семената на зърнени култури като царевица, обвивката на семената е ципеста и обикновено е слята със стената на плода, наречена Корпус.
  • ендосперма: Ендоспермът е обемист и съхранява храна. Като цяло едносемеделните семена са ендоспермични, но някои, като при орхидеите, не са ендоспермични.
  • Алеронов слой: Външната обвивка на ендосперма разделя ембриона от протеинов слой, наречен алевронов слой.
  • ембрион: Ембрионът е малък и е разположен в жлеб в единия край на ендосперма.
  • скутелум: Това е един голям и щитовиден котиледон.
  • Ембрионална ос: Plumule и radicle са двата края.
  • Coleoptile и coleorhiza: Плумулата и коренът са затворени в обвивки. Те са колеоптил и колеорхиза.

Структура на двусемеделно семе

За разлика от едносемеделното семе, двусемеделното семе, както подсказва името, има две котиледони. Той има следните части:

  • семенна обвивка: Това е най-външното покритие на семето. Обвивката на семената има два слоя, външния теста и вътрешния тегмен.
  • Хилум: Хилумът е белег върху семенната обвивка, през който развиващото се семе е било прикрепено към плода.
  • микропиле: Това е малка пора, намираща се над хилума.
  • ембрион: Състои се от ембрионална ос и две котиледони.
  • котиледони: Те често са месести и пълни с резервни хранителни материали.
  • Корен и перо: Те се намират в двата края на ембрионалната ос.
  • ендосперма: При някои семена, като рициновото растение, ендоспермът, образуван в резултат на двойно оплождане, е тъкан за съхранение на храна. При растения като боб, грам и грах ендоспермът не присъства в узрялото семе. Те са известни като неендоспермни.


Системна биология на семената: декодиране на тайната на биохимичните фабрики за семена за хранителна сигурност

Семената служат като биохимични фабрики за хранене, преработка, биоенергия и съхранение на важни биомолекули и действат като система за доставка за предаване на генетичната информация на следващото поколение. Изследванията, отнасящи се до очертаване на сложната система за регулиране на гени и пътища, свързани с биологията на семената и разделянето на хранителните вещества, са все още в начален стадий. За да ги разберете, е важно да знаете гените и пътя(ите), участващи в хомеостазата на биомолекулите. В близкото минало с появата и напредъка на съвременните инструменти на геномиката и генното инженерство се използват многослойни подходи на „омика“ и високопроизводителни платформи за разпознаване на гените и протеините, участващи в различни метаболитни и сигнални пътища и техните регулации за разбиране на молекулярната генетика на биосинтезата и хомеостазата на биомолекулите. Това може да бъде възможно чрез изследване на подходите на системната биология чрез интегриране на omics данни за разбиране на сложността на развитието на семената и разделянето на хранителните вещества. Тази информация може да бъде използвана за подобряване на биологично важни химикали за широкомащабно производство на хранителни вещества и хранителни вещества чрез инженерство и биотехнология. По този начин тази статия за преглед описва различни инструменти за омика и други клонове, които са обединени, за да изградят най-атрактивната област на изследване за установяване на семената като биохимични фабрики за човешкото здраве и хранене.

Това е визуализация на абонаментно съдържание, достъп през вашата институция.


Какви са рецепторите за брасиностероиди?

Проучвания от няколко лаборатории допринесоха за откриването на първия BR рецептор [19]. Clouse et al. идентифицира първия BR-нечувствителен (BRI) мутант (наименован bri1) чрез наблюдение на насърчаването на удължаване на корена при инхибиторни концентрации на BR в сравнение с дивия тип в Арабидопсис [20]. В bri1 мутантът показва джуджество, намалено удължаване на клетките, тъмнозелени и удебелени листа, намалено апикално доминиране, забавено цъфтеж и стареене, променен съдов модел и мъжки стерилитет. Позиционното клониране на BRI1 е извършено от Jianming Li и J. Chory, които идентифицират 18 алела на bri1. Въпреки структурното сходство между BRs и животинските стероидни хормони, BRI1 не прилича структурно на ядрените стероидни рецептори на животните, но кодира богата на левцин повтаряща се рецептор-подобна киназа (LRR-RLK) с екстрацелуларен богат на левцин повторен (LRR) домен и вътреклетъчен серин/треонин киназен домен [21]. BRI1 е силно запазен при различни растителни видове [19], в съответствие с констатацията, че BRs са широко присъстващи в растенията. Има три BRI1 хомолози Арабидопсис, BRL1, BRL2 и BRL3. Показано е, че BRL1 и BRL3, но не и BRL2, свързват BRs с висок афинитет и спасяват фенотипите на BRI1 мутацията, когато се експресират с помощта на промотора на BRI1 [22]. Досега лигандите, които BRL2 могат да разпознаят, все още остават неизвестни. BRI1 е силно експресиран в различни тъкани на растенията и функционира като основен рецептор на BRs, докато експресията на BRL1 и BRL3 е ограничена до васкуларни клетки и показва слаби фенотипове, когато е нокаутирана [22].


Стриголактоните са ризосферни сигнални молекули, както и нов клас растителни хормони с все още нарастващ брой биологични функции, които се разкриват. Тук разглеждаме скорошен голям пробив в нашето разбиране за биосинтеза на стриголактон, който разкри неочакваната простота на първоначално постулирания сложен път. Освен това, откриването и локализирането на износител на стриголактон хвърля нова светлина върху предполагаемите потоци на стриголактон към ризосферата, както и в растението. Комбинацията от тези данни с информация за експресията и регулирането на биосинтетичните и сигналните гени на стриголактона дава нови прозрения за това как стриголактоните контролират много различни аспекти на развитието на растенията и как може да се е развила тяхната сигнална роля на ризосферата.

Ние използваме бисквитки, за да помогнем за предоставянето и подобряването на нашите услуги и за персонализиране на съдържанието и рекламите. Продължавайки, вие се съгласявате с използване на бисквитки .


Глобалната търговия ще ускори нашествията на растенията в нововъзникващите икономики в условията на изменение на климата

Търговията играе ключова роля в разпространението на извънземни видове и може да е допринесла за неотдавнашното огромно ускоряване на биологичните инвазии, като по този начин хомогенизира биота в целия свят. Комбинирайки данни за 60-годишните тенденции на двустранната търговия, както и за биоразнообразието и климата, ние моделирахме глобалното разпространение на растителни видове сред 147 страни. Резултатите от модела бяха сравнени с наскоро съставен уникален глобален набор от данни за броя на натурализираните извънземни съдови растителни видове, представляващи най-изчерпателната колекция от налични в момента натурализирани растителни разпределения. Моделът идентифицира основни региони на източник, пътища за въвеждане и горещи точки на инвазии на растения, които се съгласяват добре с наблюдаваните натурализирани растения. За разлика от общоизвестното, ние показваме, че „империалистическата догма“, според която Европа е нетен износител на натурализирани растения от колониалните времена, не е валидна през последните 60 години, когато се внасяха повече натурализирани растения, отколкото се изнасяха от Европа. Нашите резултати подчертават, че настоящото разпределение на натурализираните растения е най-добре предвидено от социално-икономическите дейности преди 20 години. Възползвахме се от наблюдаваното забавяне във времето и използвахме развитието на търговията до последно време, за да предвидим натурализираните траектории на растенията за следващите две десетилетия. Това показва, че особено силно увеличение на броя на натурализираните растения се очаква през следващите 20 години за нововъзникващите икономики в региони с голямо разнообразие. Взаимодействието с прогнозираното бъдещо изменение на климата ще увеличи нашествията в северните страни с умерен климат и ще ги намали в тропическите и (суб)тропичните региони, но не достатъчно, за да отмени свързаното с търговията увеличение.

Текст S1. Подробно описание на параметризацията на модела.

Текст S2. Анализ на чувствителността.

Текст S3. Списък и обсъждане на основни моделни допускания.

Фигура S1. Временно развитие (1948–2009) на обемите на обменната търговия.

Фигура S2. Временно развитие на размерите на двата набора от данни за двустранна търговия.

Фигура S3. Визуализация на данните, използвани като предикторни променливи в модела.

Фигура S4. Прогнозирани бъдещи увеличения на средната годишна температура и средногодишните валежи.

Фигура S5. Взаимни корелации на вероятностите П(Извънземно), П(Въведение) и П(Estab).

Фигура S6. Временно развитие на съответствието за различни модификации на модела.

Фигура S7. Влияние на промените в стойностите на параметрите върху резултатите от модела.

Фигура S8. Влияние на броя на избраните казуси (3–11 проучвания) върху точността на модела.

Фигура S9. Разнообразие на моделни прогнози за всяка страна.

Фигура S10. Прогнозиран и докладван брой натурализирани растения от 12-те казуса, използвани за параметризиране.

Фигура S11. Временно развитие на коефициента на корелация на Пиърсън между двата двустранни годишни набора от данни за търговията.

Таблица S1. Общият брой натурализирани растения, транспортирани от регион донор до регион получател.

Моля, обърнете внимание: Издателят не носи отговорност за съдържанието или функционалността на каквато и да е поддържаща информация, предоставена от авторите. Всички запитвания (освен липсващо съдържание) трябва да бъдат насочени към съответния автор за статията.


Преглед на ролята на предварителната геномика в биологията за опазване на застрашените видове

В неотдавнашната ера, поради огромния напредък в индустриализацията, замърсяването и други антропогенни дейности създадоха сериозен сценарий за оцеляване на биотата. Съобщава се, че настоящата биота навлиза в „шесто“ масово изчезване поради хронично излагане на антропогенни дейности. Различни ex situ и на място са приети мерки за опазване на застрашени и застрашени растения и животински видове, но те са ограничени поради различни несъответствия, свързани с тях. Настоящият напредък в молекулярните технологии, особено в геномиката, играе много важна роля в опазването на биологичното разнообразие. Advanced genomics помага при идентифицирането на сегментите на генома, отговорни за адаптацията. Той също така може да подобри нашето разбиране за микроеволюцията чрез по-добро разбиране на селекция, мутация, асертивно матиране и рекомбинация. Advance genomics помага при идентифицирането на гени, които са от съществено значение за фитнеса и в крайна сметка за разработването на модерни и бързи инструменти за наблюдение на застрашеното биоразнообразие. Тази обзорна статия се фокусира върху приложенията на напредналата геномика, главно демографски, адаптивни генетични вариации, инбридинг, хибридизация и интрогресия и чувствителност към болести, при опазването на застрашената биота. Накратко, той предоставя основите за начинаещи читатели и напредък в геномиката за експертите, работещи за опазването на застрашени растителни и животински видове.

1. Въведение

Антропогенните дейности промениха глобалната околна среда, като намалиха биоразнообразието чрез изчезване и също така намалиха размера на популацията на вече оцелели видове. Поради причинени от човека дейности и прекъсвания, сегашният темп на изчезване на видовете е 1000 пъти по-висок от естествените фонови темпове на изчезване, а бъдещите темпове вероятно ще бъдат 10 000 пъти по-високи [1]. Според доклада на IUCN от 2015 г, в момента 79,Оценени са 837 вида, от които 23 250 са застрашени от изчезване. Само една трета от сладководни риби в света са изложени на риск от разширяване на водноелектрически язовир [2]. Според различни оценки всяка година изчезват няколко хиляди до 100 000 вида, повечето без да са били научно описани [3]. Поради тези огромни антропогенни дейности се появи идеята, че земната биота навлиза в „шесто“ масово изчезване [4], което се основава на фактите, че скорошните темпове на изчезване на видовете са много високи от предчовешките фонови нива [5, 6] . Само на остров Тропическа океана, Съобщава се за изчезнали 1800 вида птици приблизително 2000 години, след човешката колонизация [7]. Дори и в научно напредналите 19-ти и 20-ти век, множество видове птици, бозайници, влечуги, сладководни риби, земноводни, и изчезването на други организми е документирано [5, 8, 9]. Ако изчезването на видовете продължи с такава огромна скорост, бъдещото поколение ще заема планета със значително намалено биоразнообразие, намалени екосистемни услуги, намален еволюционен потенциал и в крайна сметка по-висока степен на изчезване и колапс на екосистемата [3, 10].

Голямо предизвикателство за биолозите и еколозите е да защитят застрашените видове. Several measures have been taken and efforts done in this regard which is extensively described in literature such as population viability analysis, formulation of metapopulation theory, species conservation, contribution of molecular biology, development of global position system, geographical information system, and remote sensing [11]. In the recent era, genomics is a key part of all the biological sciences and a quickly changing approach to conservation biology. The genomes of many thousands of organisms including plants, vertebrates, and invertebrates have been sequenced and the results augmented, are annotated, and are refined through the use of new approaches in metabolomics, proteomics, and transcriptomics that enhance the characterization of metabolites, messenger RNA, and protein [12]. The genomic approaches can provide detail information about the present and past demographic parameters, phylogenetic issues, the molecular basis for inbreeding, understanding genetic diseases, and detecting hybridization/introgression in organisms [13]. It can also provide information to understand the mechanisms that relate low fitness to low genetic variation, for integrating genetic and environmental methodologies to conservation biology and for designing latest, fast monitoring tools. The rapid financial and technical progress in genomics currently makes conservation genomics feasible and will improve the feasibility in the very near future even [14]. The objective of this review is to describe recently advanced molecular technologies and their role in species conservation. We have described the effectiveness and possibility of conservation technology using the advance genomic approaches along with their limitations and future development. We hope that this review will provide fundamentals and new insights to both new readers and experienced biologists and ecologists in formulating new tools and establishing technologies to prevent endangered species.

2. Biodiversity and Conservation

Biodiversity refers to the variety of all forms of life on this planet, including various microorganisms, plants, animals, the ecosystem they form, and the genes they contain. Biodiversity within an area, biome, or planet is therefore considered at three levels including species diversity, genetic diversity, and ecosystem diversity [15]. As the names indicate, species diversity refers to the variety of species genetic diversity is the variation of genes within species and populations and ecosystem diversity relates to the variety of habitats, ecological processes, and biotic communities in the biosphere [15]. Today’s biodiversity about 9.0 to 52 million species is the result of billions of years of evolution, shaped by natural phenomena, and forms the web of life of which we are an integral part and upon which we are so fully [15, 16]. For species adaptation and survival, genetic diversity is the basic element and all the evolutionary achievement and to some degree survival depend on it. Though both adaptation and survival can be viewed in terms of space, time, and fitness but fitness further includes adaptation, genetic variability, and stability. The phenomenon of extinction can be the result of either abiotic or biotic stresses, caused by various factors such as disease, parasitism, predation, and competition or due to habitat alteration or isolation due to human activities, natural catastrophes, and slow climatic and geological changes. Considering these persistent threats, it is very crucial that genetic diversity in species should be appropriately understood and efficiently conserved and used [17].

At present, several species are in retreat, losing localities, and increasingly threatened with extinction by various factors mainly human intervention, and thus conservation biology has become a major file in recent times. A “threatened” designation generally recognizes a significant risk of becoming endangered throughout all or a portion of a species’ range. Although extinction is a natural process, the human understanding of the value of the endangered species and its realization to intervene the stability of the environment is rapidly increasing. Human interferes in the natural environment of species in different ways, such as destruction of natural habitat, the introduction of nonnative organisms, and direct killing of natural components of a population [18]. Maintaining natural variation of species is beneficial from an economical, ecological, and social perspective. Several combinations of benefit occur for any particular species, and some species are obviously more valuable than the others.

Currently, the maintenance of rare and endangered species is a main focus of interest of biologists and geneticists. The impact of extinction is not always apparent and difficult to predict, and thus several parameters have been set and different technologies are being developed. For example, population viability analysis (PVA) quantitatively predicts the probability of extinction and prioritizes the conservation needs. It takes into account the combined impact of both stochastic (including the demography, environment, and genetics) and terministic (including habitat loss and overexploitation) factors [11]. Mandujano and Escobedo-Morales using PVA method for howler monkeys (Alouatta palliata mexicana) to simulate a group trend and local extinction and to investigate the role of demographic parameters to population growth under two landscape scenarios isolated populations and metapopulation [19]. They found that the rate of relative reproductive success and fecundity is directly linked with the number of adult females per fragment. As a result, the finite growth rate depended mainly on the survival of adult females while in both isolated populations and metapopulation the probability of extinction was exponentially dependent on fragment size. Further, it establishes a minimum viable population, predicts population dynamics, establishes conservation management programs, and evaluates its strategies. However, it is limited by several factors for example, it is often very difficult to measure small-population parameters which need to be used in PVA models. This necessitates the development of more comprehensive and well-established approaches that can not only predict the extinction but also predict rather at a very early stage.

3. Role of Genomics Analysis Tools in Species Conservation

The term genome is about 75 years old and refers to the total set of genes on chromosomes or refers to the organism complete genetic material [20]. Together with the effect of an environment, it forms the phenotype of an individual. Thomas Roderick in 1986 coined the term genomics as a scientific discipline which refers to the mapping, sequencing, and analysis of the genome [21]. Now due to universal acceptance of genomics, it expands and is generally divided into functional and structural genomics. Structural genomics refers to the evolution, structure, and organization of the genome while functional genomics deals with the expression and function of the genome. Functional genomics needs assistance from structural genomics, mathematics, computer sciences, computational biology, and all areas of biology [22].

Genome analysis was once limited to model organisms [23] but now the genomes of thousands of organisms including plants, invertebrates, and vertebrates have been sequenced and the results annotated are further refined and augmented by using new approaches in metabolomics, proteomics, and transcriptomics [12]. Nowadays, it is quite easier to investigate the population structure, genetic variations, and recent demographic events in threatened species, using population genomic approaches. With recent developments, hints for becoming endangered species can be found in their genome sequences. For example, any deleterious mutations in the genes for brain function, metabolism, immunity, and so forth can be easily detected by advanced genomic approaches. Conversely, these can also detect any changes in their genome which may result in enhanced functions of some genes, for example, related to enhanced brain function and metabolism that may lead to the abnormal accumulation of toxins [24–26]. Specific genetic tools and analytical techniques are used to assess the genome of various species to detect genetic variations associated with specific conservation and population structure. Currently, most commonly used genetic tools for detection of genetic variations in both plant and animal species include random fragment length polymorphism (RFLP), amplified fragment length polymorphism (AFLP), random amplification of polymorphic DNA (RAPD), single strand conformation polymorphism (SSCP), minisatellites, microsatellites, single nucleotide polymorphisms (SNPs), DNA and RNA sequence analysis, and DNA finger printing. Analysis of genetic variation in species or population using these tools is carried out either using current DNA of individuals or historic DNA [27]. These tools target different variables within the genome of target species and selection of the specific tools and gnome part to be analyzed is carried out based on the available information. For example, mitochondrial DNA in animals possessing a high substitution rate is a useful marker for the determination of genetic variations in individuals of the same species. However, these techniques have several limitations associated with them. For instance, genetic high substitution rate in animal mitochondrial DNA is only inherited in female lines. Similarly, the mitochondrial DNA in plants has a very high rate of structural mutations and thus can rarely be used as genetic marker for detection of genetic variation. Various genomic tools used for the detection of genetic variations in species and limitations associated with them are summarized in Figure 1. Genome-wide association studies (GWAS), development of genome-wide genetic markers for DNA profiling and marker assisted breeding, and quantitative trait loci (QTL) analysis in endangered and threatened species can give us information about the role of natural selection at the genome level and identification of loci linked with the disease susceptibility, inbreeding depression, and local adaptations. For example, most of the QTLs have been detected using linkage mapping and cover large segments of the genome in different species. Currently, due to the availability of high-density SNP chips and genome-wide analysis techniques, GWAS has proven to be effective in identification of important genomic regions more precisely within the genome of species, for example, those associated with genetic variations and important qualitative and quantitative traits [28]. Further, use of population genetics and phylogenomics can help us in identifying conservation units for recovery, management, and protections [23]. As the genome of more species is sequenced, the rescue of more endangered species will become easier. The applications of advance genomics in the conservation of threatened biota are illustrated in Figure 2.