Molekulska ekologija je dio evolucijske biologije u područjima primjene u molekulskoj populacijskoj genetici, molekulskoj filogenetici i (relativno) nedavno pokrenutoj genomici, do tradicijskih ekoloških pitanja (npr. dijagnoza vrsta, očuvanje i procjena biološke raznolikosti, odnosi vrsta u istom arealu i mnoga pitanja u ekologiji ponašanja). To je praktično sinonim za oblast "ekološke genetike", čiji pioniri su bili Teodosius Dobzhansky, E. B. Ford, Godfrey M. Hewitt i drugi. Ova polja su ujedinjene u pokušaju da studiraju genetički zasnovana pitanja "na terenu", za razliku od laboratorija. Molekulska ekologija se odnosi na oblast konzervacijske genetike..
Metodi molekulske ekologije često uključuju korištenje mikrosatelitske DNK, kako bi se utvrdilo protok gena i moguća hibridizacija između populacija. Razvoj molekulske ekologije je također usko povezan sa upotrebom DNK mikročipova, koji omogućavaju istovremenu analizu ekspresije hiljada različitih gena. Za analizu ekspresije gena, može se primijeniti odgovarajuća varijanta PCR metoda, kao i za promjene odgovora u uvjetima okoliša ili različitih odgovora različito adaptiranih jedinki
Raznolikost bakterija Molekulske ekološke tehnike su nedavno korištene za proučavanje in situ stasnja bakterijske raznolikosti. To proizlazi iz činjenice da se mnogi mikroorganizmi ne mogu lahko dobiti kao kultivirani laboratorijski sojevi, što bi omogućilo identifikaciju i karakterizaciju. Također proizlazi i iz razvoja tehnike reakcije lančana polimeraze, koja omogućava brzo umnožavanja (amplifikaciju) genetičkog materijala.
Amplifikacija DNK iz uzoraka okoliša, korištenjem općih grupno-specifičnih začetnica dovodeći do miješanja genetičkog materijala koji mora biti sortiran prije sekvenciranja i identifikacije. Klasična tehnika da se to postigne je putem kloniranja, koje uključuje umnožavanje fragmenata DNK u bakterijskim plazmidima. Tehnike kao što su gel elektroforeza temperaturnog gradijenta, omogućavaju brže dobijanje rezultata. U novije vrijeme, s pojavom relativno jeftinih sekvencera nove generacije, za tehnologije sekvenciranje DNK, omogućava istraživanje bakterijske ekologije u kontinentalnim odnosima gradijenta okoliša, kao što je pH vrijednost, što nije bilo moguće primjenom tradicijske tehnologije.Lauber CL, Hamady M, Knight R, Fierer N. (2009). Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale. Apllied and Environmental Microbiology 75: 5111-5120
Raznolikost gljiva Istraživanje raznolikosti gljiva in situ također koristi nove generacije tehnologije DNK. Upotreba tehnike sekvenciranje visoke propusnosti je široko prihvaćena u zajednici mikoekologa, još od prvog objavljivanja njihove upotrebe u 2009.Větrovský T, Baldrian P (2013). Analysis of soil fungal communities by amplicon pyrosequencing: current approaches to data analysis and the introduction of the pipeline SEED. Biol Fertil Soils 49: 1027-1037 Slično istraživanju bakterijske raznolikosti, ove tehnike omogućavaju studije visoke rezolucije temeljnih pitanja u ekologiji gljiva, kao što su filogeografskaAmend AS, Seifert KA, Samson R, Bruns TD. (2010). Indoor fungal composition is geographically patterned and more diverse in temperate zones than in the tropics. Proc Natl Acad Sci U S A 107: 13748–13753. raznolikost na različitim tlima, gljivične raznolikosti u šumskim zemljištima,Buéé M, Reich M, Murat C, Morin E, Nilsson RH, Uroz S, Martin F (2009) 454 Pyrosequencing analyses of forest soils reveal an unexpectedly high fungal diversity. New Phytol 184:449–456 raslojavanja gljivičnih zajednica u horizontima tlaBaldrian P, Kolarik M, Stursova M, Kopecky J, Valaskova V, Vetrovsky T, et al. (2012). Active and total microbial communities in forest soil are largely different and highly stratified during decomposition. ISME J 6: 248-258 i gljivičnih sukcesije u raspadanju biljnih otpadaka.Voříšková J, Baldrian P (2013). Fungal community on decomposing leaf litter undergoes rapid successional changes. ISME J 7:477– 486
Većina istraživanja u ekologiji gljiva usklađuje se sekvenciranjem putem nove generacije neophodnih tehnologija, uključujući sekvenciranje PCR produkata očuvanih regija DNK (tj. genskih markera) identificirajući i opisujući distribucije taksonomskih grupa u proučavanim zajednicama gljiva, iako su novija istraživanja prvenstveno usmjerena na sekvenciranje funkcionalnih genskih produkata.. Odabrani lokus za opis taksonomske strukture gljivičnih zajednica je tradicijski bila regija untutrašnjeg transkribiranog spejsera (ITS) gena ribosomne RNKSeifert KA. (2009). Progress towards DNA barcoding of fungi. Mol Ecol Resour 9: 83–89 zbog korisnosti u identifikaciji taksonomske razine rodovas ili vrsta gljiva,Horton TR and TD Bruns. (2001). The molecular revolution in ectomycorrhizal ecology: peeking into the black-box. Molecular Ecology 10: 1855-1871 i visoke zastupljenosti u javnim bazama podataka o sekvencama.
Drugi široko korišteni lokus,Weber, C. F., R. Vilgalys and C. R. Kuske. (2013). Changes in fungal community composition in response to elevated atmospheric CO2 and nitrogen fertilization varies with soil horizon. Frontiers in Terrestrial Microbiology 4: 78 doi: 10.3389/fmicb.2013.00078 D1-D3 regiona gena ribosomne DNK, ne može omogućiti određivanje taksonomskog statusa ITS,Schoch, C. L. and K. A. Seifert. (2012). Reply to Kiss: internal transcribed spacer (ITS) remains best candidate as a universal DNA barcode marker for Fungi despite imperfections. PNAS 109(27): E1812.Porras-Alfaro A, Liu KL, Kuske CR, Xie G. (2013). From Genus to Phylum: LSU and ITS rRNA operon regions showed similar classification accuracy influenced by database composition. Appl Environ Microbiol doi:10.1128/AEM.02894-13 ali pokazuje vrhunske performanse u poravnavanju sekvenci i filogenetici.Kõljalg U, Larsson K-H, Abarenkov K, Nilsson RH, Alexander IJ, Eberhardt U, et al. (2005). UNITE: a database providing web-based methods for the molecular identification of ectomycorrhizal fungi. New Phytol 166: 1063–1068 Pored toga, D1-D3 regija može biti bolji kandidat za sekvenciranje pomoću tehnologije sekvenciranja koju opskrbljuje Illumina.Liu KL, Porras-Alfaro A, Kuske CR, Eichorst SA, Xie G. (2012). Accurate, rapid taxonomic classification of fungal large-subunit rRNA genes. Applied and Environmental Microbiology 78: 1523–1533 Porras-Alfaro et al.pokazala je tačnost u klasifikaciji sekvenci ITS ili D1-D3 regije, jer se u velikoj mjeri zasniva na sastavu sekvenci i kvalitetu baza podataka koje se koriste za usporedbu, a nekvalitetne sekvence i pogrešna identifikacije sekvenci u javnim bazama podataka predstavlja veliki problem.Vilgalys R. (2003). Taxonomic misidentification in public DNA databases. New Phytol 160: 4-5Nilsson RH, Tedersoo L, Abarenkov K, Ryberg M, Kristiansson E, Hartmann M, et al. (2012). Five simple guidelines for establishing basic authenticity and reliability of newly generated fungal ITS sequences MycoKeys 4: 37-63 Kritični naredni korak je konstrukcija baza podataka o sekvencama koje imaju visoku reprezentativnostonst među gljivama, u koju bi trebali biti uključeni dokazani taksonomskih stručnjaci.Kõljalg U, Nilsson H, Abarenkov K, Tedersoo L, Taylor AFS, Bahram M, et al. (2013). Towards a unified paradigm for sequence-based identification of fungi. Molecular Ecology 22: 5271-5277
Sekvenciranje tehnologijom nove generacije stvara velike količine podataka, pa je analiza podataka o marker-genima gljiva veoma je aktivno područje istraživanja.Lindahl, B. D., R. H. Nilsson, L. Tedersoo, K. Abarenkov, T. Carlsen, R. Kjoller, et al. (2013). Fungul community analysis by high-throughput sequencing of amplified markers – a user’s guide. New Phytologist doi: 10.1111/nph.12243Postoje dva primarna područja poteškoća u primjeni metoda za grupisanje sekvenci u operativne taksonomske jedinice po njihovoj sličnosti i u kontroli kvaliteta sekvennih podataka. Trenutno ne postoji konsenzus o preferiranju metoda za grupisanje i grupisanja pa metodi obrade sekvenci mogu imati značajan uticaj na rezultate, posebno za varijabilne dužine ITS regija. Pored toga, vrste gljiva variraju u unutarspecijskim sličnostima sekvenci ITS regije.Nilsson RH, Kristiansson E, Ryberg M, Hallenberg N. (2008). Intraspecific ITS variability in the kingdom Fungi as expressed in the international sequence databases and its implications for molecular species identification. Evol Bioinf Online 4: 193–201Nedavna istraživanja posvećena su razvoju fleksibilnih protokola grupiranja, koji omogućuju određivanje praga sličnosti i variranja sekvenci DNK date taksonomske grupe, koje su podržane dobro opisanim sekvencama u javnim bazama podataka o sekvencama.
Također pogledajte Ekologija Ekološka genetika
Reference
Vanjski linkovi Molecular Ecology UK WILEY Molecular Ecology Journal
Kategorija:Potpolja ekologije Kategorija:Molekularna biologija