Nature Reviews Genetics | 基因组学在恢复生态系统和生物多样性方面的潜力

推荐：江舜尧

编译：艾奥里亚

编辑：马莉

澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）Martin F. Breed等人于2019年7月12日在《Nature Reviews Genetics》发表题目为《The potential of genomics for restoring ecosystems and biodiversity》的文章。为了提高恢复生物多样性以及生态系统服务功能的可能性，本研究通过评估基因组学在恢复方面的潜力和重要性，说明了基因组学具有实现这种可能性的潜力。然而，生态恢复成功依靠的不仅仅是基因组学，而且对于我们讨论的每个基因组技术的应用，此外，本研究还讨论了相关的挑战和限制，并提出基因组学技术可以大大推动恢复科学的发展。

文章摘要

景观的破坏和退化以及生物多样性的巨大损失是重大的全球性挑战。数十亿公顷的自然生态系统因人类活动而退化。国际社会为了中止并恢复这种退化已经商定了目标，恢复部门面临着执行这项重要而艰巨的任务以实现这些目标。现有和新兴的基因组学技术提高了实现这些目标的可能性的潜力。基于保护基因组学的例子可以得出种群基因组学可以提供高数据的分辨率，以更好地规划在快速变化的环境中的弹性恢复植物；此外，meta组学可以帮助评估和监测生物多样性恢复和生物相互作用；基因组编辑方法在未来可以帮助快速追踪基因型的生成，以恢复具有挑战性的环境。本研究还确定了在恢复环境中采用这些工具的屏障，并强调需要监管和伦理框架来指导它们的使用。

文中重要图片说明

图1 | 基因组学在修复中的潜在应用。左侧面板代表与恢复生态学参与者相关的生态系统，依次为参考、退化和恢复；每个都表明导致这些不同状态的过程以及恢复的一些共同和重要的分类目标（如鸟类、植物、昆虫和微生物（如彩色圆圈））。右侧面板表示基因组学应用于修复的方式和位置。

图2 | 种群基因组学在生态恢复中的潜在应用。a为了演示从DNA到生态恢复应用的进程，我们使用了一个假设物种，由三个抽样种群组成，分布在一个易霜冻和易干旱的地点(种群1)，一个中间站点(POP 2)和一个干旱站点(POP 3)；b代表高质量的从每个抽样群体采集的叶材料中提取的高质量DNA或RNA；c代表DNA多态是通过测序来确定的，这是一种减少个体基因组表达的方法（方法包括限制性酶消化、目标捕获富集和转录体测序）；d代表基于生物信息学技术实现的基因分型，在我们的例子中，灰色条形图显示了站点 3和所有其他颜色之间的遗传相似性(从黑色到白色)的下降；e代表基因组多样性措施可纳入恢复管理，例如，通过基因组学-了解气候因素调整的种源-来进行恢复管理；f代表种群基因组学还可以通过比较“供体”种源和恢复植物的多样性，详细评估恢复种植中获得的基因组多样性。

图3 | 将预测气候模型与种群基因组学相结合。在澳大利亚东南部，一种基于基因组学的干旱指数的空间预测面，图中分别代表当前时期气候(1960-1990年；a图)和未来(2070年；b图)的气候；暖色（红色）对应于干燥的适应种群。冷色（蓝色）对应于易湿润种群。

图4 | 关于如何使用meta组学改进恢复评估和监测的原理图概述。本文给出了meta组学方法中通常涉及的取样、分子学进程以及分析步骤。顶部面板代表取样--显示了各种散装或混合样本，包括参考、降解和恢复环境下的土壤微生物和传播花粉的飞虫；中间面板代表分子学处理手段-三种常用的元组学方法：宏编码，宏基因组学和环境宏转录组学；底部面板代表分析方法-表示为主要结果，包括多样性概况、物种相互作用、功能相互作用和功能活动，每一项结果都与其在评估生态系统组成部分和生态相互作用方面的应用相联系。

图5 | 修饰野生种群基因组的基因驱动。

表1 |基因组学在恢复中的潜在应用。