新兴的宏观遗传学领域是全球多学科研究人员团队在Nature Reviews Genetics 上发表的一篇新评论的重点,该研究小组旨在更好地回答基本的生物多样性问题。
在 Morton Arboretum 树木保护生物学家 Sean Hoban 博士的带领下,研究人员提供了对宏观遗传学的见解,宏观遗传学使用大数据在广泛的空间、时间和分类学尺度上确定种群内部和种群之间遗传多样性的全球驱动因素。
“宏观遗传学的目标是使用数千个数据集来回答有关地球生命的核心问题:为什么世界上某些地区的生物多样性比其他地区更多?” 霍班说。
这组作者说,直到最近,由于成本高昂和方法复杂,在种群遗传学、进化生物学和分子生态学方面的大规模分析极为罕见。然而,技术、分子生物学、统计学的进步以及大型数据集的广泛可用性等因素为新的研究领域铺平了道路,解决了比以往任何时候都更大规模的问题。
“科学正在朝着更具协作性的工作模式发展,研究人员在易于搜索的数据库中在线发布他们的完整数据,以便其他人可以将它们重新用于其他目的,包括宏观遗传学和保护,”霍班说。“看到科学家们正在使他们的工作易于访问、可重复使用且更易于构建,这令人兴奋——有人称之为‘开放科学’。”
Hoban 指出,遗传多样性是系统复杂性和复原力的关键驱动因素,使种群能够茁壮成长和适应,但其保护在公共政策中经常被忽视。“跨时间和空间评估遗传多样性的宏观遗传学研究将为检测环境变化提供有价值的大规模机会,包括例如可能无法检测到的气候变化影响的早期遗传信号,”他说。
最后,作者认为,对大规模模式的观察必须与国家立法和全球倡议(如《生物多样性公约》或联合国可持续发展目标)联系起来。作者强调,要做到这一点,宏观遗传学家必须将他们的科学研究传播给公众、行业和政策制定者。
“我们希望我们能够回答关于生物多样性的基本问题:不仅仅是人类是否有影响,还有影响的规模和阈值,”霍班说。“然后我们可以使用这些发现来为可持续和有影响力的政策提供信息。”
霍班还指出,宏观遗传研究可以解决科学家之间长期存在的争论:影响一个地区物种多样性的相同环境因素是否也会影响遗传多样性。
根据审查,越来越多的数据访问为遗传研究人员打开了许多大门,但它也有自己的主要统计挑战。“我们现在可以访问的数据量是惊人的。最大的挑战是确定正确的统计技术,”Hoban 说。作者写道,宏观遗传学中使用的大多数统计和分析工具都是从其他学科中重新利用的,他们期望并鼓励研究人员探索哪些工具最适合分析放大的宏观遗传数据集。
Hoban 指出,大规模数据分析也是生态研究人员和保护专业人士的增长趋势。Morton Arboretum 的科学家们正在使用大型数据集进行全球保护差距分析,确定木本植物性状进化的模式,发现生态系统如何在很长一段时间内进化,并记录高温下森林的变化,以及其他项目。他们也在制作这样的数据集,包括在植物园的植物标本馆中。
“这是一个极其激动人心的时刻——该领域正在从十几个左右的研究发展到即将到来的数百个,”霍班说。“感觉好像我们正处于科学进步的新篇章,”他补充道。