معلومة

النباتات التي هي أشقاء: كيف يؤثر هذا على التلقيح؟

النباتات التي هي أشقاء: كيف يؤثر هذا على التلقيح؟


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.

لدى الصديق شجرتا كرز (برونوس تومينتوسا). يقال أن Prunus tomentosa ذاتي الإخصاب جزئيًا ، لكنها تستفيد من التلقيح المتبادل.

شجرتا الكرز تثمران ، ولذلك وفر لي صديقي بذرتين. أزرع البذور في منزلي ، الذي يبعد أميالاً عن منزله ، ولدي الآن شجرتان خاصتان بي. هم في ازدهار.

شجيرات الكرز بلدي أشقاء. كيف سيؤثر هذا على قدرتها على التلقيح؟


في حالتك ، قد تكون الشجيرات الخاصة بك نصف أشقاء (قد تأتي حبوب اللقاح من متبرع مختلف) وشجيرة واحدة (أو ربما كلاهما) قد تنتج عن حدث ذاتي. على أي حال ، إذا كان النوع قادرًا على الذات ، لا أفهم سبب تسبب تزاوج الأخوة الكامل في أي مشكلة.

العديد من الأنواع تحمي نفسها من الذات. يقال أن هذه النباتات غير متوافقة مع ذاتها. لقد تمت دراسة تطور الآلية الجينية الكامنة وراء عدم التوافق الذاتي هذا بشكل كبير وهو أمر رائع. تقدم مقالة ويكيبيديا نظرة عامة جيدة.


ما هو التلقيح؟

التلقيح هو عملية نقل حبوب اللقاح من الذكر الأنثر للزهرة إلى وصمة العار الأنثوية. الهدف من كل كائن حي ، بما في ذلك النباتات ، هو تكوين ذرية للجيل القادم. إحدى الطرق التي يمكن أن تنتج بها النباتات ذرية هي صنع البذور. تحتوي البذور على المعلومات الوراثية لإنتاج نبات جديد.

الزهور هي الأدوات التي تستخدمها النباتات لصنع بذورها. الأجزاء الأساسية للزهرة موضحة في الرسم البياني أدناه.

لا يمكن إنتاج البذور إلا عند نقل حبوب اللقاح بين أزهارها محيط. يُعرّف النوع بأنه مجموعة من الأفراد القادرين على التزاوج بحرية مع بعضهم البعض ولكن بسبب الحواجز الجغرافية أو التناسلية أو غيرها ، لا يتزاوجون مع أعضاء الأنواع الأخرى.

هذا الزنبور هو ملقح متخصص لـ Penstemon ، وهي الزهرة التي يزورها ، أو بالأحرى النوم هنا. تصوير الدكتور جيم كان ، مختبر علم الأحياء والنظاميات التابع لوزارة الزراعة الأمريكية ARS ، لوغان ، يوتا.

كيف ينتقل حبوب اللقاح من زهرة إلى أخرى؟ يجب أن تعتمد الزهور على ناقلات لنقل حبوب اللقاح. يمكن أن تشمل هذه النواقل الرياح والمياه والطيور والحشرات والفراشات والخفافيش والحيوانات الأخرى التي تزور الزهور. نسمي الحيوانات أو الحشرات التي تنقل حبوب اللقاح من نبات إلى آخر & # 8220 ملقحات & # 8221.

عادة ما يكون التلقيح نتيجة غير مقصودة لنشاط حيوان و rsquos على زهرة. غالبًا ما يأكل الملقح أو يجمع حبوب اللقاح بسبب البروتينات والخصائص الغذائية الأخرى أو يحتسي الرحيق من الزهرة عندما تلتصق حبوب اللقاح بجسم الحيوان و rsquos. عندما يزور الحيوان زهرة أخرى لنفس السبب ، يمكن أن يسقط حبوب اللقاح على الزهرة ووصمة rsquos وقد يؤدي إلى تكاثر ناجح للزهرة.

بالإشارة إلى الصورة المتحركة ، يتم ترسيب حبوب اللقاح من أنثرات الزهرة 1 على وصمة العار للزهرة 2. 0 مرة على الوصمة ، قد ينبت حبوب اللقاح ، & rdquo مما يعني أن أنبوب & ldquopollen & rdquo يتشكل على السطح اللاصق للوصمة وينمو إلى الأسفل بويضات النبات.


النباتات التي هي أشقاء: كيف يؤثر ذلك على التلقيح؟ - مادة الاحياء

التلقيح هو عنصر متخصص مهم للنباتات. يمكن تطبيق المفهوم المتخصص على كل من المنافذ المشغولة وغير المشغولة حاليًا.

يمكن اعتبار السمات الزهرية المرتبطة بالتلقيح سمات وظيفية يمكن أن يكون لها قدرة تنبؤية مماثلة أو حتى أفضل من السمات الوظيفية في مجالات البيئة الأخرى.

توفر طرق شبكة الملقحات النباتية فرصًا للتعرف الموضوعي على منافذ التلقيح ، ويمكن أن تشكل الأساس لاختبار العلاقات بين المنافذ والسمات الوظيفية للزهور والملقحات.

قد يكون أساس التخصص في أنظمة التلقيح هو المفاضلات التي تفضل التكيف مع مجالات معينة.

تشير الدلائل إلى أنه ، مثل المنافذ اللاأحيائية ، يساهم التلقيح في تعايش الأنواع داخل المجتمعات ، ويؤثر على النطاق الجغرافي للنباتات ، ويشرح تطور العزلة الإنجابية وكذلك الاختلافات في معدلات التنويع بين السلالات.

تعتبر المنافذ البيئية حاسمة لتعايش الأنواع وتنويعها ، ولكن لم يتم استخدام المفهوم المتخصص بشكل كافٍ في دراسة أدوار الملقحات في تطور النبات وتكاثره. يمكن وصف منافذ التلقيح بشكل موضوعي باستخدام سمات الملقحات والوفرة والتوزيعات ، بالإضافة إلى طوبولوجيا الشبكة. نقوم بمراجعة الأدلة على أن سمات الأزهار تمثل تكيفات لمنافذ التلقيح ، حيث تعزز المفاضلات في نشر السمات التخصص المتخصص. في المقابل ، من المحتمل أن تزيد منافذ التلقيح المتخصصة من معدلات التكاثر ، وتعزز تعايش الأنواع ، وتقييد حدود نطاق الأنواع. من خلال ربط دراسات التكيف مع تلك المتعلقة بالانتواع والتعايش ، توفر مكانة التلقيح مبدأ تنظيميًا للبحث في تكاثر النبات ، وتوحد هذه الدراسات من الناحية المفاهيمية مع مجالات علم الأحياء حيث يكون المنظور المتخصص راسخًا بالفعل.


نتائج

لون البتلة ورائحة الأزهار

لون الزهرة H. فولفا كان برتقاليًا محمرًا ومؤهلًا باستخدام مخطط الألوان القياسي (SCC) كـ SCC 21-23 (الشكل 1 أ). كانت زهرة الهجينة F1 صفراء ، مؤهلة بين SCC 11-15 ، وبالتالي كانت أكثر صفراء منها H. فولفا (الشكل 1 ب ، الشكل 2 أ) ، ولكن لونها برتقالي أكثر من H. سيترينا (SCC 3-4 ، الشكل 1C). أطياف الانعكاس الموضحة في الشكل 3 (3 أ ، الجزء المركزي من tepals 3B ، الجزء المحيطي العلوي ، H. سيترينا مركز هجين F1 منخفض ، H. فولفا) تختلف بشكل ملحوظ بين النوعين عند 525 نانومتر المقابلة لحساسية الذروة للمستقبل الأخضر للفراشات والعث (بابيليو كسوثوس: 520 نانومتر ، [27] ، Deilephila elpenor: 520-525 نانومتر ، [28] ، [29] ، ماندوكا سيكستا: 520 نانومتر ، [30]). اختلفت أطياف الانعكاس في مخطط الألوان SCC 3 و 13 و 23 إلى حد كبير عند 525 نانومتر. اختلفت أطياف الانعكاس للجزء المحيطي من tepals إلى حد كبير أيضًا عند 360 نانومتر ، بما يتوافق مع حساسية الذروة لمستقبلات الأشعة فوق البنفسجية للفراشات والعث (P. xuthus: 360 نانومتر ، [27] ، د: 345-350 نانومتر ، [28] ، [29] ، م: 357 نانومتر ، [30]). هذا الاختلاف ليس مهمًا في الجزء المركزي لأن tepals من Hemerocallis لها دليل رحيق في الجزء المركزي يمتص الضوء فوق البنفسجي. أظهرت الهجينة F2 تباينًا كبيرًا في لون الزهرة (SCC 3-23 الشكل 1D ، E ، F ، الشكل 2 ب). يوضح الشكل 4 أ ، ب ثلاثة أطياف انعكاس نموذجية للهجن F2 ، DG11 ، BD3 ، BC12 ، مؤهلة كـ SCC 3 و 13 و 21 على التوالي. ارتبط الانعكاس عند 525 نانومتر (ص) بدرجات SCC (x) مثل y = –1.73x + 49.43 (ص& lt0.001 الشكل 4C) ، وكان الانعكاس عند 360 نانومتر مرتبطًا أيضًا بدرجات SCC مثل y = –1.10x + 35.20 (ص& lt0.001 ، الشكل 4 د). ومع ذلك ، كان الارتباط الأخير أكثر تشتتًا من السابق ، وتعكس درجات SCC في الغالب اختلاف الانعكاس عند 525 نانومتر.

المحور الأفقي هو النتيجة القياسية لمخطط الألوان. تشير الدرجات الأكبر إلى اللون المحمر بينما تشير الدرجات الأصغر إلى اللون المصفر. تم تصنيف درجات مخطط الألوان من 2-13 كمجموعة صفراء ، وتم تصنيف درجات مخطط الألوان من 14 إلى 23 على أنها مجموعة برتقالية صفراء. المحور الرأسي هو عدد النباتات.

(أ) أطياف الانعكاس للجزء المركزي من tepals (العلوي ، H. سيترينا مركز هجين F1 منخفض ، H. فولفا). (ب) أطياف الانعكاس للجزء المحيطي من tepals (العلوي ، H. سيترينا مركز F1 أقل ، H. فولفا). (C) أطياف الانعكاس لثلاثة مخططات ألوان قياسية تمثيلية (علوي ، SCC = 3 مركز SCC = 13 أقل ، SCC = 23).

(أ) أطياف الانعكاس للجزء المركزي من tepals. تم عرض ثلاثة نماذج هجينة F2 ، DG11 (SCC = 3) ، BD3 (SCC = 13) و BC12 (SCC = 21). (ب) أطياف الانعكاس للجزء المحيطي من tepals. (C) العلاقة بين درجة مخطط اللون والانعكاس النسبي عند 525 نانومتر من الجزء المركزي من tepals. (د) العلاقة بين درجة مخطط اللون والانعكاس النسبي عند 360 نانومتر من الجزء المحيطي من tepals.

زهور H. فولفا كانت ذات رائحة زهرية قليلة أو معدومة (تراوحت شدة الرائحة من 1.1 إلى 3.8 ، بمتوسط ​​± SE ، 2.30 ± 0.28 ، n = 49). كان لزهور F1 رائحة حلوة (19.4 إلى 31.7 ، 22.5 ± 1.31 ، ن = 9 ، الشكل 5 أ) ، والتي لم تكن أضعف بكثير من رائحة H. سيترينا (18.0 إلى 47.6 ، 26.8 ± 3.31 ، العدد = 9 ر اختبار، ر= 1.22 ، مدافع = 16 ، ص= 0.23). كان للزهور F2 تباين كبير في رائحة الأزهار (0.3 إلى 42 ، 12.2 ± 1.13 ، ن = 54 شكل 5 ب). في الهجينة F2 ، لم يكن هناك ارتباط معنوي بين لون الزهرة وشدة الرائحة (معامل ارتباط بيرسون لحظية المنتج = -0.0336 ، ص= 0.684 ، الشكل 6).

المحور الأفقي هو كثافة رائحة الأزهار المقاسة بمقياس الرائحة المحمول. يمكن أن يُظهر مقياس الرائحة الكثافة النسبية للرائحة بمقياس عشوائي. تم قياس جميع مجموعات البيانات باستخدام نفس مقياس الرائحة لإمكانية التكاثر. المحور الرأسي هو عدد النباتات.

المحور الأفقي هو النتيجة القياسية لمخطط الألوان. المحور الرأسي هو كثافة رائحة الأزهار المقاسة بمقياس الرائحة. معامل ارتباط Pearson لحظة المنتج هو –0.0336 (ص=0.684).

أنواع الملقحات

قمنا بترتيب ثلاثة أنواع من المصفوفات التجريبية في المجال التجريبي ولاحظنا البحث عن الملقحات. في التجربة الأولى ، تتكون المجموعة التجريبية من 24 و 12 وعاءً من H. فولفا و الهجينة F1 ، على التوالي. في التجربة الثانية ، تكونت المصفوفة التجريبية من 24 و 12 وعاءً من H. فولفا و الهجينة F2 ، على التوالي. عن طريق خلط 12 نباتًا من الهجين F1 أو F2 مع 24 نباتًا من H. فولفا، تحاكي تجاربنا المواقف التي ظهرت فيها طفرات لأي من لون الزهرة ورائحة الأزهار أو لكليهما بتردد أقل داخل مجموعة أسلاف مثل H. فولفا. بالإضافة إلى هذه المصفوفة المختلطة ، استخدمنا مصفوفة تتكون فقط من H. فولفا من أجل مراقبة سلوك البحث عن العث لدى أجداد السكان.

لاحظنا ما مجموعه 930 زيارة للمُلقِّح في التجربة 1 ، و 108 زيارة للمُلقِّح في التجربة 2. كان زوار الأزهار عبارة عن فراشات ذيل بشق (بابيليو كسوثوس, ميمنون ثونبيرجي و P. helenus nicconicolens) ، الفراشات nymphalid (Argyreus hyperbius hyperbius) ، فراشات ربان (بارنارا جوتاتا) ، عوث الصقر (Theretra oldenlandiae و T. silhetensis) والنجار النجار (Xylocopa appendiculata محيط). وبلغت زيارة فراشات الذيل بشق والعث 272 (26.2٪) و 520 (50.1٪) من إجمالي 1038 زيارة على التوالي. لوحظت عثة الزعرور حصريًا في المساء ، بينما لوحظت الأنواع الأخرى ، الفراشات والنحل في النهار (الشكل 7). لوحظت الفراشات بشق الذيل من 9:00 حتي 19:00. في التجربة 1 ، لاحظوا كل فترة من النهار. في التجربة 2 ، تمت ملاحظتها بشكل متكرر خلال الصباح. خلال 15 يومًا من التجربة 1 ، لوحظت فراشات الذيل بشق في 10 أيام ، وعث الصقر في 12 يومًا (الجدول 1) ، وكلاهما في 9 أيام. خلال هذه الأيام التسعة ، 6.63 ± 2.43 زهرة H. فولفا تمت زيارتها يوميًا بواسطة الفراشات فقط ، 6.25 ± 2.44 فقط من قبل العث الصقر و 7.13 ± 1.88 من قبل كل من الفراشات والعث. بالنسبة لزهور الهجينة F1 ، تمت زيارة 0.75 ± 0.25 فقط بواسطة الفراشات ، و 6.88 ± 0.52 فقط بواسطة العث الصقر و 2.50 ± 0.71 بواسطة كل من الفراشات والعث. خلال التجربة الثانية ، لوحظت فراشات الذيل بشق في 8 أيام ، وعث الصقر في 8 أيام ، وكلاهما في 5 أيام. خلال هذه الأيام الخمسة ، كان عدد H. فولفا كانت الزهور التي تمت زيارتها يوميًا من قبل أي من الفراشات والعث الصقر أو كليهما 3.80 ± 1.53 (الفراشات فقط ، يعني ± SE) ، 1.20 ± 0.73 (العث الصقر فقط) و 0.20 ± 0.20 (كل من الفراشات والعث الصقر). كان عدد أزهار الهجينة F2 التي تمت زيارتها يوميًا من قبل أي من الفراشات وعثّات الصقر أو كليهما 0.40 ± 0.24 (فراشات فقط) ، 1.80 ± 0.66 (عثّة صقر فقط) و 0 (فراشات وعثّات صقر). في ال H. فولفا مجموعة فقط ، لاحظنا 6 نوبات بحث و 101 زيارة من عث الصقر خلال 5 أيام.

تم تجميع عدد الزوار خلال فترة المراقبة للتجربة 1 (أ) والتجربة 2 (ب).

تفضيل الملقحات

التجربة 1.

أظهر تحليل GLMM لبيانات الزيارة خلال فترة المراقبة أن فراشات الذيل بشق تفضل بشكل كبير زهور H. فولفا لزهور الهجينة F1 (β ± SE = 1.09 ± 0.18 ، df = 356 ، z = 5.93 ، ص& lt0.001 Fig. 8A) ، في حين كان لدى العثّات نزعة معنوية عامة لتفضيل أزهار الهجينة F1 على أزهار H. فولفا (β ± SE = –0.91 ± 0.08 ، مدافع = 428 ، ض = –10.81 ، ص& lt0.001 الشكل 8 ب). عندما تم اختبار بيانات الزيارة في كل يوم ، كانت الاتجاهات مهمة فقط في 3 أيام: 21 يوليو لفراشات الذيل بشق و 28 و 29 يوليو لعث الصقر نظرًا لصغر حجم العينة (الأعمدة الرمادية في الشكل 8).

تظهر النتائج اليومية (الأشرطة الرمادية) وإجمالي النتائج (الأشرطة السوداء) على طول المحور الأفقي بترتيب التاريخ. معامل الانحدار الإيجابي يعني أن الملقحات تفضل H. فولفا. على العكس من ذلك ، فإن معامل الانحدار السلبي يعني أن الملقحات تفضل الهجينة F1 (*** ، ص& lt0.001 ** ، ص& lt0.01 * ، ص& lt0.05 بعد تصحيح Bonferroni ، (أ) فراشات الذيل بشق ، ن = 324 ، (ب) عوث الصقر ، ن = 360).

بعد ذلك ، قمنا بفحص ما إذا كانت الملقحات أظهرت الثبات الكبير في اختيار الأزهار. وتيرة الزيارات ل H. فولفا (Hf) وتكرار الزيارات إلى F1 تم تصميمهما على أنهما p و q على التوالي أدناه. كانت الترددات المتوقعة لـ Hf – Hf و Hf – F1 و F1 – Hf و F1 – F1 بناءً على تردد زيارة المصنع الواحد هي p 2 و pq و pq و q 2 على التوالي. بالنسبة لفراشات الذيل بشق ، لم يتم رفض التوقع الناتج من ترددات زيارة النبات الواحد ، مما يشير إلى عدم وجود دليل على ثبات الأزهار (الجدول 2). بالنسبة للعوث الصقر ، تم رفض التوقع ، حيث قاموا بإجراء حركات أكثر تماثلًا من نبات إلى نبات (كل من Hf-Hf و F1-F1) أكثر مما كان متوقعًا.

التجربة 2.

لم تكن جميع شروط التفاعل بين لون الزهرة والرائحة في تحليلات GLMM مهمة (فراشة الذيل بشق خلال فترة المراقبة: β ± SE = –0.18 ± 0.28 ، df = 279 ، z = –0.65 ، ص= 0.518 عثة على مدى فترة المراقبة: β ± SE = 0.31 ± 0.23 ، df = 280 ، z = 1.35 ، ص= 0.177). وهكذا ، في هذه الدراسة ، لم تتضمن النماذج النهائية مصطلحات التفاعل ، وكانت تأثيرات لون الزهرة مستقلة عن تأثيرات كثافة الرائحة.

أظهرت الفراشات بشق الذيل نسبة أعلى بكثير من الزيارات للزهور المحمر (β ± SE = 1.02 ± 0.34 ، df = 280 ، z = 3.01 ، ص= 0.003 الشكل 9 أ) ، في حين أظهرت العثّات نسبة أعلى بكثير من الزيارات للزهور المصفرّة (β ± SE = -0.50 ± 0.16 ، df = 281 ، z = -3.03 ، ص= 0.002 الشكل 9 ب). في تحليلات كل يوم من أيام المراقبة ، أظهرت فراشات الذيل بشق أيضًا ميلًا مشابهًا ولكن غير مهم لتفضيل الزهور الحمراء (الشكل 9 أ). من ناحية أخرى ، أظهر العث الصقر تباينًا كبيرًا في تفضيل اللون خلال كل يوم من أيام المراقبة (الشكل 9 ب). بالنسبة لرائحة الأزهار ، لم تظهر كل من الفراشات والعثّات أي تفضيل مهم (فراشات الذيل بشق: β ± SE = 0.08 ± 0.23 ، z = 0.351 ، ص= 0.726 عثّة صقر: β ± SE = –0.362 ± 0.215 ، z = –1.68 ، ص= 0.092 الشكل 9 ج ، د).

تمثل الأشرطة الرمادية النتائج اليومية وتمثل الأشرطة السوداء النتائج الإجمالية (** ، ص& lt0.01 * ، ص& lt0.05 بعد تصحيح Bonferroni. اللوحة أ ، ج: فراشات الذيل بشق ، ن = 285 ، اللوحة ب ، د: عوث الصقر ، ن = 286). في لون الزهرة (أ ، ب) ، يعني معامل الانحدار الإيجابي أن الملقحات تفضل الزهور المحمرّة على الأزهار المصفرة. على العكس من ذلك ، فإن معامل الانحدار السلبي يعني أن الملقحات تفضل الزهور الصفراء على الزهرة الحمراء. في رائحة الأزهار (C ، D) ، يعني معامل الانحدار الإيجابي أن الملقحات تفضل الأزهار ذات الرائحة الأقوى. معامل الانحدار السلبي يعني أن الملقحات تفضل الأزهار ذات الرائحة الأضعف.

أظهر تحليل GLM لتأثير الإضاءة على تفضيل العثة أن تفضيل العثث كان مستقلاً عن الإضاءة (β ± SE = 0.128 ± 0.333 ، × 2 =–0.145, ص=0.703).


آثار تجميع النبات ، والتركيب الجيني المكاني ، وأصل حبوب اللقاح على نجاح التلقيح لنخيل مُلقَّح بالحضانة (Chamaerops humilis)

مقدمة البحث. يمكن أن يؤثر تراكم النبات وأصل حبوب اللقاح بشكل كبير على نجاح التلقيح ، وفقًا للقياس ببدء الفاكهة وتطويرها. يجب أن يكون تأثير هذه المتغيرات أكثر أهمية في النباتات ذات أنظمة التلقيح المتخصصة للغاية ، حيث يُفترض أن تكون مجموعة الملقحات المحتملة أصغر من تلك الموجودة في النباتات ذات أنظمة التلقيح المعممة ، على الرغم من أنه نادرًا ما تم التحقيق في هذا الاحتمال.

المنهجية. خلال موسمين متتاليين ، استخدمنا الملاحظات الميدانية وتجارب التلقيح اليدوي في النخيل الملقح بالحضانة Chamaerops humilis لتقييم آثار منشأ حبوب اللقاح ومستوى تراكم النبات على بدء الثمار (نجاح التلقيح) وتطور الثمار. من خلال علامات الأقمار الصناعية الدقيقة النووية ، قمنا أيضًا بفحص حدوث C. humilis التركيب الجيني المكاني (SGS) داخل وبين المجموعتين وتأثيره المحتمل على نجاح التلقيح.

نتائج محورية. لم تظهر تجارب التلقيح اليدوي لدينا أي تأثير لمنشأ حبوب اللقاح على نجاح التلقيح وتطور الثمار ، وهو ما يتوافق مع النقص المكتشف في C. humilis التركيب المكاني الجيني داخل وبين السكان. أدت إضافة حبوب اللقاح إلى زيادة طفيفة في بدء الفاكهة ، بغض النظر عن أصل حبوب اللقاح. وجدنا اختلافات في بدء الفاكهة / التنمية على مستوى السكان.

الاستنتاجات. توضح نتائجنا أن المجموعات السكانية في دراستنا لم تكن محدودة من حيث جودة حبوب اللقاح وأن تراكم النباتات لم يؤثر على بدء الفاكهة وتطورها. داخل مجتمعنا ، لم يكن بدء الفاكهة المنخفضة مرتبطًا بجودة حبوب اللقاح التي تتلقاها النورات وقد يعتمد بدلاً من ذلك على تخصيص الموارد للمبايض النامية والمنافسة بين الأشقاء. تؤثر العمليات المعتمدة على الكثافة على نجاح التلقيح ، ويفترض أن يكون ذلك من خلال تنافس النباتات على الموارد. يمكن أن يعوض تشتت حبوب اللقاح لمسافات طويلة عن الكثافة السكانية المنخفضة ويحد من الانجراف الجيني ، وبالتالي الحفاظ على التنوع الجيني العالي داخل السكان.


استنتاج

تظهر نتائجنا ارتباطًا آخر بين التلقيح والحيوانات العاشبة ، أي من خلال تطور اللدونة التي تسببها الحيوانات العاشبة. من المحتمل أن يكون الحديث المتبادل بين السمات المتعلقة بالدفاع والتلقيح عاملاً مهمًا بشكل عام في تحديد اللدونة التي تسببها الحيوانات العاشبة في النباتات. سيتم تحقيق فهم أكثر تعزيزًا لكيفية إنتاج عمليات التطور الجزئي في اللدونة وكيف تؤثر اللدونة على تطور السمات في المستقبل من خلال دراسة التأثير المشترك للتفاعلات الحيوية وغير الحيوية المختلفة.


الاستنتاجات

يوفر التعرف على الأقارب نافذة جديدة للمنافسة بين النباتات. من المعقول أن نفترض أن السمات التي يتم التعبير عنها فقط في وجود الغرباء قد تشير إلى المنافسة أو الأنانية ، في حين أن السمات المعبر عنها في وجود الأقارب قد تشير إلى التعاون أو الإيثار (Murphy & Dudley 2009 File وآخرون. 2012). ومع ذلك ، فإن استجابات التعرف على الأقارب ليست في حد ذاتها دليلاً على التعاون أو المنافسة. كل من تجنب الذات (Waldman 1988) واستجابات "التنصت" للأقارب التي تؤثر على دفاعات النبات (Karban وآخرون. 2013) توضيح استجابات التعرف على الأقارب التي لا يمكن تفسيرها عن طريق اختيار الأقارب. علاوة على ذلك ، استجابات التعرف على الأقارب هي نوع من اللدونة المظهرية ، ويمكن أن تشير اللدونة إلى الإجهاد أو اختلاف الموارد أو التكاليف الناتجة عن المقايضات مع السمات الأخرى (Dudley 2004). ومع ذلك ، فإن استجابات التعرف على الأقارب تقدم سمات مستهدفة لاستكشاف كيفية تنافس النباتات والتعاون معها والتي ستكون ذات فائدة لعلماء البيئة في مجتمع النبات وقد يكون لها تطبيقات لتربية المحاصيل. من السابق لأوانه معرفة ما إذا كانت استجابات التعرف على أقارب النبات ستظهر اتساع نطاق اختيار الأقارب في سلوك الحيوان. ومع ذلك ، فإن استجابات التعرف على الأقارب في حجم شبكة mycorrhizal (ملف وآخرون. 2012) ، دفاعات النبات (Pearse وآخرون. 2012 كاربان وآخرون. 2013) ، إفراز البروتين (بدري وآخرون. 2012) ، ومعدل نمو أنبوب حبوب اللقاح (Lankinen 2008) والسمات الوظيفية (انظر أعلاه) توضح أن النمو مع الأقارب يمكن أن يؤثر على عمليات المجتمع والنظام البيئي. يعد تحديد ما إذا كانت التغييرات في السمات الوظيفية تؤثر على القدرة التنافسية برنامجًا بحثيًا صعبًا ، ولكنها خطوة تالية ضرورية في البحث حول التعرف على هوية المصنع.


النتائج

زيارة الورد

متوسط ​​عدد الزيارات لكل زهرة لكل 30 دقيقة للزائرين الرئيسيين للزهور ، بيروسوما و إي تيناكس، كانت 0.056 ± 0.036 (متوسط ​​± SD) و 0.113 ± 0.076 ، على التوالي ، ولم ترتبط أي من هذه القيم بعوامل الطقس أو الارتفاع أو حجم السكان. ومع ذلك ، فإن معدلات الزيارة الإجمالية للملقحين الرئيسيين كانت مرتبطة بشكل كبير بمتوسط ​​شدة الضوء (صس = 0.786, ص = 0.036, ن = 7 الشكل 1 أ). كانت العلاقة بين إجمالي معدل الزيارة ومتوسط ​​درجة الحرارة ذات دلالة هامشية (صس = 0.750, ص = 0.052, ن = 7 الشكل 1 ب). لا توجد علاقة ذات دلالة إحصائية بين معدل الزيارة والرطوبة النسبية (صس = 0.571, ص = 0.180, ن = 7 الشكل 1 ج) وبين معدل الزيارة والارتفاع (صس = 0.000, ص & GT 0.5 ، ن = 7 الشكل 1 د) ، ربما بسبب نطاق الارتفاع الضيق (210 م فقط). لا توجد علاقة بين معدل الزيارة وحجم السكان في المواقع السياحية (الشكل 1 هـ) ، ولكن في المواقع غير المضطربة ، تأثر معدل الزيارة بحجم السكان (صس = 0.951, ص = 0.049, ن = 4).

العلاقات بين إجمالي معدل الزيارة (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة) للملقحين الرئيسيين (± SD) و (أ) شدة الضوء ، (ب) درجة الحرارة ، (ج) الرطوبة النسبية ، (د) الارتفاع و (هـ) حجم السكان (قيم صس و ص يتم عرضها من أجل ارتباطات سبيرمان ذات دلالة إحصائية أو هامشية). نادرًا ما زارت الحشرات المجموعة C أثناء التلقيح ولم يتم تضمين البيانات الخاصة بهذه المجموعة في التحليلات الإحصائية ، وبالتالي ، هناك سبعة مجموعات سكانية.

العلاقات بين إجمالي معدل الزيارة (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة) للملقحين الرئيسيين (± SD) و (أ) شدة الضوء ، (ب) درجة الحرارة ، (ج) الرطوبة النسبية ، (د) الارتفاع و (هـ) حجم السكان (قيم صس و ص يتم عرضها من أجل ارتباطات سبيرمان ذات دلالة إحصائية أو هامشية). نادرًا ما زارت الحشرات المجموعة C أثناء التلقيح ولم يتم تضمين البيانات الخاصة بهذه المجموعة في التحليلات الإحصائية ، وبالتالي ، هناك سبعة مجموعات سكانية.

كما أن عدد النورات أثر بشكل كبير وإيجابي على زيارات الملقحات (ص & lt 0.001 ، درجات الحرية (df) = 62 الشكل 2 أ). ومع ذلك ، فإن عدد الزيارات لكل زهرة لكل 30 دقيقة لم يختلف اختلافًا كبيرًا بين أحجام العرض المتنوعة (ص = 0.625 ، df = 62 الشكل 2 ب).

تأثير حجم عرض الأزهار على (أ) إجمالي الزيارات و (ب) إجمالي معدل الزيارة (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة من الملقحين الرئيسيين).

تأثير حجم عرض الأزهار على (أ) إجمالي الزيارات و (ب) إجمالي معدل الزيارة (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة من الملقحين الرئيسيين).

كانت جميع عوامل الطقس متشابهة على كلا المنحدرين بشكل عام أثناء ملاحظات التلقيح (ص & GT 0.1). لا يوجد فرق كبير في معدلات الزيارة بين المواقع السياحية والمواقع غير المضطربة (ص & GT 0.5).

خلال ملاحظات الزائر للزهور ، نادرًا ما زارت الحشرات المجموعة C ، وبالتالي لم يتم تضمين بيانات هذه المجموعة في التحليلات الإحصائية.

اختبارات التوافق الذاتي

كانت الوصمات متقبلة خلال المراحل الزهرية الأربع ، حتى في فترة التبرعم (6.90٪) في تلك المرحلة ، لم تكن الأنثرات متحللة ، لذا فإن حبوب اللقاح كانت غير قابلة للحياة (الشكل 3). كانت أعلى حيوية لكل من الوصمات وحبوب اللقاح في منتصف فترة التفكك ، عندما تم إجراء التلقيح باليد. كانت معدلات نمو أنابيب حبوب اللقاح من التلقيح الذاتي والتلقيح المتبادل متماثلة تقريبًا (الشكل 4). لم يتأخر نمو أنابيب حبوب اللقاح الذاتية (الشكل 5 أ) في النمط ، ونمت إلى بويضات خلال 12 ساعة كأنابيب حبوب اللقاح (الشكل 5 ب).

تقبل وصمة العار واستقرار حبوب اللقاح في مراحل الأزهار الأربعة (± SD). تم تقسيم الأطوار الأربعة الزهرية وفقًا لدرجة تفكك العضو الذكري: وقت التبرعم (تم إغلاق البتلات) ، والتفكيك المبكر (تم تفكيك 50 ٪ من الأنثرات) ، والتفرز المتوسط ​​(تم تجفيف جميع أنواع الأنثرات) وما بعد التفكك (تم تفريق جميع حبوب اللقاح و تغير لون العضو الذكري إلى الأسود أو البني).

تقبل وصمة العار واستقرار حبوب اللقاح في مراحل الأزهار الأربعة (± SD). تم تقسيم الأطوار الأربعة الزهرية وفقًا لدرجة تفكك العضو الذكري: وقت التبرعم (تم إغلاق البتلات) ، والتفكيك المبكر (تم تفكيك 50 ٪ من الأنثرات) ، والتفرز المتوسط ​​(تم تجفيف جميع أنواع الأنثرات) وما بعد التفكك (تم تفريق جميع حبوب اللقاح و تغير لون العضو الذكري إلى الأسود أو البني).

متوسط ​​الطول (± SD) لأنابيب اللقاح الذاتية والمتقاطعة في الأنماط في الساعات التي تلي التلقيح الاصطناعي.

متوسط ​​الطول (± SD) لأنابيب اللقاح الذاتية والمتقاطعة في الأنماط في الساعات التي تلي التلقيح الاصطناعي.

تنمو أنابيب حبوب اللقاح إلى بويضات بعد 12 ساعة من (أ) التلقيح الذاتي و (ب) التلقيح المتبادل عند تكبير × 100 (PT: أنبوب حبوب اللقاح Ovu: البويضات).

تنمو أنابيب حبوب اللقاح إلى بويضات بعد 12 ساعة من (أ) التلقيح الذاتي و (ب) التلقيح المتبادل عند تكبير × 100 (PT: أنبوب حبوب اللقاح Ovu: البويضات).

معلمات نظام التزاوج

غالبًا ما أظهرت المواضع الأربعة متعددة الأشكال التي تم تحليلها مستويات عالية من التباين ، مع ثلاثة إلى خمسة أليلات لكل موضع في مجموعة سكانية. كما هو مبين في الجدول 2 ، كان السكان في الغالب متهجين ، مع معدلات تهجين متعددة التركيز متنوعة بشكل كبير (رم) (ANOVA df = 7 ، 8000 فهرنهايت = 2006 ص & lt 0.001) (باستثناء بين السكان D و E وبين السكان B و H) تتراوح من 0.589 ± 0.078 (متوسط ​​± SD) إلى 0.846 ± 0.077. كان معدل التهجين متعدد التركيز مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بحجم السكان (صس = 0.929, ص = 0.003, ن = 8) (الشكل 6 أ) ولكن ليس الارتفاع (الشكل 6 ب). لم يكن هناك اتصال واضح بين رم ومعدلات الزيارة في المواقع السياحية (الشكل 6 ج) ، ولكن في المواقع غير المضطربة ، رم تأثرت بشكل واضح بمعدل الزيارة الإجمالي للملقحين (صس = 0.953, ص = 0.047, ن = 4). لم يتم العثور على فروق ذات دلالة إحصائية بين المنطقة السياحية والمنطقة غير المضطربة في رم (ص & GT 0.5).

معلمات نظام التزاوج الثمانية رهوديولا دومولوسا السكان (يتم عرض SDs بين قوسين) أ

رمرسرمرسصصFمساحة الحي (1 /صص)
أ 0.846 (0.077) 0.841 (0.070) 0.003 (0.018) 0.262 (0.070) 0.000 (0.000) 3–4
ب 0.818 (0.063) 0.752 (0.069) 0.066 (0.022) 0.377 (0.067) 0.000 (0.000) 2–3
ج 0.602 (0.076) 0.478 (0.083) 0.124 (0.018) 0.528 (0.117) 0.000 (0.000) 1–2
د 0.764 (0.063) 0.730 (0.062) 0.033 (0.017) 0.285 (0.061) 0.000 (0.000) 3–4
ه 0.760 (0.050) 0.730 (0.052) 0.030 (0.015) 0.249 (0.048) 0.000 (0.000) 4–5
F 0.642 (0.063) 0.636 (0.059) 0.007 (0.017) 0.107 (0.039) 0.000 (0.000) 9–10
جي 0.589 (0.078) 0.553 (0.082) 0.036 (0.022) 0.367 (0.087) 0.000 (0.000) 2–3
ح 0.805(0.066) 0.768 (0.064) 0.037 (0.023) 0.111 (0.035) 0.000 (0.000) 9
رمرسرمرسصصFمساحة الحي (1 /صص)
أ 0.846 (0.077) 0.841 (0.070) 0.003 (0.018) 0.262 (0.070) 0.000 (0.000) 3–4
ب 0.818 (0.063) 0.752 (0.069) 0.066 (0.022) 0.377 (0.067) 0.000 (0.000) 2–3
ج 0.602 (0.076) 0.478 (0.083) 0.124 (0.018) 0.528 (0.117) 0.000 (0.000) 1–2
د 0.764 (0.063) 0.730 (0.062) 0.033 (0.017) 0.285 (0.061) 0.000 (0.000) 3–4
ه 0.760 (0.050) 0.730 (0.052) 0.030 (0.015) 0.249 (0.048) 0.000 (0.000) 4–5
F 0.642 (0.063) 0.636 (0.059) 0.007 (0.017) 0.107 (0.039) 0.000 (0.000) 9–10
جي 0.589 (0.078) 0.553 (0.082) 0.036 (0.022) 0.367 (0.087) 0.000 (0.000) 2–3
ح 0.805(0.066) 0.768 (0.064) 0.037 (0.023) 0.111 (0.035) 0.000 (0.000) 9

رم، معدل تهجين السكان متعدد التركيز رس، معدل تهجين السكان في مكان واحد رمرس، زواج الأقارب بين الوالدين صص، وعلاقة الأبوة المتهجنة (جزء من الأشقاء الذين يشتركون في نفس الأب) و F، معاملات زواج الأقارب لوالدي الأم. تم حساب حجم الحي على أنه معكوس صص.

معلمات نظام التزاوج الثمانية رهوديولا دومولوسا السكان (يتم عرض SDs بين قوسين) أ

رمرسرمرسصصFمساحة الحي (1 /صص)
أ 0.846 (0.077) 0.841 (0.070) 0.003 (0.018) 0.262 (0.070) 0.000 (0.000) 3–4
ب 0.818 (0.063) 0.752 (0.069) 0.066 (0.022) 0.377 (0.067) 0.000 (0.000) 2–3
ج 0.602 (0.076) 0.478 (0.083) 0.124 (0.018) 0.528 (0.117) 0.000 (0.000) 1–2
د 0.764 (0.063) 0.730 (0.062) 0.033 (0.017) 0.285 (0.061) 0.000 (0.000) 3–4
ه 0.760 (0.050) 0.730 (0.052) 0.030 (0.015) 0.249 (0.048) 0.000 (0.000) 4–5
F 0.642 (0.063) 0.636 (0.059) 0.007 (0.017) 0.107 (0.039) 0.000 (0.000) 9–10
جي 0.589 (0.078) 0.553 (0.082) 0.036 (0.022) 0.367 (0.087) 0.000 (0.000) 2–3
ح 0.805(0.066) 0.768 (0.064) 0.037 (0.023) 0.111 (0.035) 0.000 (0.000) 9
رمرسرمرسصصFمساحة الحي (1 /صص)
أ 0.846 (0.077) 0.841 (0.070) 0.003 (0.018) 0.262 (0.070) 0.000 (0.000) 3–4
ب 0.818 (0.063) 0.752 (0.069) 0.066 (0.022) 0.377 (0.067) 0.000 (0.000) 2–3
ج 0.602 (0.076) 0.478 (0.083) 0.124 (0.018) 0.528 (0.117) 0.000 (0.000) 1–2
د 0.764 (0.063) 0.730 (0.062) 0.033 (0.017) 0.285 (0.061) 0.000 (0.000) 3–4
ه 0.760 (0.050) 0.730 (0.052) 0.030 (0.015) 0.249 (0.048) 0.000 (0.000) 4–5
F 0.642 (0.063) 0.636 (0.059) 0.007 (0.017) 0.107 (0.039) 0.000 (0.000) 9–10
جي 0.589 (0.078) 0.553 (0.082) 0.036 (0.022) 0.367 (0.087) 0.000 (0.000) 2–3
ح 0.805(0.066) 0.768 (0.064) 0.037 (0.023) 0.111 (0.035) 0.000 (0.000) 9

رم، معدل تهجين السكان متعدد التركيز رس، معدل تهجين السكان في مكان واحد رمرس، زواج الأقارب بين الوالدين صص، وعلاقة الأبوة المتهجنة (جزء من الأشقاء الذين يشتركون في نفس الأب) و F، معاملات زواج الأقارب لوالدي الأم. تم حساب حجم الحي على أنه معكوس صص.

العلاقات بين التقديرات متعددة التركيز لمعدل التهجين (± SD) و (أ) حجم السكان ، (ب) الارتفاع و (ج) معدل الزيارة الإجمالي (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة) من اثنين من الملقحات ( قيم صس و ص تظهر لعلاقة سبيرمان كبيرة).

العلاقات بين التقديرات متعددة التركيز لمعدل التهجين (± SD) و (أ) حجم السكان ، (ب) الارتفاع و (ج) معدل الزيارة الإجمالي (متوسط ​​عدد زيارات الملقحات لكل زهرة لكل 30 دقيقة) من اثنين من الملقحات ( قيم صس و ص تظهر لعلاقة سبيرمان كبيرة).

قد توجد بنية تحتية وراثية ، مما يؤدي إلى درجة معينة من زواج الأقارب بين الوالدين. تم اكتشاف زواج الأقارب هذا من خلال الاختلاف بين التركيز المتعدد (رم) وموضع واحد (رس) معدلات الذات (Ritland and Jain 1981). فرق بين رم و رس كانت موجودة في جميع السكان ، تتراوح من 0.003 ± 0.018 (متوسط ​​± SD) إلى 0.124 ± 0.018 على الرغم من عدم وجود علاقة ذات دلالة إحصائية بين حجم السكان وزواج الأقارب بين الوالدين ، تم العثور على أعلى مستوى من زواج الأقارب بين الوالدين في أصغر عدد من السكان (C) وعدد أكبر من السكان عادة ما يكون لديهم مستويات أقل من زواج الأقارب بين الوالدين.

ترابط الأبوة المهجورة (صص) كانت مرتفعة بشكل معتدل في جميع السكان. لم تكن تستجيب بشكل كبير لحجم السكان ، ولكنها كانت الأدنى صص تم العثور على القيم في أكبر مجموعتين (F و H) ، ولوحظت أعلى قيمة في أصغر عدد من السكان (C). تم حساب "تجمع التزاوج الأبوي" (حجم الحي) ، أي عدد الذكور الذين يمكنهم توفير حبوب اللقاح حول الأنثى المستقبلة ، على أنه معكوس صص (ريتلاند 1989). في التجمعات السكانية الكبيرة ، يتمتع الأشقاء بفرص أكبر لأن يكون لديهم آباء مختلفون بحجم حي أكبر.

تم الحصول على تقدير للاكتئاب زواج الأقارب بشكل غير مباشر من بيانات الرحلان الكهربائي. تم حسابه بناءً على معامل زواج الأقارب للوالدين والنسل ومعدل التكاثر الذاتي للسكان ، على افتراض أن السكان قيد الدراسة يحافظون على توازن F في كل جيل بالغ (Ritland 1990). معاملات زواج الأقارب لوالدي الأم (F الجدول 2) كانت صفرًا في عدد السكان بشكل عام ، مما يعني ذلك δ = 1 ، أي ربما كان اكتئاب الأقارب قوياً.


الملخص

يعد التلقيح بوساطة الحيوانات ضروريًا في بيولوجيا التكاثر النباتي وغالبًا ما يرتبط بمتلازمات التلقيح أو مجموعات من السمات الزهرية ، مثل اللون أو الرائحة أو الشكل أو محتوى الرحيق. غالبًا ما يعتبر الانتقاء عن طريق الملقحات عاملاً رئيسياً في تطور الأزهار وانتواع النباتات. هدفنا هو تحديد وتوصيف التغيرات الجينية التي تسببت في تطور متلازمات التلقيح المتباينة في الأنواع النباتية وثيقة الصلة. نحن نركز على أنثوسيانين 2 (AN2) ، محدد جيدًا myb- عامل نسخ النوع الذي يعد محددًا رئيسيًا لاختلاف لون الزهرة بين البطونية المتكاملة و البطونية الإبطية. تحليل اختلاف التسلسل في AN2 في البرية P. إبطي أظهرت المدخلات أن أليلات فقدان الوظيفة نشأت خمس مرات على الأقل بشكل مستقل. تم استكمال تحليل تسلسل الحمض النووي بمقايسات وظيفية لتفضيل الملقحات باستخدام المدخلات الجينية وعلم الجينات. هذه النتائج تظهر ذلك AN2 هو المحدد الرئيسي لجذب الملقحات. لذلك ، تؤدي التغييرات في جين واحد إلى تحول كبير في بيولوجيا التلقيح وتدعم فكرة أن تكيف نبات مزهر مع نوع جديد من الملقحات قد يتضمن عددًا محدودًا من الجينات ذات التأثير الكبير. يمكن أن يؤدي تحديد الجينات وتحليل التطور الجزيئي بالاقتران مع الدراسات السلوكية والبيئية إلى كشف الجينات التطورية لمتلازمات التلقيح في نهاية المطاف.

يبدو أن العديد من سمات الأزهار تتكيف مع ملقحات معينة. AN2 محدد جيدًا mybعامل النسخ من النوع الذي يعد محددًا رئيسيًا لاختلاف لون الزهرة بين اثنين البطونية محيط. تسبب تحول أحد الأنواع مع AN2 من الآخر في حدوث تحول في تفضيل الملقحات ، مما يشير إلى أن التكيف مع الملقِّح الجديد قد يتضمن عددًا محدودًا من الجينات ذات التأثير الكبير.


أهمية التنوع الجيني

حقوق النشر 1999 ، National Gardening Association.
كل الحقوق محفوظة.

تحدثنا & # 146ve عن التنوع الجيني & # 151 ولكن لماذا هو مهم ، وكيف يتناسب مع موضوعنا العام للتكاثر الجنسي للنبات?

Sexual reproduction is critical for maintaining genetic diversity within a species because it combines the parents’ genetic material, resulting in offspring with unique genetic blueprints—different from either parent.

Genetic diversity is important for two reasons.

First of all, when a population of an organism contains a large gene pool—that is, if the genetic blueprints of individuals in the population vary significantly—the group has a greater chance of surviving and flourishing than a population with limited genetic variability.

Why is this so? Because some of the individuals may have inherited traits making them particularly resistant to disease or tolerant of cold, for example. Or they may possess other traits that increase their chance for survival. In nature, the "fittest" individuals succeed and go on to reproduce—Darwin termed this process "natural selection." Suppose there’s an outbreak of a disease that threatens to wipe out an entire species. The more genetic variability there is within that species, the higher the likelihood that at least some of the individuals will be resistant, and will survive.

In the lab, plant breeders take advantage of these genetic variants to improve existing plants and create new varieties. Through cross breeding they strive to breed in disease resistance, superior fruit production, increased cold tolerance, or other desirable traits.

Genetic diversity also reduces the incidence of unfavorable inherited traits. In a small, isolated population of organisms, individuals may be forced to breed with close relatives. When this happens, the genetic makeup of the individuals becomes more and more uniform, and genetic flaws become increasingly more common. This phenomenon is called inbreeding.

When closely related organisms (siblings or cousins, for example) interbreed, any genetic weaknesses that are hidden in the parents can be multiplied in the offspring. For example, animals can be carriers of a gene for an inherited disease, but not show any symptoms. If they mate with a partner who is also a carrier, then the offspring may exhibit symptoms of the disease. (We’ll talk more about inherited traits next week.) In an inbred population, chances are greater that carriers will interbreed. Over time, the entire population is weakened.

In summary, genetic diversity strengthens a population by increasing the likelihood that at least some individuals will be able to survive major disturbances, and by making the group less susceptible to inherited disorders.


محتويات

Offspring of biologically related persons are subject to the possible effects of inbreeding, such as congenital birth defects. The chances of such disorders are increased when the biological parents are more closely related. This is because such pairings have a 25% probability of producing homozygous zygotes, resulting in offspring with two recessive alleles, which can produce disorders when these alleles are deleterious. [14] Because most recessive alleles are rare in populations, it is unlikely that two unrelated marriage partners will both be carriers of the same deleterious allele however, because close relatives share a large fraction of their alleles, the probability that any such deleterious allele is inherited from the common ancestor through both parents is increased dramatically. For each homozygous recessive individual formed there is an equal chance of producing a homozygous dominant individual — one completely devoid of the harmful allele. Contrary to common belief, inbreeding does not in itself alter allele frequencies, but rather increases the relative proportion of homozygotes to heterozygotes however, because the increased proportion of deleterious homozygotes exposes the allele to natural selection, in the long run its frequency decreases more rapidly in inbred populations. In the short term, incestuous reproduction is expected to increase the number of spontaneous abortions of zygotes, perinatal deaths, and postnatal offspring with birth defects. [15] The advantages of inbreeding may be the result of a tendency to preserve the structures of alleles interacting at different loci that have been adapted together by a common selective history. [16]

Malformations or harmful traits can stay within a population due to a high homozygosity rate, and this will cause a population to become fixed for certain traits, like having too many bones in an area, like the vertebral column of wolves on Isle Royale or having cranial abnormalities, such as in Northern elephant seals, where their cranial bone length in the lower mandibular tooth row has changed. Having a high homozygosity rate is problematic for a population because it will unmask recessive deleterious alleles generated by mutations, reduce heterozygote advantage, and it is detrimental to the survival of small, endangered animal populations. [17] When deleterious recessive alleles are unmasked due to the increased homozygosity generated by inbreeding, this can cause inbreeding depression. [18]

There may also be other deleterious effects besides those caused by recessive diseases. Thus, similar immune systems may be more vulnerable to infectious diseases (see Major histocompatibility complex and sexual selection). [19]

Inbreeding history of the population should also be considered when discussing the variation in the severity of inbreeding depression between and within species. With persistent inbreeding, there is evidence that shows that inbreeding depression becomes less severe. This is associated with the unmasking and elimination of severely deleterious recessive alleles. However, inbreeding depression is not a temporary phenomenon because this elimination of deleterious recessive alleles will never be complete. Eliminating slightly deleterious mutations through inbreeding under moderate selection is not as effective. Fixation of alleles most likely occurs through Muller's ratchet, when an asexual population's genome accumulates deleterious mutations that are irreversible. [20]

Despite all its disadvantages, inbreeding can also have a variety of advantages, such as reducing the recombination load, [21] and allowing the expression of recessive advantageous phenotypes. It has been proposed that under circumstances when the advantages of inbreeding outweigh the disadvantages, preferential breeding within small groups could be promoted, potentially leading to speciation. [22]

Autosomal recessive disorders occur in individuals who have two copies of an allele for a particular recessive genetic mutation. [23] Except in certain rare circumstances, such as new mutations or uniparental disomy, both parents of an individual with such a disorder will be carriers of the gene. These carriers do not display any signs of the mutation and may be unaware that they carry the mutated gene. Since relatives share a higher proportion of their genes than do unrelated people, it is more likely that related parents will both be carriers of the same recessive allele, and therefore their children are at a higher risk of inheriting an autosomal recessive genetic disorder. The extent to which the risk increases depends on the degree of genetic relationship between the parents the risk is greater when the parents are close relatives and lower for relationships between more distant relatives, such as second cousins, though still greater than for the general population. [24]

Children of parent-child or sibling-sibling unions are at an increased risk compared to cousin-cousin unions. [25] : 3 Inbreeding may result in a greater than expected phenotypic expression of deleterious recessive alleles within a population. [26] As a result, first-generation inbred individuals are more likely to show physical and health defects, [27] [28] including:

  • Reduced fertility both in litter size and sperm viability
  • Increased genetic disorders
  • Fluctuating facial asymmetry
  • Lower birth rate
  • Higher infant mortality and child mortality[29]
  • Smaller adult size
  • Loss of immune system function
  • Increased cardiovascular risks[30]

The isolation of a small population for a period of time can lead to inbreeding within that population, resulting in increased genetic relatedness between breeding individuals. Inbreeding depression can also occur in a large population if individuals tend to mate with their relatives, instead of mating randomly.

Many individuals in the first generation of inbreeding will never live to reproduce. [31] Over time, with isolation, such as a population bottleneck caused by purposeful (assortative) breeding or natural environmental factors, the deleterious inherited traits are culled. [6] [7] [32]

Island species are often very inbred, as their isolation from the larger group on a mainland allows natural selection to work on their population. This type of isolation may result in the formation of race or even speciation, as the inbreeding first removes many deleterious genes, and permits the expression of genes that allow a population to adapt to an ecosystem. As the adaptation becomes more pronounced, the new species or race radiates from its entrance into the new space, or dies out if it cannot adapt and, most importantly, reproduce. [33]

The reduced genetic diversity, for example due to a bottleneck will unavoidably increase inbreeding for the entire population. This may mean that a species may not be able to adapt to changes in environmental conditions. Each individual will have similar immune systems, as immune systems are genetically based. When a species becomes endangered, the population may fall below a minimum whereby the forced interbreeding between the remaining animals will result in extinction.

Natural breedings include inbreeding by necessity, and most animals only migrate when necessary. In many cases, the closest available mate is a mother, sister, grandmother, father, brother, or grandfather. In all cases, the environment presents stresses to remove from the population those individuals who cannot survive because of illness. [ بحاجة لمصدر ]

There was an assumption [ بواسطة من؟ ] that wild populations do not inbreed this is not what is observed in some cases in the wild. However, in species such as horses, animals in wild or feral conditions often drive off the young of both sexes, thought to be a mechanism by which the species instinctively avoids some of the genetic consequences of inbreeding. [34] In general, many mammal species, including humanity's closest primate relatives, avoid close inbreeding possibly due to the deleterious effects. [25] : 6

Examples Edit

Although there are several examples of inbred populations of wild animals, the negative consequences of this inbreeding are poorly documented. [ بحاجة لمصدر ] In the South American sea lion, there was concern that recent population crashes would reduce genetic diversity. Historical analysis indicated that a population expansion from just two matrilineal lines was responsible for most of the individuals within the population. Even so, the diversity within the lines allowed great variation in the gene pool that may help to protect the South American sea lion from extinction. [35]

In lions, prides are often followed by related males in bachelor groups. When the dominant male is killed or driven off by one of these bachelors, a father may be replaced by his son. There is no mechanism for preventing inbreeding or to ensure outcrossing. In the prides, most lionesses are related to one another. If there is more than one dominant male, the group of alpha males are usually related. Two lines are then being "line bred". Also, in some populations, such as the Crater lions, it is known that a population bottleneck has occurred. Researchers found far greater genetic heterozygosity than expected. [36] In fact, predators are known for low genetic variance, along with most of the top portion of the trophic levels of an ecosystem. [37] Additionally, the alpha males of two neighboring prides can be from the same litter one brother may come to acquire leadership over another's pride, and subsequently mate with his 'nieces' or cousins. However, killing another male's cubs, upon the takeover, allows the new selected gene complement of the incoming alpha male to prevail over the previous male. There are genetic assays being scheduled for lions to determine their genetic diversity. The preliminary studies show results inconsistent with the outcrossing paradigm based on individual environments of the studied groups. [36]

In Central California, sea otters were thought to have been driven to extinction due to over hunting, until a small colony was discovered in the Point Sur region in the 1930s. [38] Since then, the population has grown and spread along the central Californian coast to around 2,000 individuals, a level that has remained stable for over a decade. Population growth is limited by the fact that all Californian sea otters are descended from the isolated colony, resulting in inbreeding. [39]

Cheetahs are another example of inbreeding. Thousands of years ago the cheetah went through a population bottleneck that reduced its population dramatically so the animals that are alive today are all related to one another. A consequence from inbreeding for this species has been high juvenile mortality, low fecundity, and poor breeding success. [40]

In a study on an island population of song sparrows, individuals that were inbred showed significantly lower survival rates than outbred individuals during a severe winter weather related population crash. These studies show that inbreeding depression and ecological factors have an influence on survival. [20]

In December of 2005 one of the more prominant cases of inbreedding was recorded.A subject by the name 'Toby Barker', was born to his parents.His parents were siblings and of Arein decent.The child was born with multple deformities and blue.Some of the deformaties noted were autism and extra digits on the childs hands and feet.

A measure of inbreeding of an individual A is the probability F(A) that both alleles in one locus are derived from the same allele in an ancestor. These two identical alleles that are both derived from a common ancestor are said to be identical by descent. This probability F(A) is called the "coefficient of inbreeding". [41]

Another useful measure that describes the extent to which two individuals are related (say individuals A and B) is their coancestry coefficient f(A,B), which gives the probability that one randomly selected allele from A and another randomly selected allele from B are identical by descent. [42] This is also denoted as the kinship coefficient between A and B. [43]

A particular case is the self-coancestry of individual A with itself, f(A,A), which is the probability that taking one random allele from A and then, independently and with replacement, another random allele also from A, both are identical by descent. Since they can be identical by descent by sampling the same allele or by sampling both alleles that happen to be identical by descent, we have f(A,A) = 1/2 + F(A)/2. [44]

Both the inbreeding and the coancestry coefficients can be defined for specific individuals or as average population values. They can be computed from genealogies or estimated from the population size and its breeding properties, but all methods assume no selection and are limited to neutral alleles.

There are several methods to compute this percentage. The two main ways are the path method [45] [41] and the tabular method. [46] [47]

Typical coancestries between relatives are as follows:

  • Father/daughter or mother/son → 25% ( 1 ⁄ 4 )
  • Brother/sister → 25% (
  • 1 ⁄ 4 )
  • Grandfather/granddaughter or grandmother/grandson → 12.5% (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Half-brother/half-sister, Double cousins → 12.5% (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Uncle/niece or aunt/nephew → 12.5% (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Great-grandfather/great-granddaughter or great-grandmother/great-grandson → 6.25% (
  • 1 ⁄ 16 )
  • Half-uncle/niece or half-aunt/nephew → 6.25% (
  • 1 ⁄ 16 )
  • First cousins → 6.25% (
  • 1 ⁄ 16 )

Wild animals Edit

    females regularly mate with their fathers and brothers. [48] : North Carolina State University found that bedbugs, in contrast to most other insects, tolerate incest and are able to genetically withstand the effects of inbreeding quite well. [49] females prefer to mate with their own brothers over unrelated males. [1] : 'It turns out that females in these hermaphrodite insects are not really fertilizing their eggs themselves, but instead are having this done by a parasitic tissue that infects them at birth,' says Laura Ross of Oxford University's Department of Zoology. ‘It seems that this infectious tissue derives from left-over sperm from their father, who has found a sneaky way of having more children by mating with his daughters.' [50]
  • Adactylidium: The single male offspring mite mates with all the daughters when they are still in the mother. The females, now impregnated, cut holes in their mother's body so that they can emerge to find new thrips eggs. The male emerges as well, but does not look for food or new mates, and dies after a few hours. The females die at the age of 4 days, when their own offspring eat them alive from the inside. [51]

Semi-domestic animals Edit

Domestic animals Edit

Breeding in domestic animals is primarily assortative breeding (see selective breeding). Without the sorting of individuals by trait, a breed could not be established, nor could poor genetic material be removed. Homozygosity is the case where similar or identical alleles combine to express a trait that is not otherwise expressed (recessiveness). Inbreeding exposes recessive alleles through increasing homozygosity. [55]

Breeders must avoid breeding from individuals that demonstrate either homozygosity or heterozygosity for disease causing alleles. [56] The goal of preventing the transfer of deleterious alleles may be achieved by reproductive isolation, sterilization, or, in the extreme case, culling. Culling is not strictly necessary if genetics are the only issue in hand. Small animals such as cats and dogs may be sterilized, but in the case of large agricultural animals, such as cattle, culling is usually the only economic option.

The issue of casual breeders who inbreed irresponsibly is discussed in the following quotation on cattle:

Meanwhile, milk production per cow per lactation increased from 17,444 lbs to 25,013 lbs from 1978 to 1998 for the Holstein breed. Mean breeding values for milk of Holstein cows increased by 4,829 lbs during this period. [57] High producing cows are increasingly difficult to breed and are subject to higher health costs than cows of lower genetic merit for production (Cassell, 2001).

Intensive selection for higher yield has increased relationships among animals within breed and increased the rate of casual inbreeding.

Many of the traits that affect profitability in crosses of modern dairy breeds have not been studied in designed experiments. Indeed, all crossbreeding research involving North American breeds and strains is very dated (McAllister, 2001) if it exists at all. [58]

The BBC produced two documentaries on dog inbreeding titled Pedigree Dogs Exposed و Pedigree Dogs Exposed: Three Years On that document the negative health consequences of excessive inbreeding.

Linebreeding Edit

Linebreeding is a form of inbreeding. There is no clear distinction between the two terms, but linebreeding may encompass crosses between individuals and their descendants or two cousins. [54] [59] This method can be used to increase a particular animal's contribution to the population. [54] While linebreeding is less likely to cause problems in the first generation than does inbreeding, over time, linebreeding can reduce the genetic diversity of a population and cause problems related to a too-small gene pool that may include an increased prevalence of genetic disorders and inbreeding depression. [ بحاجة لمصدر ]

Outcrossing Edit

Outcrossing is where two unrelated individuals are crossed to produce progeny. In outcrossing, unless there is verifiable genetic information, one may find that all individuals are distantly related to an ancient progenitor. If the trait carries throughout a population, all individuals can have this trait. This is called the founder effect. In the well established breeds, that are commonly bred, a large gene pool is present. For example, in 2004, over 18,000 Persian cats were registered. [60] A possibility exists for a complete outcross, if no barriers exist between the individuals to breed. However, it is not always the case, and a form of distant linebreeding occurs. Again it is up to the assortative breeder to know what sort of traits, both positive and negative, exist within the diversity of one breeding. This diversity of genetic expression, within even close relatives, increases the variability and diversity of viable stock.

Laboratory animals Edit

Systematic inbreeding and maintenance of inbred strains of laboratory mice and rats is of great importance for biomedical research. The inbreeding guarantees a consistent and uniform animal model for experimental purposes and enables genetic studies in congenic and knock-out animals. In order to achieve a mouse strain that is considered inbred, a minimum of 20 sequential generations of sibling matings must occur. With each successive generation of breeding, homozygosity in the entire genome increases, eliminating heterozygous loci. With 20 generations of sibling matings, homozygosity is occurring at roughly 98.7% of all loci in the genome, allowing for these offspring to serve as animal models for genetic studies. [61] The use of inbred strains is also important for genetic studies in animal models, for example to distinguish genetic from environmental effects. The mice that are inbred typically show considerably lower survival rates.

Effects Edit

Inbreeding increases homozygosity, which can increase the chances of the expression of deleterious recessive alleles and therefore has the potential to decrease the fitness of the offspring. With continuous inbreeding, genetic variation is lost and homozygosity is increased, enabling the expression of recessive deleterious alleles in homozygotes. The coefficient of inbreeding, or the degree of inbreeding in an individual, is an estimate of the percent of homozygous alleles in the overall genome. [63] The more biologically related the parents are, the greater the coefficient of inbreeding, since their genomes have many similarities already. This overall homozygosity becomes an issue when there are deleterious recessive alleles in the gene pool of the family. [64] By pairing chromosomes of similar genomes, the chance for these recessive alleles to pair and become homozygous greatly increases, leading to offspring with autosomal recessive disorders. [64]

Inbreeding is especially problematic in small populations where the genetic variation is already limited. [65] By inbreeding, individuals are further decreasing genetic variation by increasing homozygosity in the genomes of their offspring. [66] Thus, the likelihood of deleterious recessive alleles to pair is significantly higher in a small inbreeding population than in a larger inbreeding population. [65]

The fitness consequences of consanguineous mating have been studied since their scientific recognition by Charles Darwin in 1839. [67] [68] Some of the most harmful effects known from such breeding includes its effects on the mortality rate as well as on the general health of the offspring. [69] Since the 1960s, there have been many studies to support such debilitating effects on the human organism. [66] [67] [69] [70] [71] Specifically, inbreeding has been found to decrease fertility as a direct result of increasing homozygosity of deleterious recessive alleles. [71] [72] Fetuses produced by inbreeding also face a greater risk of spontaneous abortions due to inherent complications in development. [73] Among mothers who experience stillbirths and early infant deaths, those that are inbreeding have a significantly higher chance of reaching repeated results with future offspring. [74] Additionally, consanguineous parents possess a high risk of premature birth and producing underweight and undersized infants. [75] Viable inbred offspring are also likely to be inflicted with physical deformities and genetically inherited diseases. [63] Studies have confirmed an increase in several genetic disorders due to inbreeding such as blindness, hearing loss, neonatal diabetes, limb malformations, disorders of sex development, schizophrenia and several others. [63] [76] Moreover, there is an increased risk for congenital heart disease depending on the inbreeding coefficient (See coefficient of inbreeding) of the offspring, with significant risk accompanied by an F =.125 or higher. [27]

Prevalence Edit

The general negative outlook and eschewal of inbreeding that is prevalent in the Western world today has roots from over 2000 years ago. Specifically, written documents such as the Bible illustrate that there have been laws and social customs that have called for the abstention from inbreeding. Along with cultural taboos, parental education and awareness of inbreeding consequences have played large roles in minimizing inbreeding frequencies in areas like Europe. That being so, there are less urbanized and less populated regions across the world that have shown continuity in the practice of inbreeding.

The continuity of inbreeding is often either by choice or unavoidably due to the limitations of the geographical area. When by choice, the rate of consanguinity is highly dependent on religion and culture. [65] In the Western world some Anabaptist groups are highly inbred because they originate from small founder populations and until [ التوضيح المطلوب ] today [ عندما؟ ] marriage outside the groups is not allowed for members. [ بحاجة لمصدر ] Especially the Reidenbach Old Order Mennonites [77] and the Hutterites stem from very small founder populations. The same is true for some Hasidic and Haredi Jewish groups.

Of the practicing regions, Middle Eastern and northern Africa territories show the greatest frequencies of consanguinity. [65] The link between the high frequency and the region is primarily due to the dominance of Islamic populations, who have historically engaged in familyline relations. [68] However, inbreeding culture in Middle East didn't begin with Islam, having roots in ancient Egypt and Mesopotamia.

Among these populations with high levels of inbreeding, researchers have found several disorders prevalent among inbred offspring. In Lebanon, Saudi Arabia, Egypt, and in Israel, the offspring of consanguineous relationships have an increased risk of congenital malformations, congenital heart defects, congenital hydrocephalus and neural tube defects. [65] Furthermore, among inbred children in Palestine and Lebanon, there is a positive association between consanguinity and reported cleft lip/palate cases. [65] Historically, populations of Qatar have engaged in consanguineous relationships of all kinds, leading to high risk of inheriting genetic diseases. As of 2014, around 5% of the Qatari population suffered from hereditary hearing loss most were descendants of a consanguineous relationship. [78]


شاهد الفيديو: الإخصاب في النباتات الزهرية Fertilization (قد 2022).