Добре дошли в ПОП 1: Екологични геномика и транскриптомика – сухоземни местообитания!
Накратко
ПОП1 е предназначена за:
Резюме
Напредъкът на ДНК-базираните подходи за генериране и интерпретиране на геномни данни обхваща, наред с другото, изучаването на геномите в мащаба на околната среда, като се използва ДНК на околната среда (еДНК). еДНК е генетичен материал от ядрен и митохондриален произход, освободен от организъм в околната среда. Тя се получава директно от проби от околната среда (сухоземни или водни), без да е необходимо наличието на биоматериал и се използва като ефективен, лесен за манипулиране и стандартизиран, неинвазивен подход за вземане на проби. Поради тази причина, вземането на проби от еДНК се прилага за мониторинг на разпространението на видовете и се осъществява чрез чувствителни и икономически ефективни протоколи. Въпреки че настоящите технически предизвикателства и недостатъци, с които се сблъскват учените, са свързани главно с подводните камъни при получаването на еДНК и секвенирането и тълкуването на данните, потенциалът на приложенията на еДНК е несъмнен. Перспективите за приложенията на еДНК обхващат полевите методи и подобряването на лабораторните протоколи за нейното детектиране, както и техническия напредък в прилагането на еДНК като инструмент за инвентаризация и мониторинг на биологичното разнообразие.
Почвата е отговорна за осигуряването на жизненоважни за съществуването на екосистемите на Земята услуги. Човешките дейности и последиците от изменението на климата оказват отрицателно въздействие върху здравето на почвата. Съществува спешна необходимост от стратегии, които да позволят минимизирането на тези въздействия и опазването на почвите. Един рационален подход е използването на биоиндикатори за характеризиране на вариациите в здравето на почвите. Микроорганизмите са универсални биомаркери за здравето на почвата, тъй като почвеният микробиом реагира бързо на промените в околната среда. Прилагането на геномни/метагеномни инструменти допринася за разкриване на пълния потенциал на тези биомаркери. Геномните/метагеномните изследвания на почвените микробни съобщества подчертават структурното и функционалното разнообразие на микроорганизмите, идентифицирането на видовете, характеризирането на нови гени и откриването на ензимни активности и активни съединения. Насочената метагеномика (метабаркодиране), прицелната метагеномика, подходът «Едно здраве» към здравето на почвата, екогеномиката и глобалната инвентаризация на почвения микробиом са въздействащи техники, които позволяват изследване на биоразнообразието, структурата на съобществата и потенциалните функции на почвените микробни съобщества.
Ландшафтната транскриптомика изследва РНК транскриптите(мРНК и различни малки РНКи) в дадена екологична проба към момента на пробовземането. Този нововъзникващ клон на транскриптомиката разкрива връзките между генетичните и фенотипните вариации и ландшафтни процеси, за да се определи как моделите на геномна експреся се повлияват от екологичните условия чрез функциониране на организма и генетична диференциация сред популациите. Ландшафтната транскриптомика извършва проучвания на генетичен поток, генетичния дрейф и локално адаптиране в големи пространствени мащаби. Тя използва високопроизводителни, стандартизирани и лесно приложими към разнообрази организми техники (технологиите на ДНК микроарей и RNAseq). Ландшафтната транскриптомика оценява въздействието на естествените стимули на околната среда и техните колебания (напр. стресови условия) върху генната експресия и транскриптомните реакции на ниво популация. Освен това, тя предоставя полезни данни за отношенията на организма с околната среда в управлението на практиките за опазването й. Ландшафтната транскриптомика притежава голям потенциал за изучаване на организмите без известни геномни ресурси, идентифициране на нови транскрипти и изясняване на ролята на транскрипционното модулиране.
Екологичната биотехнология е прилагането на принципите и техниките на биотехнологията за изучаване и управление на природната среда. Тя включва използването на микроорганизми и други биологични агенти за изпълнение на полезни за околната среда задачи, като почистване на замърсени места, подобряване на състоянието на почвата и намаляване на емисиите на парникови газове. Примери за приложения на биотехнологиите в областта на околната среда включват използването на бактерии за разграждане на замърсителите във водата и почвата, използването на водорасли за абсорбиране на излишните хранителни вещества от отпадъчните води и използването на гъби за разграждане на органичните вещества в депата за отпадъци. Екологичнат биотехнология има потенциал да допринесе за намирането на устойчиви решения на проблемите на околната среда и е област на активни научни изследвания и разработки. Базата данни за околната среда осигурява достъп до международна научна литература, свързана с всички аспекти на качеството на околната среда, мониторинга, управлението на ресурсите и опазването им. Биоинформатиката е от съществено значение за разбирането на екологичните процеси, управлението на данните и разработването на инструменти за справяне с глобалните предизвикателства на замърсяването на околната среда.
Образователни цели
Целта на тази ПОП е да представи знания за:
- еДНК като инструмент за мониторинг на видове, популации и съобщества на молекулярно ниво
- Вземането на проби от еДНК и техническите предизвикателства и недостатъци на тези процедури
- Областите на приложение на еДНК и бъдещия потенциал на това
- Използване на микроорганизми като биомаркери за здравето на почвата
- Геномните/метагеномните изследвания на почвените микробни съобщества в теоретичен и практически контекст
- Съвременни приложения на геномиката за здравето на почвата: подходът „Едно здраве“, екогеномиката и глобалната инвентаризация на почвения микробиом
- Основните характеристики на транскриптомика и ландшафтната транскриптомика
- Провеждането на транскриптомни проучвания на немоделни микроорганизми в естествена им среда
- Предизвикателствата и перспективите пред ландшафтната транскриптомика
- Биоинформатични методи и софтуерни инструменти за разбиране на биологични данни
- Наукатаза данните – бази данни за околната среда, които осигуряват достъп до богата информация, свързана с науката за околната среда
- Наукатаза околната среда – област, която изучава околната среда и решава екологични проблеми
- Предизвикателства и перспективи на биоинформатиката в областта на околната среда
Очаквани резултати от ученето
При завършване на този модул обучаващите се ще могат да:
- Използват еДНК като инструмент за мониторинг на видове, популации и съобщества на молекулярно ниво
- Обясняват областите на приложение на еДНК от микробен произход и от макроорганизми в различни местообитания и времеви рамки
- Разпознават и прилагат протоколи за вземане на проби от еДНК за мониторинг на разпространението на видовете
- Обясняват техническите предизвикателства и недостатъци на вземането на проби от еДНК и тълкуването на данните
- Разбират потенциала на приложенията на еДНК
- Представят метагеномиката като биоиндикатор за оценка на състоянието на почвата
- Използват почвената метагеномика за асоцииране на специфични членове на микробните общности с трансформациите, които определени почви претърпяват
- Разбират принципите на насочената метагеномика (метабаркодиране) и нейните предимства и недостатъци
- Използват метагеномиката за разбиране на таксономичния състав и функционалния потенциал на почвените микроорганизмови съобщества
- Използват подхода на метагеномиката в апроксимациите на „Едно здраве“ и Екогеномика
- Описват принципите на транскриптомиката/ландшафтната транскриптомика
- Прилагат подходите на ландшафтната транскриптомика в екологията, еволюцията и консервирането на биоресурсите
- Определят основните категории проучвания в ландшафтната транскриптомика на биологични системи в естествената им среда
- Обясняват подходите за събиране, анализ и интерпретация на данни от транскриптомни анализи на природни местообитания
- Разбират генната експресия като тъканно-специфичен и време-зависим процес
- Описват принципите и ключовите аспекти на биоинформатиката в областта на околната среда и нейните методи и софтуерни инструменти.
- Използват различни бази данни за околната среда, които обхващат всички аспекти на човешкото въздействие върху околната среда.
- Определят основните категории на науката за околната среда
- Разясняват приложението на биоинформатиката в областта на околната среда
- Определят предизвикателствата, ограниченията и перспективите на биоинформатиката за околната среда
Структура
Тази ПОП съдържа 2 Единици от резултати от ученето (ЕРУ) (ЕРУ 1 и ЕРУ 5)
- ЕРУ1:
- Модул 1 Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
- Модул 8 Геномен подход за разработване на почвени биомаркери
- ЕРУ5
- Модул 2 Транскриптомика: проучване на екологични ниши
- Модул 6 Екологични бази от данни и биоинформатика
Обучително съдържание
Достъп до учебното съдържание за ПОП1 тук!
>> Геномика: методи за вземане на проби за ДНК от околната среда
>> Геномен подход за разработване на почвени биомаркери
>> Транскриптомика: проучване на екологични ниши
>> Екологични бази от данни и биоинформатика
Оценка на знанията
Проверете знанията си!
ECTК Кредитни точки & Сертификат
Получете своя сертификат!
