Genetické monitorování je využití molekulárních markerů k i) identifikaci jedinců, druhů nebo populací, nebo ii) kvantifikaci změn v populačních genetických metrikách (jako je efektivní velikost populace, genetická rozmanitost a velikost populace) v průběhu času. Genetické monitorování tak může být použito k detekci změn v druhové hojnosti a/nebo rozmanitosti a stalo se důležitým nástrojem jak v ochraně přírody, tak v chovu hospodářských zvířat. Typy molekulárních markerů používaných k monitorování populací jsou nejčastěji mitochondriální, mikrosatelity nebo jednonukleotidové polymorfismy (SNP), zatímco dřívější studie používaly také údaje o allozymech. Druhová genová rozmanitost je také uznávána jako důležitá metrika biologické rozmanitosti pro provádění Úmluvy o biologické rozmanitosti.
Typy populačních změn, které lze zjistit genetickým monitorováním, zahrnují populační růst a úbytek, šíření patogenů, adaptaci na změnu prostředí, hybridizaci, introgresi a fragmentaci stanovišť. Většina těchto změn je sledována pomocí „neutrálních“ genetických markerů (markerů, u nichž mutační změny nemění jejich adaptivní způsobilost v rámci populace). Markery vykazující adaptivní reakce na změnu prostředí však mohou být „neutrální“ (např. mutační změny ovlivňují jejich relativní způsobilost v rámci populace).
Kategorie genetického monitoringu dle definice Schwartze a kol. 2007
Byly definovány dvě široké kategorie genetického monitoringu: Kategorie I zahrnuje použití genetických markerů jako identifikátorů jednotlivců (kategorie Ia), populací a druhů (kategorie Ib) pro tradiční populační monitoring. Kategorie II představuje použití genetických markerů pro monitorování změn populačních genetických parametrů, které zahrnují odhady efektivní velikosti populace (Ne), genetické variace, mísení populací, struktury a migrace.
Na individuální úrovni může genetická identifikace umožnit odhad početnosti populace a míry nárůstu populace v rámci modelů znovuodchytu po značkách. Množství kryptických nebo nepolapitelných druhů, které je obtížné sledovat, lze odhadnout sběrem neinvazivních biologických vzorků v terénu (např. peří, scat nebo srst) a jejich využitím k identifikaci jedinců pomocí mikrosatelitu nebo jednonukleotidového polymorfismu (SNP) genotypizace. Toto sčítání jedinců pak lze použít k odhadu početnosti populace prostřednictvím analýzy znovuodchytu po značkách. Tato technika byla například použita k monitorování populací medvěda grizzlyho, skalního klokana křídlatého, tygra bengálského a levharta sněžného. Rychlost růstu populace je produktem míry populačního náboru a přežití a lze ji odhadnout pomocí otevřených modelů znovuodchytu po značkách. Například DNA z peří, které shodil orel východní, vykazuje v průběhu času nižší kumulativní přežití, než bylo pozorováno u jiných dlouhověkých raptorů.
Identifikace druhů má rovněž značný význam při sledování rybolovu a obchodu s volně žijícími a planě rostoucími druhy, kde je konvenční vizuální identifikace poražených nebo opracovaných produktů obtížná nebo nemožná. Monitorování obchodu a spotřeby druhů, které jsou v zájmu ochrany, lze provádět pomocí molekulární amplifikace a identifikace masa nebo ryb získaných z trhů. K identifikaci chráněných druhů a populací velryb (např. plejtváka myšokovitého v severním Pacifiku) a druhů delfínů, které se objevují na trhu, byly použity například průzkumy genetického trhu. Další průzkumy tržního obchodu se zaměřily na ploutvonožce, mořské koníky a žraloky. Tyto průzkumy se používají k průběžnému sledování množství a pohybu produktů rybolovu a volně žijících a planě rostoucích druhů na trzích a k odhalování pytláctví nebo jiného nezákonného, nehlášeného nebo neregulovaného (NNN) využívání (např. rybolov NNN).
Ačkoli se prvotní aplikace zaměřovaly na identifikaci druhů a hodnocení populací, průzkumy trhu také poskytují příležitost pro řadu výzkumů molekulární ekologie včetně zachycování a opětovného odchytu, přiřazovacích testů a modelování populace. Tento vývoj je potenciálně relevantní pro genetické monitorování kategorie II.
Sledování populačních změn pomocí genetických prostředků lze provádět retrospektivně, a to analýzou „historické“ DNA získané z muzeem archivovaných druhů a porovnáním se současnou DNA tohoto druhu. Lze jej rovněž použít jako nástroj pro hodnocení probíhajících změn stavu a perzistence současných populací. Genetická měřítka relativní populační změny zahrnují změny v rozmanitosti (např. heterozygosity a alelické bohatosti). Sledování relativních populačních změn pomocí těchto ukazatelů bylo provedeno retrospektivně u bizona beringského, želvy galapážské, houtingu, lososa obecného, štiky severní, novozélandského chňapalu obecného, pstruha pstruha obecného, kuřete prérijního, poštolky mauricijské a delfína hektorského a je předmětem mnoha probíhajících studií, včetně populací dánských a švédských pstruhů hnědých. Měření absolutních populačních změn (např. efektivní velikost populace (Ne)) lze provádět měřením změn frekvencí populačních alel („Ftemporal“) nebo úrovní vazebné nerovnováhy v čase („LDNe“), přičemž změny vzorců toku genů mezi populacemi lze sledovat také odhadem rozdílů frekvencí alel mezi populacemi v čase. Mezi subjekty těchto studií patří medvěd grizzly, treska, jelen červený, žáby leopardí a barel Medic.
Genetické monitorování se také stále více využívá ve studiích, které sledují změny životního prostředí prostřednictvím změn v četnosti adaptivně vybraných markerů. Například geneticky kontrolovaná fotoperiodická odezva (doba hibernace) komára džbánovitého (Wyeomyia smithii) se posunula v reakci na delší vegetační období pro džbánovité rostliny, které přineslo teplejší počasí. Experimentální populace pšenice pěstované v kontrastním prostředí po dobu 12 generací zjistily, že změny v době kvetení úzce korelovaly s regulačními změnami v jednom genu, což naznačuje cestu pro genetickou adaptaci na měnící se klima v rostlinách.
Genetické monitorování je také užitečné při monitorování trvalého zdravotního stavu malých, přemístěných populací. Dobré příklady z toho lze nalézt u novozélandských ptáků, z nichž mnohé druhy byly v minulém století značně zasaženy zničením stanovišť a výskytem četných savčích predátorů a v poslední době se staly součástí relokačních programů, které převádějí několik „zakladatelů“ jedinců na „ekologické“ ostrovy na moři bez predátorů. Např. drozd černý, kakapo.
Status genetického monitoringu ve vědě
V roce 2007 byla za společné podpory NCEAS a NESCent zřízena pracovní skupina pro monitorování genů, která má dále rozvíjet příslušné techniky a poskytovat obecné pokyny pro monitorování tvůrcům politik a manažerům.
V současné době je toto téma obsaženo v několika známých učebnicích, včetně McComba a kol. (2010) a Allendorfa a kol. (2013)