Genetyka ekologiczna i populacyjna W8
Genetyka populacji: Treść wykładów
Zmienność genetyczna i środowiskowa
Mutacje i rekombinacje
Kojarzenie krewniacze
Częstość genów i genotypów w populacji i prawdopodobieństwo ich występowania
Prawo Hardey'go-Weinbera
Dobór naturalny
Migracja, izolacja i dryf genetyczny
Polimorfizm genetyczny
Powstawanie ras i gatunków
Podręczniki:
Genetyka populacji, D. Sperlich 1977
Wprowadzenie do genetyki populacji, H. Krzanowska i in. 1982
Zarys mechanizmów ewolucji, H. Krzanowska i in. 1995
Ewolucja, J. Futuyma 2008
Genetyka populacji
Genetyka populacji rozpatruje zagadnienia dotyczące dziedziczności i zmienności w obrębie populacji i pomiędzy nimi.
Dziedzina ta przedstawia zatem prawa wpływające na strukturę genetyczną populacji.
Teoria doboru naturalnego Darwina-Wallace'a:
Wg, Darwina (1809-1882) „Dobór naturalny prowadzi do odchylenia się cech od typu…”
A.R. Wallace (1823-1913) współtwórca teorii doboru naturalnego stwierdza: „zmienność powszechna- drobna, lecz zachodząca we wszystkich kierunkach…”
F. Galton (1822 - 1911) _ „Natural Inheritance” - omawia dziedziczenie cech ludzkich
Krzywa zmienności:
J. Quetelet- antropolog belgijski- stwierdził, że symetryczne rozmieszenie liczby osobników z dwóch stron wartości przeciętnej dotyczy wielu cech wielu organizmów
Zmienność organizmów:
Zmienność genetyczna pochodzi z :
Mutacji- genowe, chromosomowe i genomowe
Zmienność niedziedziczna- kształtuje ją środowisko (stanowi efekt interakcji genotypu i środowiska):
Wiek, stadium rozwojowe
Modyfikacje środowiska
Dlaczego badamy zmienność?
Poznanie jej zasobów
Oszacowaniu wpływu genów na zmienność
Poznanie wpływów środowiska na zmienność
Zmienność powstaje w wyniku procesu ewolucji ale jest też rezultatem procesu ewolucji
Znaczenie praktyczne poznania zmienności:
Hodowla zwierząt i roślin
Medycyna- leki, transfuzje
Cechy jakościowe
Determinowane są przez jeden lub kilka genów, zmienność wywołana mutacją w pojedynczym locus (de Vries wprowadził termin mutacja) (coś jest lub tego nie ma, np. czerwone - białe, ma włoski - nie ma włosków, szorstkie - gładkie)
Robinia pseudoacaccia z różowymi kwiatami pojawiła się w 1582, poziomka z pojedynczymi liśćmi natomiast w 1761, krótkonoga rasa owiec Ancon wyprowadzona od jednego mutanta w XVIII wiek
Cechy ilościowe:
Wykazują zmienność ciągłą, bez możliwości wydzielenia odrębnych klas.
Determinuje je wiele genów- to tzw. poligeny
Rozpatrzmy porównanie pokoleń F2 trzech krzyżówek R1R1 x r1r1;
R1R1R2R2 x r1r1r2r2; R1R1R2R2R3R3 x r1r1r2r2r3r3.
Działanie sumujące się (Nils Elle?)
Nieśność
Zmienność wybranych cech u ludzi:
Zmienność barwy oczu (barwa niebieska jest recesywna w stosunku do innych)
Dziedziczenie oprawy oczu (duże i okrągłe dominujące względem małych i wąskich, długie rzęsy są dominujące względem krótkich, oczy proste są dominujące skośnych typu europejskiego, japońskie dominujące względem europejskich skośnych i prostych)
Barwa w
łosów (ciemne dominujące wobec jasnych, rude recesywna, determinowane jest to przez wiele genów)
Dziedziczenie kształtów ucha (jedno genowa, przyrośnięty płatek jest recesywny względem wolnego)
Dziedziczenie kształtu nosa (orli wygięty dominuje nad prostym, grzbiet wysoki i wąski dominuje nad niskim i szerokim, nozdrza szerokie dominują nad wąskimi)
Genetyka cech ilościowych:
Zmienność określonej cechy szacujemy poprzez kilka parametrów:
Wartość średnia
Zakres zmienności (min-max)
Wariancje
Odchylenia standardowe
Skośność
Kurtozę
i inne
Geny o addytywnym działaniu (tj. nie wykazujące dominacji)
Wariancja (V)
N- liczba badanych osobników
x1- wartość cechy u każdego osobnika
- wartość średnia
Skład alleli warunkujących powstawanie grup krwi w różnych ludzkich populacjach mendlowskich
Częstość alleli tego samego genu może być różna w obrębie gatunku
W populacjach ludzkich są 3 allele- IA ,IB ,I0; warunkujące powstanie czterech grup krwi A, B, AB i 0 (genotypy IAIA, IAI0,IBIB, IBI0, IAIB, I0I0)
Częstość alleli IA IB I0 są różne w populacjach ludzkich
p(IA) q(IB) r(I0)
Indie z AM. Płd 0.067 0.022 0.910
India z AM.płn 0.092 0,023 0,889
Francuzi 0.262 0,074 0.657
Polacy 0,365 0.163 0,570
Filipińczycy 0,082 0,109 0,804
Japończycy 0,301 0,161 0,535
Częstość allelu I0 w Europie
U europejczyków wysokie częstości allelu I0 (powyżej 65%) występuje tylko u basków i Irlandczyków
Zmienność fenotypowa ( wariancja fenotypowa)
Vp = VG+VE
Vp- wariancja fenotypowa, ma dwa składniki:
VG - wariancja genetyczna
VE - wariancja środowiskowa
Wariancja genetyczna VG ma trzy składniki:
VA - addytywna wariancja genetyczna (sumujące się efekty alleli; heterozygoty są pośrednie, efekty alleli są równorzędne)
VD - wariancja wynikająca z dominacji
VI - wariancja epistatyczna wynikająca z interakcji
VG= VA + VD + VI
Kojarzenie wsobne- inbred
Kojarzenie nie losowe- większe prawdopodobieństwo kojarzenia z krewnymi niż z osobnikami nie spokrewnionymi
W miarę wzrostu kojarzenia wsobnego wzrasta częstość genotypu homozygotycznego a zmniejsza się o tą samą wartość częstości heterozygot, F to współczynnik wsobności, wzrasta ze wzrostem wsobności. Zatem F stanowi miarę spadku heterozygotyczności w porównaniu z populacją panmiktyczną tych samych częstościach alleli.
Współczynnik wsobności
H= H0(1-F) lub F= (H0-H)/H0
H- częstość heterozygot
H0- częstość heterozygot jakiej się oczekuje w losowo kojarzącej się populacji (2pq)
|
p |
q |
p |
pp |
pq |
q |
pq |
Model przedstawiający zwiększanie się proporcji osobników homozygotycznych w wyniku samozapłodnienia
Populacja krzyżujących się heterozygot Aa x Aa to w F1 powstaje 25% AA, 50% Aa, 25% aa
Rozmnażając dalej tylko heterozygoty powodujemy, że w populacji poprzez samozapłodnienia w 10 pokoleniu heterozygoty będą stanowiły 0,1 wszystkich osobników
Nastąpił rozdział populacji na dwie homozygotyczne linie- AA i aa
Depresja wsobna- ujawnienie się w fenotypie szkodliwych alleli recesywnych i utrwalanie się tych genotypów
Depresja wsobna zwykle może dotyczyć żywotności, płodności
Skutki kojarzeń krewniaczych:
Zależą od stopnia spokrewnienia kojarzących się osobników
U gatunków rozdzielnopłciowych przy kojarzeniu się potomstwa (u rodzeństwa) wzrost homozygotyczności następuje wolniej niż u gatunków z samozapłodnieniem.
Prawo Hardy'ego - Weinberga
Populacja mendlowska- zbiór osobników zdolnych do wzajemnego krzyżowania, a w związku z tym posiadających wspólną pule genową.
Populacja mendlowska:
Gatunek a populacja mendlowska- gatunek to zbiór populacji mendlowskiej
Czy izolowane populacje stanowią populację mendlowską
A co z populacjami o rozmnażaniu wegetatywnym.
Panmiksja :
Jednakowe prawdopodobieństwo do kojarzenia się osobników w obrębie populacji mendlowskiej.
Prawo Hardy'ego - Weinberga
Niech populacja spełnia następujące warunki:
Spełniona jest panmiksja
Dobór naturalny jest wykluczony nie obserwuje się imigracji ani emigracji
Brak mutacji
Populacja jest odpowiednio liczna
To częstość alleli w populacji nie zmienia się z pokolenia na pokolenie
A częstość genotypów jest zależna jedynie od częstości genów i wynosi w przypadku dwóch alleli A i a w jednym locus - p2(AA), 2pq (Aa), q2(aa)
p - częstość allela A, q częstość allela a
p+q= 1, (p+q)2= p2+2pq+q2
Zasięg sosny zwyczajnej na świecie
Cechy ilościowe dobrze jest badać na podstawie gatunków o dużym zasięgu
Np. Pinus sylvestris od Hiszpanii po Turcję, północną Europę i środkową Azję
Badania:
Porównanie cech anatomicznych igieł na podstawie osobników z 6 miejsc w Polsce (na północy i południu)
Np. liczba kanałów żywicznych to cecha jakościową, a szerokość igły jest cechą ilościową
Brano pod uwagę 7 cech, dla których policzono średnią, odchylenie standardowe i błąd standardowy
Wyniki: niektóre populacje odstawały w wynikach od pozostałych, trzeba brać tu również pod uwagę warunki środowiska ponieważ np. jedno ze stanowiska znajdowało się na ple (dla tych co nie pamiętają to te torfowce które zarastają oczka wodne, po których biegaliśmy w Słowińskim )