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:

1. Zmienność genetyczna pochodzi z :

1. Mutacji- genowe, chromosomowe i genomowe

2. Zmienność niedziedziczna- kształtuje ją środowisko (stanowi efekt interakcji genotypu i środowiska):

1. Wiek, stadium rozwojowe

2. 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- I^A ,I^B ,I⁰; warunkujące powstanie czterech grup krwi A, B, AB i 0 (genotypy I^AI^A, I^AI⁰,I^BI^B, I^BI⁰, I^AI^B, I⁰I⁰)

Częstość alleli I^A I^B I⁰ są różne w populacjach ludzkich

p(I^A) q(I^B) 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)

V_p = V_G+V_E

• V_p- wariancja fenotypowa, ma dwa składniki:

• V_G - wariancja genetyczna

• V_E - wariancja środowiskowa

Wariancja genetyczna V_G ma trzy składniki:

• V_A - addytywna wariancja genetyczna (sumujące się efekty alleli; heterozygoty są pośrednie, efekty alleli są równorzędne)

• V_D - wariancja wynikająca z dominacji

• V_I - wariancja epistatyczna wynikająca z interakcji

V_G= V_A + V_D + V_I

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	Qq

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 )