Ekologia molekularna. wykład 10

Transkrypt

1 Ekologia molekularna wykład 10

2 Zasięg gatunku wykład 10/2

3 Środowisko Człowiek rozumny posiada bardzo szeroki zasięg występowania, nie dorównuje mu w tym względzie żaden inny ssak. Zamieszkuje on wszystkie kontynenty, choć na Antarktydzie nie osiedlił się na stałe. Dodatkowo nieliczne osobniki wystrzelono w pojeździe napędzanym silnikiem rakietowym w kosmos. (Wikipedia) wykład 10/3

4 Human Genome Project mld dolarów kilkadziesiąt laboratoriów kilkuset badaczy (kilka stron autorów) 15 lutego lutego 2001 wykład 10/4

5 Human Genome Project Technika 1. Rozbicie genomu na fragmenty bp. 2. Utworzono z nich BACe (bacterial artifical chromosome) 3. BAC namnożone z użyciem aparatu bakteryjnego. 4. Każdy BAC sekwencjonowany oddzielnie techniką shotgun. Hierarchiczny shotgun wykład 10/5

6 Human Genome Project

7 Human Genome Project Kluczowe odkrycia par zasad genów, podobnie jak u innych ssaków dużo więcej duplikacji niż przypuszczano Zmienność SNP średnio 1/1000bp w euchromatynie SNP nie są rozłożone równomiernie wykład 10/7

8 Zawartość genomu Kodujące DNA transkrybowane na mrna i podlegające translacji zajmuje 2% genomu Niekodujące DNA (ncrna) 98% genomu rybosomalne RNA, trna regulatorowe (mirna, lnrna etc) pseudogeny sekwencje repetytywne elementy mobline (transpozony) wykład 10/8

9 Zawartość genomu genów (standard dla zwierząt) wielkość genu: mediana: 26,288 bp, średnia 66,577 bp wykład 10/9

10 HapMap project Cel: charakterystyka zmienności genetycznej człowieka genotypowanie tylko częstych SNP (frekwencja > 1%) powiązanie zmienności genetycznej (wariantów) z chorobami 269 osobników, 10 obszarów po 500kB 1 mln SNP wykład 10/10

11 HapMap project MAF<0.05 singletony pozostałe Udział rzadszych alleli w obserwowanej heterozygotyczności The International HapMap Consortium, Nature 437, 2005 Rozkład częstości alleli wykład 10/11

12 1000 genomes project Wykazano znaczną rolę indeli Każda osoba miała średnio wariantów powodujących utratę funkcji genu wariantów kojarzonych z chorobami dziedzicznymi Tempo mutacji de novo linii płciowej oszacowano na 10-8/parę zasad/pokolenie Start w 2008r 2000 osób, różne populacje wykład 10/12

13 Nierównowaga sprzężeń Korelacja między allelami wynikająca z ich pierwotnego położenia na tym samym chromosomie

14 Nierównowaga sprzężeń Po co badać LD? Gdyby wszystkie polimorfizmy były niezależne, trzeba by każdy badać osobno. Ze względu na LD sprzężone allele dziedziczą się razem wykład 10/14

15 Miary LD r częstość rekombinacji r=0.5 dla oddzielnych chromosomów wykład 10/15

16 Miary LD D różnica między obserwowaną i oczekiwaną frekwencją alleli D=równowaga D nierównowaga D = x11 p1q1 lub D = (x11)(x22) (x12)(x21) r 2 korelacja między parą loci r=0 loci w LD r=1 loci w całkowitej nierównowadze (silne sprzęgnięcie) D2 r = p1p2q1q2 2 wykład 10/16

17 Nierównowaga sprzężeń Jeśli nie ma rekombinacji, cała zmienność jest wynikiem mutacji Wartości r2 odzwierciedlają historię genealogii dla par loci D'=1 r2 od do 1.0 HapMap Consortium, Nature 437, 2005

18 Nierównowaga sprzężeń Afryka Azja środkowa i centralna Ferrer-Admetlla et al., J Immunol 2008 wsch. Azja Europa

19 Nierównowaga sprzężeń LD w genomie człowieka Reich i i. Nature 411, 2001 wykład 10/19

20 Nierównowaga sprzężeń LD niskie przy telomerach LD podwyższone w okolicy centromerów LD koreluje z długością chromosomu Chromosomy wartość r2 HapMap Consortium, Nature 437, 2005 wykład 10/20

21 Struktura populacji średnie Fst u ludzi jest małe (Fst<0.01) istnieje wiele Fst różnicujących silnie populacje (Fst>0.25) Weir i in. Genome Res wykład 10/21

22 Struktura populacji dane z >400 genomów, sekwencjonowanie NGS wykorzystano też ancient DNA gradient frekwencji alleli odzwierciedla historię populacji Nature 538, 2016 wykład 10/22

23 Historia populacji xxx Nielsen et al, Nature 541, 2017 wykład 10/23

24 Historia populacji wykład 10/24

25 Historia populacji xxx Nielsen et al, Nature 541, 2017 wykład 10/25

26 GWAS Genome Wide Association Study poszukiwanie związków między wariantami genetycznymi a chorobami porównanie zmienności (SNP) u chorych i zdrowych Obliczanie związków alleli z podatnością Manhattan plot wykład 10/26

27 GWAS: stwardnienie rozsiane Baranzini et al, Human Mol Genet 2009

28 Genetyczne podłoże chorób xxx Bush i Moore, PloS Comp Biol 2012

29 Wpływ doboru na zmienność genetyczną Patogeny stanowią istotną siłę ewolucyjną silny wpływ na dostosowanie Elementy układu odpornościowego, które mogą ewoluować pod doborem ze strony pasożytów Barreiro i Quintana Murci, Nature Rev Genet 2011 wykład 10/29

30 Związki funkcjonalne Barreiro i Quintana Murci, Nature Rev Genet 2011 wykład 10/30

31 Patogeny i dobór Barreiro i Quintana Murci, Nature Rev Genet 2011 wykład 10/31

32 Enterotypy Dominują Firmicutes i Bacteriodetes, przy czym te ostatnie najbardziej różnorodne między próbami Enetrobiota nie jest ciągła, tylko tworzy wyraźnie oddzielone zgrupowania Można wyróżnić enterotypy, które są niezależne od pochodzenia człowieka Skład mikroflory Podział na enterotypy

33 Enterotypy txt Skład zgrupowania bakterii zależy od diety (konsumpcji mięsa). Weyrich et al., Nature 2017 wykład 13/33

34 Ewolucja a dieta Paleolit padlina, mięso, owoce (łowcy-zbieracze skrobia? (ogień, 5000 lat p.n.e.) Rewolucja rolnicza (neolit) Żyzny Półksiężyc, 9.5 tys lat temu samoczynna mutacja pszenicy uprawy celiaklia wykład 13/34

35 Ewolucja a dieta Pułapki ewolucyjne mózg zużywa 25% energii (80% u noworodków) glukoza najlepszym paliwem cukrzyca Wyspa Nauru bogate złoża fosforytów (I poł XXw) epidemia cukrzycy typu II (30%) 94.5% mieszkańców cierpi na otyłość wykład 13/35

36 Pozostałe zajęcia (dr Anna Karnkowska) (dr Anna Karnkowska) egzamin 7.02, w tej sali wykład 10/36