Ekologia molekularna. wykład 4

Podobne dokumenty
Ekologia ogólna. wykład 4. Metody molekularne Genetyka populacji

PORÓWNYWANIE POPULACJI POD WZGLĘDEM STRUKTURY

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 1 Biologia I MGR /

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 3 Biologia I MGR

Ekologia molekularna. wykład 3

Ekologia molekularna. wykład 9

Genetyka Populacji

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT DRYF GENETYCZNY EFEKTYWNA WIELKOŚĆ POPULACJI PRZYROST INBREDU

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT 1. RÓWNOWAGA GENETYCZNA POPULACJI. Prowadzący: dr Wioleta Drobik Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

Ekologia molekularna. wykład 6

1 Genetykapopulacyjna

2. CZYNNIKI ZABURZAJĄCE RÓWNOWAGĘ GENETYCZNĄ

Bliskie Spotkanie z Biologią. Genetyka populacji

Zarządzanie populacjami zwierząt. Efektywna wielkość populacji Wykład 3

Genetyka populacji. Efektywna wielkość populacji

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 4 Biologia I MGR

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja

Selekcja, dobór hodowlany. ESPZiWP

GENETYKA POPULACJI. Fot. W. Wołkow

Podstawy genetyki populacji. Populacje o skończonej liczebności. Dryf. Modele wielogenowe.

Genetyka ekologiczna i populacyjna W8

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Badania genetyczne nad populacją jelenia w północno-wschodniej Polsce

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja.

2. CZYNNIKI ZABURZAJĄCE RÓWNOWAGĘ GENETYCZNĄ

Dobór naturalny. Ewolucjonizm i eugenika

GENETYCZNE PODSTAWY ZMIENNOŚCI ORGANIZMÓW ZASADY DZIEDZICZENIA CECH PODSTAWY GENETYKI POPULACYJNEJ

Zmienność. środa, 23 listopada 11

Modelowanie ewolucji. Dobór i dryf genetyczny

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Pokrewieństwo, rodowód, chów wsobny

1 Podstawowe pojęcia z zakresu genetyki. 2 Podstawowy model dziedziczenia

Ewolucjonizm NEODARWINIZM. Dr Jacek Francikowski Uniwersyteckie Towarzystwo Naukowe Uniwersytet Śląski w Katowicach

Genetyka populacyjna

Księgarnia PWN: Joanna R. Freeland - Ekologia molekularna

Zadania maturalne z biologii - 7

Spokrewnienie prawdopodobieństwo, że dwa losowe geny od dwóch osobników są genami IBD. IBD = identical by descent, geny identycznego pochodzenia

Genetyka populacji. Ćwiczenia 7

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja

WSTĘP. Copyright 2011, Joanna Szyda

Anna Szewczyk. Wydział Geodezji Górniczej i InŜynierii środowiska AGH

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja

Wprowadzenie do genetyki medycznej i sądowej

Ekologia molekularna. wykład 1

Podstawy genetyki populacji SYLABUS A. Informacje ogólne

Genetyka populacyjna. Populacja

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT SPOKREWNIENIE INBRED

Szacowanie wartości hodowlanej. Zarządzanie populacjami

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Dryf genetyczny i jego wpływ na rozkłady próbek z populacji - modele matematyczne. Adam Bobrowski, IM PAN Katowice

Genetyka populacji. Analiza Trwałości Populacji

Elementy teorii informacji w ewolucji

Ocena zmienności genetycznej jesionu wyniosłego w Polsce. Jarosław Burczyk

DOBÓR. Kojarzenie, depresja inbredowa, krzyżowanie, heterozja

Mitochondrialna Ewa;

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Ocena wartości hodowlanej. Dr Agnieszka Suchecka

Ekologia molekularna. wykład 14. Genetyka ilościowa

Monitoring genetyczny populacji wilka (Canis lupus) jako nowy element monitoringu stanu populacji dużych drapieżników

Teoria ewolucji. Podstawy wspólne pochodzenie.

KARTA PRZEDMIOTU. Metoda sprawdzenia efektu kształcenia Ocena umiejętności zastosowania wiedzy teoretycznej

Definicja. Odziedziczalność. Definicja. w potocznym rozumieniu znaczy tyle co dziedziczenie. Fenotyp( P)=Genotyp(G)+Środowisko(E) V P = V G + V E

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Wpływ struktury krajobrazu na przestrzenną zmienność genetyczną populacji myszy leśnej Apodemus flavicollis w północno wschodniej Polsce

Ekologia ogólna. wykład 3

Jaki koń jest nie każdy widzi - genomika populacji polskich ras koni

Genetyka populacyjna. Wiesław Babik tel pokój konsultacje czwartek 15 16

Depresja inbredowa i heterozja

Dobór naturalny i dryf

Ekologia wyk. 1. wiedza z zakresu zarówno matematyki, biologii, fizyki, chemii, rozumienia modeli matematycznych

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Imię i nazwisko...kl...

Psychometria PLAN NAJBLIŻSZYCH WYKŁADÓW. Co wyniki testu mówią nam o samym teście? A. Rzetelność pomiaru testem. TEN SLAJD JUŻ ZNAMY

Biologia medyczna, lekarski Ćwiczenie ; Ćwiczenie 19

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Ćwiczenia nr 4. Programy komputerowe stosowane do analizy danych molekularnych

a) Zapisz genotyp tego mężczyzny... oraz zaznacz poniżej (A, B, C lub D), jaki procent gamet tego mężczyzny będzie miało genotyp ax b.

METODY STATYSTYCZNE W BIOLOGII

Ochrona leśnej różnorodności genetycznej

Adam Łomnicki. Tom Numer 3 4 ( ) Strony Zakład Badania Ssaków PAN Białowieża adam.lomnicki@uj.edu.

Teoria ewolucji. Losy gatunków: specjacja i wymieranie. Podstawy ewolucji molekularnej

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. WERYFIKACJA HIPOTEZ PARAMETRYCZNYCH X - cecha populacji, θ parametr rozkładu cechy X.

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Mapowanie genów cz owieka. podstawy

CECHY ILOŚCIOWE PARAMETRY GENETYCZNE

Teoria ewolucji. Dryf genetyczny. Losy gatunków: specjacja i wymieranie.

Ograniczenia środowiskowe nie budzą wielu kontrowersji, co nie znaczy że rozumiemy do końca proces powstawania adaptacji fizjologicznych.

Badania asocjacyjne w skali genomu (GWAS)

Depresja inbredowa vs. Heterozja

Metody Rozmyte i Algorytmy Ewolucyjne

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Genetyka populacyjna. Populacja

o cechach dziedziczonych decyduje środowisko, a gatunki mogą łatwo i spontanicznie przechodzić jedne w drugie

The influence of habitat isolation on space use and genetic structure of stone marten Martes foina population

Adam Łomnicki. Tom Numer 3 4 ( ) Strony Zakład Badania Ssaków PAN Białowieża adam.lomnicki@uj.edu.

Sekwencjonowanie nowej generacji i rozwój programów selekcyjnych w akwakulturze ryb łososiowatych

Transkrypt:

Ekologia molekularna wykład 4

Zróżnicowanie między populacjami

Przyczyny odchyleń od HWE Czynniki demograficzne nielosowe kojarzenie wsobność (inbred) struktura genetyczna populacji (subpopulacje) migracje Czynniki ewolucyjne działanie doboru mutacje Czynniki losowe dryf wykład 3/3

Heterozygotyczność =proporcja heterozygot w populacji. Utożsamiana ze zmiennością genetyczną, jeden z podstawowych parametrów w ekologii molekularnej. Interpretacja z punktu widzenia osobnika: Prawdopodobieństwo, że jest heterozygotą w danym locus Aa Jak obliczyć heterozygotyczność? Sposób 1. Z prawa H-W: p2 + 2pq + q2 = 1 2pq udział heterozygot Proste dla 2 alleli, im więcej alleli tym bardziej skomplikowane (np. 6 alleli 21 kombinacji) wykład 4/4

Heterozygotyczność Sposób 2. Z frekwencji alleli He= xi frekwencja allelu i m liczba alleli Kiedy heterozygotyczność jest największa? gdy p1 = p2 = Dla 10 alleli przy p=0.1, HE=0.9 Uwaga. Przy liczeniu nie bierzemy pod uwagę frekwencji genotypów tylko frekwencję alleli wykład 4/5

Statystyki F zmienność wewnątrz populacji lokalnych obs=hi exp=hs zmienność między populacjami lokalnymi zmienność całkowita (całej metapopulacji) exp=ht wykład 4/6

liczba alleli = 2 x liczba genotypów Statystyki F: przykład AA Aa aa p q populacja 1 125 250 125 0.5 0.5 populacja 2 50 30 20 0.65 0.35 populacja 3 100 500 400 0.35 0.65 H obs Hexp Fis = (Hobs-Hexp) / Hexp_ pop1 250/500 = 0.5 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5 (0.5-0.5)/0.5=0 pop2 30/100 = 0.3 2 x 0.65 x 0.3 = 0.46 (0.46-0.3)/0.46=0.341 pop3 500/1000=0.5 2 x 0.35 x 0.65 = 0.46 (0.46-0.5)/0.46= -0.099 wykład 4/7

Statystyki F: przykład Fis (współczynnik wsobności) mniejsza liczba heterozygot niż oczekiwana sugeruje inbreeding większa outbreeding (mechanizm przeciw kojarzeniu wsobnemu) Fis pop1 (0.5-0.5)/0.5 = 0 H obs = H exp pop2 (0.46-0.3)/0.46 = 0.341 H obs < H exp pop3 (0.46-0.5)/0.46 = -0.099 H obs > H exp wykład 4/8

Statystyki F Heterozygotyczność w populacjach HI obserwowana heterozygotyczność w subpopulacjach liczymy z frekwencji alleli H S oczekiwana heterozygotyczność w subpopulacjach H T oczekiwana heterozygotyczność w całej populacji wykład 4/9

Statystyki F F IS (współczynnik inbredu) spadek heterozygotyczności w wyniku nielosowych kojarzeń w subpopulacjach Hs Hi Fis= Hs F ST spadek heterozygotyczności w wyniku podziału na subpopulacje Ht Hs Fst= Ht F IT łączny spadek heterozygotyczności wywołany nielosowymi kojarzeniami w subpopulacjach i między subpopulacjacmi Ht Hi Fit= Ht

Statystyki F HI H obs pop1 pop2 pop3 250/500 = 0.5 30/100 = 0.3 500/1000=0.5 Hexp 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5 2 x 0.65 x 0.3 = 0.46 2 x 0.35 x 0.65 = 0.46 średnia obserwowana heterozygotyczność w subpopulacjach HI = (Hobs1 * N1 + Hobs2 * N2 + Hobs3 * N3) / Ncałkowite =(0.5 x 500 + 0.3* 100 + 0.5* 1000)/ 1600 = 0.4875 HS średnia oczekiwana heterozygotyczność w subpopulacjach HS = (Hexp1 * N1 + Hexp2 * N2 + Hexp3 * N3) / Ncałkowite =(0.5 x 500 + 0.46* 100 + 0.46* 1000)/ 1600 = 0.4691 HT średnia oczekiwana heterozygotyczność w całej populacji wyliczona na podstawie uśrednionego p i q dla subpopulacji wykład 4/11

Statystyki F HI = 0.4875 HS = 0.4691 HT = 0.4858 Statystyki F (wreszcie!) Fis = (HS HI) / HS = - 0.0393 Fst = (HT HS) / HT = 0.0344 Fit = (HT HI) / HT = -0.0036 AA Aa aa 1 125 250 125 2 50 30 20 3 100 500 400 Interpretacja 3.4% (Fst=0.034) całkowitej zmienności genetycznej można przypisać podziałowi na subpopulacje Cała populacja nie wykazuje sygnału inbredu (Fit ~ 0) W populacji 2 widać inbred, w populacji 3 namiar heterozygot wykład 4/12

Fst w praktyce MHC mikrosatelity FST=0.093 FST=0.066 42 6 07 0. 0 0. TAŁTY 1 12 0. URWITAŁT 9 06 0. 2 07 0. 7 08 0. Kloch et al., 2010, Mol.Ecol PILCHY wykład 4/13

Współczynnik Fst: struktura populacji heterozygotyczność obserwowana Fst 1- heterozygotyczność oczekiwana Miara zróżnicowania populacji na skutek struktury genetycznej Określa swobodę przepływu genów między populacjami Odpowiada standaryzowanej wariancji częstości alleli między populacjami Interpretacja wartości F ST (Wright) Jaki % zmienności między populacjami można wyjaśnić strukturą (podziałem na subpopulacje) 0.00-0.05 swobodny przepływ genów 0.05-0.15 umiarkowane zróżnicowanie 0.15-0.25 wysokie zróżnicowanie >0.25 populacje izolowane wykład 4/14

Izolacja przez dystans (IBD) Fst Fst=0.01 Fst=0.11 odległość między populacjami (km) Fst=0.08 Jeżeli przepływ genów spada z odległością, zróżnicowanie wzrasta z odległością Brak IBD w przypadku niedawnej ekspansji (mało czasu na zróżnicowanie) wykład 4/15

Izolacja przez dystans (IBD) Im większa odległość, tym większe zróżnicowanie między lokalnymi populacjami wykład 9/16

Czynnik wpływające na strukturę populacji W zależności od biologii organizmów oczekujemy różnych poziomów zróżnicowania genetycznego Rośliny zapylane przez osiadłe owady powinny mieć większe zróżnicowanie między populacjami i małą zmienność wewnątrzpopulacyjną wiatropylne powinny wykazywać małe różnice międzypopulacyjne Zwierzęta Zdolne do dalekich dyspersji powinny wykazywać małe zróżnicowanie w porównaniu z organizmami osiadłymi. wykład 4/17

Efekt Walhunda Występuje, gdy: Mamy dwie izolowane populacje w równowadze H-W różniące się częstościami alleli, ale myślimy, że pobieramy próbę z jednej populacji tak nam się wydaje populacja 1 populacja 2 razem p 0.9 0.1 (0.1+0.9)/2 = 0.5 q 0.1 0.9 (0.9+0.1)/2 = 0.5 2x0.9x0.1 = 0.18 2x0.1x0.9 = 0.18 2 x 0.5 x 0.5 = 0.5 proporcja heterozygot (2pq) taki jest faktyczny układ Pozorny niedobór heterozygot wynika z podziału populacji na dwie subpopulacje! wykład 4/18

Inbred Współczynnik Fis określa prawdopodobieństwo, że dwa allele w danym locus u jednego osobnika są identyczne przez pochodzenie. allele autozygotyczne identyczne przez pochodzenie allele allozygotyczne nieidentyczne przez pochodzenie Aa rodzice gamety A AA a A Aa A a samozapłodnienie potomstwo Aa AA aa homozygoty autozygotyczne A a a A A homozygoty allozygotyczne wykład 4/19

Inbred: skutki Cechą charakterystyczną inbredu jest nadmiar homozygot: Hobs < Hexp W populacjach o skończonej wielkości inbred wzrasta z pokolenia na pokolenie nawet przy losowym kojarzeniu wykład 4/20

Inbred: skutki Rodzaj systemu kojarzenia wpływa na wartość współczynnika wsobności wykład 4/21

Bottleneck Można go wykryć badając zmiany frekwencji alleli między pokoleniami. Niska zmienność w populacji sugeruje bottleneck. wykład 4/22

Bottleneck Skutki bottlenecku zależą od: stopnia redukcji liczebności ile pokoleń trwał spadek liczebności tempa migracji Odzyskiwanie heterozygotyczności Odzyskiwanie heterozygotyczności wykład 4/23

Migracje Uwaga W genetyce populacyjnej taki sam efekt daje przemieszczenie osobników, jak tylko ich gamet (np. nasiona) wykład 4/24

Rodzaje migracji okresowość raz w życiu ( bilet w jedną stronę ) roczne dobowe odległość duży dystans lokalne migracje w czasie: uśpienie, formy przetrwalnikowe mały dystans okresowe (dobowe) Duży dystans, jednorazowe motyl monarcha Duży dystans, okresowe mały dystans coroczne (rozród) kopytne w Afryce

Model metapopulacji źródło-ujście wyspowy steppingstone (2D) metapopulacja steppingstone (3D) wykład 4/26

Migracja jednokierunkowa pq m p* q* Po t pokoleniach, przy tempie migracji na pokolenie m, częstość allelu A w małej populacji (wyspowej) wynosi: pt = p* + (1-m)t (p0-p*) częstość allelu p powoli dąży do wartości p* Proces ten przypomina pojawianie się mutacji w populacji wyspowej, ale jest szybszy wykład 4/27

Model wyspowy Populacje są duże (można zaniedbać dryf) Takie samo tempo migracji między każdą parą populacji p1 m/3 p2 m/3 m/3 p3 pt = p + (1-m)t (p0-p) gdzie p to średnia częstość allelu A w subpopulacjach =(p1 + p2 + p3)/3 Matematycznie równania są identyczne, ale trzeba pamiętać, że ten model uwzględnia też migracje powrotne wykład 4/28

Migracje a dywergencja Ze współczynnika Fst można wyliczyć tempo migracji Nm = efektywna liczba migrantów na pokolenie Fst = 1 4Nm + 1 1 1 Nm= * Fst-1 4 Wnioski Wystarczy 1 migrant na pokolenie by populacje nie różnicowały się pod wpływem dryfu. Migracja jest siłą przeciwdziałającą dryfowi zmniejsza dywergencję między populacjami. Wpływ liczby migrantów na pokolenie (Nm) na częstość alleli

Migracje a dywergencja Allendorf and Phelps (1981)

Szacowanie przepływu genów Problemy z Nm: zakłada brak doboru i mutacji szansa migracji między dowolnymi dwoma populacjami taka sama (niezgodne z IBD) nie uwzględnia innych procesów np. bottleneck Przykład Dineutus assimilis (krętakowate) Nurnberger i Harrison, 1995 Zbadano tempo migracji między czterema zbiornikami Na podstawie Fst Nm wyniosło 2.12 badanie CMR pokazało, że średnio migruje 8 osobników Przyczyną rozbieżności są regularne bottlenecki w każdym zbiorniku zawyżone Fst wykład 4/31

Testy przypisania Przypisanie osobników do populacji, z której prawdopodobnie pochodzą, na podstawie profilu genetycznego tej populacji. Obliczanie algorytmem ML (maximum likelihood) lub Bayesowskim Najczęściej wykorzystuje się program STRUCTURE (Pritchard i in. 2000). Zaleta: nie trzeba zakładać a priori liczby grup wykład 4/32

p-stwo Testy przypisania 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 liczba grup (populacji) Biedrzycka, praca doktorska wykład 4/33

Podsumowanie mutacje rozmnażanie płciowe dobór równoważący migracje zmienność genetyczna dobór kierunkowy bottleneck inbred dryf niskie N / Ne zwiększają zmniejszają wykład 4/34

Następne zajęcia 8 listopada