Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Diverse NTNU-kurs som inneholder populasjonsgenetikk: Emner og tema Innen BI 211 (2 timer): Kort innføring i teori og modellverk. Innen AK 304 (10 timer):

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Diverse NTNU-kurs som inneholder populasjonsgenetikk: Emner og tema Innen BI 211 (2 timer): Kort innføring i teori og modellverk. Innen AK 304 (10 timer):"— Utskrift av presentasjonen:

1 Diverse NTNU-kurs som inneholder populasjonsgenetikk: Emner og tema Innen BI 211 (2 timer): Kort innføring i teori og modellverk. Innen AK 304 (10 timer): Genetiske adaptasjoner hos naturlige bestander. Innen BI 260 (10 timer): Hvordan de 4 evolusjonære kreftene sammen med karakteristiske trekk ved artenes biologi påvirker deres genetiske strukturering. Innen BI 360 (20 timer): Fokus på praktisk populasjonsgenetisk metodikk og aktuelle resultater i marine problemstillinger. BI 315 (35 timer): Laboratoriekurs med bred praktisk innføring i klassiske og moderne analytiske teknikker samt programvarebaserte data-analyser i populasjonsgenetikk. BI 310 (30 timer): Videregående om populasjonsgenetikken og dens verktøy. Genetisk likevekt, konse- venser av avvik fra panmiksi. Seleksjon og differensiering. 1

2 Populasjonsgenetikk [Genfrekvensenes variasjon i tid og rom] Genetiske ”nivåer”: - individ - familie - populasjoner - arter & høyere taxa Pop.genetikk opererer med statistisk ideelle populasjoner: [ beskrevet av briten Hardy og tyskeren Weinberg ved århundreskiftet ] - panmiktisk [tilfeldig parring] - ingen mutasjoner [som kan forandre genfrekvensene] - ingen tilfeldig genetisk drift [dvs uendelig stort individantall] - ingen immigrasjon fra andre populasjoner - ingen seleksjon [alle genotyper på alle loci har like høy fitness] De 4 evolusjonære kreftene = de som kan forandre genfrekvenser: - mutasjoner - tilfeldig genetisk drift - immigrasjon - seleksjon 2

3 3 Hvordan kan vi studere frekvenser av enkeltgener? Drosophila sp.; anatomiske mutasjoner Cepaea hortensis; skallfarge/mønster Salmo trutta; småprikking Cellulose-acetat isozymerIFPAG proteiner PAGE mikrosatellitter PCR / PAGE direkte sekvensering Homo sapiens; rulle tunge på langs

4 5 Isoelektrisk fokusering

5 6

6 TOLKNING AV BÅNDMØNSTRE PÅ GEL Generelt vil det forventede antall bånd være (Harris & Hopkinson 1977): I = (L + h + n -1)! / n!(L + h -1)! der L=antall loci, h=antall heterozygote loci pr individ, og n=antall subenheter pr protein. 8

7 TEST FOR HARDY-WEINBERG TILPASNING H 0 : Stikkprøven kan være tatt fra en populasjon der AA, AB, og BB er fordelt i samsvar med Hardy-Weinberg likevektsproporsjoner. H 1 : Stikkprøvens proporsjoner av AA, AB, og BB avviker for mye fra HW-likevekt til at H 0 kan være riktig. AAABBBNqAqB Obervert Beregnet (HW) kji-kvadrat(34-36) 2 /36(52-48) 2 /48(14-16) 2 /16 Samlet kji-kvadrat = = Frihetsgrader (DF) = 3 -2 = 1, P (sannsynlighet for ‘worse fit’) = Konklusjon: H 0 beholdes. Det at fordelingen av AA, AB, og BB i en stikkprøve er i samsvar med Hardy-Weinberg forventnings-verdier kan tas som en betydelig støtte for at karakteren er arvelig og kodes av alleler på ett locus. Hardy-Weinbergs teorem: "I en panmiktisk populasjon (tilfeldig parring) er det forventede forhold mellom frekvensen av de forskjellige genotyper på et locus med to allel (frekvenser p og q) uttrykt ved binominalformelen (p+q) 2 = (p 2 + 2pq + q 2 ). I fravær av påvirkning fra de evolusjonære kreftene (1-4 under ‘ Evolusjonære krefter’ ovenfor) er genfrekvenser og genotypefrekvenser konstante over generasjoner og kan således tjene som populasjonskarakteristika." 9

8 TEST FOR GENETISK HETEROGENITET MELLOM STIKKPRØVER For å teste eventuelle forskjeller mellom stikkprøver bruker vi en RxC (rows by columns) kji-kvadrat test. Vi tester gjerne både genotypefordeling og allelfordeling. Den sistnevnte er statistisk sett den sterkeste. Betrakt to stikkprøver på N=100 hver, og et locus med to allel (A og B): Genotyper_______ Stikkprøve AA AB BBN Prøve 1 36(26) 48(48) 16(26) 100 Prøve 2 16(26) 48(48) 36(26) Total ===================================================== Nullhypotesen som skal testes er at stikkprøvene er tatt fra samme populasjon. I så fall vil vårt beste estimat av den sanne genotypefordeling være den som observeres i totalmaterialet. Derfor benytter vi genotypefordelingen i totalmaterialet til å beregne hva som ”skulle ha vært” i de to enkeltprøvene (vi ”glemmer” Hardy-Weinberg fordeling i denne sammenheng). Forventet antall AA i Prøve 1 blir f.eks. ((52/200)*100)=26. Som ved alle kji-kvadrat tester finner vi testobservator slik: Kvadrer forskjellen mellom observert og forventet verdi, og divider kvadratet med observert verdi. Resultatene fra allel tallparene summeres. Antall frihetsgrader ved en slik ”kontingenstabell test” er (R-1)x(C-1). For ovenstående genotypefor-deling får vi verdien kji-kvadrat=15.38, DF=2. Fra en kji-kvadrat tebell finner vi da at P= Hvis vi skal teste forskjellen i allelfordeling mellom disse to stikkprøvene, ser tabellen slik ut: Allel _ Stikkprøve A B N Prøve 1 120(100) 80(100) 200 Prøve 2 80(100) 120(100) Total ===================================================== Samlet kji-kvadrat verdi for denne fordelingen er lik Her er det imidlertid bare én frihetgrad, så P-verdien (P= ) blir lavere enn ved genotype-testen ovenfor. Imidlerid; i begge tilfeller kan vi trygt forkaste nulllhypotesen, siden P<<

9 Genetisk differensiering og genetisk struktur Sewall Wright’s Fst (relativt mål for differensiering): Evolusjon kan defineres som enhver forandring i genfrekvens. De evolusjonære kreftene (mutasjon, genetisk drift, genstrøm og seleksjon) vil over tid føre til forskjellige genfrekvenser i forskjellige populasjoner. Det finns flere modeller for å beskrive denne genetiske differensieringen. En av de mest kjente og mest anvendte er Sewall Wright’s “Mainland-Island Model”. Den tar utgangspunkt i en situasjon der en start-populasjon (Mainland) splittes i en rekke subpopulasjoner (Islands), og beskriver den genetiske differensieringen mellom disse over generasjoner i formler som tar hensyn til f.eks. populasjonsstørrelse, migrasjonsrater og antall generasjoner. Wright benytter et spesielt mål - F st - for graden av differensiering. Beregning av Fst er basert på størrelsen Heterozygositet (H) som kan beregnes for grupperinger på forskjellige nivå (sub- og totalpopulasjon). Den observerte heterozygositet er rett og slett proporsjonen av heterozygoter i en stikkprøve. Den beregnede (forventede) heterozygositet (H) på et locus er derimot definert ved allelfrekvensene: H = 1-  xi 2 der x i er frekvensen av det i-te allel. Gjennomsnittlig forventet H skrives med en ‘bar’ over H og er det aritmetiske gjennomsnitt av H på de undersøkte loci (som regel både monomorfe og polymorfe loci). F st = 1 - H mean / H total der H mean er det aritmetiske gjennomsnitt av enkeltheterozygositetene i alle subpopulasjonene, mens H total er den forventede heterozygositet basert på den felles allelfrekvens i summen av alle subpopulasjonene. Det vil gå frem av formelen at F st er lik 0 når subpopulasjonene er helt like, og 1 når de er fiksert for forskjellige allel. Wright’s F st måles for enkeltloci. Masatoshi Nei har angitt et mål som nyttiggjør seg informasjon fra mange loci samtidig. Målet er analogt til Wright’s F st, men beregnes ved hjelp av allelfrekvenser heller enn genotypefrekvenser (idet det antas Hardy-Weinberg likevekt på alle loci i alle subpopulasjoner) og kalles G st. Nei’s I og D (absolutte mål for differensiering): Masatoshi Nei har også anvist et annet mål, D, (“Genetic Distance”) som gir et estimat av de absolutte genetiske forskjeller mellom populasjoner (“.. det gjennomsnittlige antall aminosyresubstitusjoner pr locus”). Dette målet benytter allelfrekvenser på mange loci, og beregnes for hvert locus via størrelsen I (“Genetic Identity”) som har følgende formel: I =  x i y i / SQR[ (  x i 2 )(  y i 2 )], og videre defineres D = - ln(I) der x i og y i er frekvens av det i-te allel i populasjon X og Y, respektive (SQR betyr kvadratrot). Man beregner så det aritmetiske gjennomsnitt av D for det aktuelle antall loci. 11

10 Drosophila genetisk drift: Ne = 16 (8 hanner & 8 hunner)Balansert seleksjon (human sigdcelle-celle anemi) Evolusjonære krefter: Eksempler

11

12 Mulighetene ved kunstig seleksjon

13 Sewall Wright’s ”Adaptive landscapes”

14 Purpursnegl (Nucella sp.) Utbredt over hele nord-Atlanteren. Svært store populasjoner med relativt like miljøbetingelser. Kan foreta lange migrasjoner, men viser ikke noen nøyaktig homing. Pelagiske egg- og larvestadier som kan vare i flere måneder. Trives i kalde og tempererte strøk. Omfattende genetiske studier har vist relativ lite genetisk differensiering. Utbredt over hele nord-Atlanteren. Anadrom (gyter i ferskvann). Relativt små elvepopulasjoner og betydelige forskjeller i miljø- faktorer mellom hver elv. Bentiske egg-, larve- og yngelstadier. Trives i kalde og tempererte strøk. Kan foreta lange migrasjoner, men viser ekstremt nøyaktig ”homing”. Omfattende studier av genetisk struktur har indikert en moderat grad av genetisk differensiering. N. lamellosa er utbredt på USAs østkyst. Relativt små gytegrupper. Lever i fjæresonen (flodmålet), der det kan være svært store mikro- geografiske forskjeller i habitat og miljø. Liten bevegelsesevne, men viser tendenser til ”homing”. Bentiske egg-kapsler der larven utvikler seg til et ”mikro-individ” før de kommer ut. Ingen pelagiske stadia. Trives i kalde og tempererte strøk. Studier av genetisk struktur har påvist betydelig grad av genetisk differensiering både på liten og stor geografisk skala.

15 Utbredelse og vandringer for torsk, laks og Nucella sp.

16 Torskestammen i Barentshavet

17 Cod sampling sites (of Mork et al. 1985)

18 CLUSTER ANALYSE OG KONSTRUERING AV DENDROGRAM 12

19 UPGMA dendrogram, and ’isolation by distance’ for cod (Mork et al. 1985)

20

21

22

23 Wright’s Fst for en del arter med forskjellig biologi

24 Lokal (TBS) MS-DOS genetikk freeware: Zaykin: zhiHW.exe, zhiRxC.exe Mork : hweq2.exe, chiRxC.exe, dg25da.exe, dg27f.exe, Gst&d.exe, hetzyg.exe, p14.exe Programvare for populasjonsgenetisk analyse Windows genetikk freeware MS-DOS genetikk freeware Windows programmer for data- redigering

25 13


Laste ned ppt "Diverse NTNU-kurs som inneholder populasjonsgenetikk: Emner og tema Innen BI 211 (2 timer): Kort innføring i teori og modellverk. Innen AK 304 (10 timer):"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google