Vliv nenáhodného oplození na genetickou strukturu populací. Vliv nenáhodného oplození na genetickou strukturu populací

Transkript

1 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi Doposud: jako jeden z p edpoklad modelové populace jsme uvažovali náhodné oplození (panmixii) v mnoha p írodních populacích však neplatí volba partnera neprobíhá náhodn, ale podle fenotypu pozitivní výb rové oplození (asortativní) jedinci volí partnera fenotypov podobného negativní výb rové oplození (disasortativní) jedinci volí partnera fenotypov odlišného výb rové (asortativní) oplození pozitivní nebo negativní nenáhodnéoplození inbriding (p íbuzenské k ížení)

2 Vliv nenáhodného oplození na genetickou strukturu populace u náhodného oplození bylo genotypové složení populace (alely A, a; p A = q a = 0,5) podle tabulky AA (25 %) : Aa (50 %) : aa (25 %) odpovídá HW pom ru Vliv nenáhodného oplození na genetickou strukturu populace v p ípad extrému - úplného pozitivního výb rového oplození k ížily by se pouze shodné genotypy (AA x AA, Aa x Aa, aa x aa) po první generaci se zvýší podíl homozygot (42 % každý) a sníží se podíl heterozygot (17 %) Vliv nenáhodného oplození na genetickou strukturu populace naopak v p ípad úplného negativního výb rového oplození k ížily by se pouze odlišné genotypy (6 r zných možností) po první generaci se zvýší podíl heterozygot (67 %) a sníží se podíl homozygot (17 % každý) D sledky výb rového oplození na genetickou strukturu populace d sledky pozitivního výb rového oplození jsou složité a závisí na ad faktor nap. na po tu gen determinujících sledovaný znak, po tu alel p íslušných gen, po tu r zných fenotyp, pohlaví, z jehož strany se výb rové oplození uskute uje atd. obecn lze ale íci (viz úvodní tabulka) že: pozitivní výb rové oplození vede v populaci k nár stu etnosti homozygot na úkor heterozygot negativní výb rové oplození vede v populaci k nár stu etnosti heterozygot na úkor homozygot

3 P íklady výb rového oplození 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi typickým p íkladem je rozmnožování u v tšiny druh rodu Primula jako d sledek tzv. heterostylie v populacích t chto rostlin jsou p ibližn stejn zastoupeny rostliny pin a thrum hmyzí opylova i, kte í pracují na povrchu kv tu sbírají v tšinou pyl thrum a p enáší jej na blizny pin naopak opylova i, kte í pracují uvnit kv tu, sbírají v tšinou pyl pin a p enáší jej na blizny thrum = výsledkem je tedy negativní výb rové oplození thrum aa pin Aa P íklady výb rového oplození P íklady výb rového oplození P íkladem pozitivního výb rové oplození u rostlin je rozdíl v délce a dob kvetení Pozitivní výb rové oplození se vyskytuje také u lov ka je-li délka kvetení velmi krátká pak rostliny v tšinou vykvétají na za átku sezony a p ednostn se opylují s asov stejn kvetoucími rostlinami naopak pozdn kvetoucí rostliny se zase opylují s t mi pozdními nap íklad volba partnera podle: fyzického vzhledu t lesné výšky vysoké ženy a malí muži si volí partnera výškov podobného (Stulp et al., 2013) barvy o í modroocí muži ast ji volí modrooké ženy, zelenoocí muži vybírají ast ji zelenooké partnerky (Laeng et al., 2007) etnického p vodu, inteligence apod. partnera sob podobného si volíme až v 80 % p ípad míra tohoto výb rového oplození je však r zná v r zných populacích v n kterých je zanedbatelná (oplození je náhodné), v jiných je významná

4 P íklady výb rového oplození Pozitivní výb rové oplození u lov ka existuje i pro ur ité socioekonomické parametry nebo vzorce chování (nap. kou ení, konzumace alkoholu, víra apod.) nap. v USA nalezena mezi páry vstupujícími do manželství vysoká kladná korelace k po tu místností v byt jejich rodi tyto vlastnosti již však nejsou podmín ny geneticky a z hlediska analýzy struktury populace nás nezajímají Negativní výb rové oplození u lov ka je vzácn jší typicky se jedná o výb r pohlaví heterosexuální svazky jsou výrazn preferovány nebo výb r k výšce postavy malé ženy a vysocí muži si volí partnera výškov výrazn odlišného malé ženy volí vysoké muže a vysocí muži volí menší partnerky (Stulp et al., 2013) P íklady nenáhodného oplození nenáhodné oplození u lov ka m že být ovlivn no také dalším typem chování nap íklad ve vysp lých spole nostech se mohou ast ji setkávat lidé trpící ur itou vzácnou genetickou poruchou (nejsou separováni a naopak se sdružují, t eba i celé rodiny s podobným problémem) p íkladem mohou být tábory d tí s cystickou fibrózou nebo hemofilií, setkávání se rodin s celiakií (alergie na lepek) víme, že v b žné populaci jsou heterozygoti pro CF zastoupeni s etností asi 1 na 22, avšak u p íbuzných postižených d tí, kte í se takto setkávají, jsou až 2/3 z nich p enaše pokud dojde ke s atk m mezi t mito p íbuznými, kte í se díky spole nému problému svých rodin poznali, pak zde op t dochází k nenáhodnému oplození P íklady nenáhodného oplození jiný p íklad nenáhodného oplození byl nalezen u n kterých druh Drosophila - výhoda vzácných same k p i oplození sami ky jsou p ednostn oplozovány same ky vzácného fenotypu nap íklad v experimentální populaci D. pseudoobscura byl studován vliv r zného zastoupeni jedinc homozygotn recesivních pro oranžové zbarvenío í a homozygotn recesivních pro purpurové zbarvení pokud byli v populaci vzácní same ci s oranžovýma o ima (20 % ze všech same k ), pak se ú astnili na 30 % pozorovaných pá eních naopak pokud byli vzácní same ci s purpurovýma o ima (20 % same k ), zú astnili se až 40 % pozorovaných pá ení P íklady nenáhodného oplození Výhoda vzácných fenotyp p i volb partnera byla zjišt na i u lov ka muži i ženy volili jako zajímav jší sestavy, kde byla jedna z barev vlas významn vzácn jší (Thelen, 1983) muži vybírali ze 3 sestav žen: 1) samé brunety = 100 % brunet 2) 1 bruneta a 5 blondýn = 20 % brunet 3) 1 bruneta a 11 blondýn = 9 % brunet preference muž rostla od sestavy 1) k sestav 3) = preferovali siln ji sestavu s více vzácn jšími brunetami podobná preference ze strany žen k muž m byla slabší výb r partnera se vzácn jším fenotypem v kombinaci s odchylkou v pom ru pohlaví pravd podobn zp sobil rozší enísv tle zbarvených o í (a z ásti také sv tlého zbarvení vlas a k že) v evropských populacích

5 P íklady nenáhodného oplození zvláštním p ípadem nenáhodného oplození jsou p ípady, kdy se ur itý jedinec pá í s mnoha dalšími jedinci a p ispívá tak extrémním zp sobem do genofondu populace neodpovídající jeho etnosti v populaci p íkladem je dnes hojn využívaná um lá inseminace u skotu jeden ur itý genotyp (býk) oplodní stovky krav (genetická rizika rychlého rozší ení vzácných mutací) vzácn se takové p ípady stanou i u lov ka: P íklady nenáhodného oplození jiný p íklad z dávné doby mongolský vále ník ingischán ( ) m l mnoho manželek a zanechal mnoho potomk dnes jeho chromozom Y (haploskupina C3, M217) nese 16 milion muž ( etnost je 1 ze 200 muž, asi 0,5 % celosv tové populace muž ) nap. v Jižní Africe, v oblasti Kapského m sta žil jeden ínský emigrant byl nositelem vzácné dominantní mutace vypadávání zub p ed 20. rokem života m l 7 žen, v dalších generacích se tato anomálie objevila u 70 z celkem 356 jeho potomk P íklady nenáhodného oplození vliv nenáhodného oplození se projevil také u arizonských indián kmene Hopi vysoká etnost albinizmu - 1/200 p í inou této vysoké etnosti mohou být zvyky P íklady nenáhodného oplození k dalším podobným p íklad m výb rového oplození pat í vztahy pod ízenosti a nad ízenosti, vále ná tažení apod. nad ízení (vedoucí) jedinci skupiny mají více potomk než ostatní, asto i násiln nap. u ady zví at, ale i u lov ka muži albíni ( asto šamani) jsou osvobozeni od jakékoliv práce as tráví v obydlí (tím jsou chrán ni p ed UV zá ením) a pomáhají ženám pravd podobn v tší kontakt s ženami zp sobuje, že mají více potomk než ostatní muži samec gorily

6 p edstavuje ur itý druh nenáhodného oplození 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi mezi p íbuznými docházík oplození ast ji než by se dalo o ekávat na základ náhodnosti zvyšuje homozygotnost v populaci - p íbuzní jedinci jsou si genotypov podobn jší než jedinci nep íbuzní inbriding má tedy podobný efekt jako pozitivní výb rové oplození, avšak u n j jsou ovlivn ny pouze geny výb ru, zatímco inbriding ovliv uje všechny geny extrémním p ípadem inbridingu je samoopylení (velmi rozší ené u rostlin) v populaci lov ka je nej ast jším p ípadem inbridingu s atek mezi bratrancem a sest enicí Genotypové etnosti p i inbridingu d sledkem je zvyšování etnosti homozygot na úkor heterozygot d sledky inbridingu v podob samooplození p edpov d l už Mendel každou generaci poklesne heterozygotnost o 1/2, etnost homozygot a heterozygot bude v generaci n: (2 n 1) : 1 AA Aa aa!!! Ve skriptech je špatné záhlaví tabulky!!! Genotypové etnosti p i inbridingu v další generacích homozygoti plodí op t pouze homozygoty a heterozygoti tvo í potomstvo op t ve stejných etnostech 1/4 : 1/2 : 1/4 tedy ve druhé generaci po samoopylení budou genotypové etnosti: AA: (1/4) (1) + (1/2) (1/4) = 3/8 Aa: (1/2) (1/2) = 2/8 aa: (1/4) (1) + (1/2) (1/4) = 3/8 tyto etnosti již tedy nejsou v HW proporcích, pon vadž je zde p ebytek homozygot a nedostatek heterozygot ve t etí generaci pak budou genotypové etnosti: 7/16 : 2/16 : 7/16 = tedy ješt v tší nedostatek heterozygot než v generaci p edcházející v první generaci po samoopylení klasický mendelovský genotypový pom r pro potomstvo monohybrida odpovídá HW proporcím 1/4 AA, 1/2 Aa a 1/4 aa p i p A = q a = 0,5 alelové etnosti však z stávají nezm n ny p = 1/2 (viz tabulka)

7 Genotypové etnosti p i inbridingu alelové etnosti však z stávají nezm n ny p = 1/2 AA Aa aa alelové etnosti: po jedné generaci samooplození: p = (1/4) + (1/2)(1/2) = 1/2 po dvou generacích: p = (3/8) + (1/2)(2/8) = 1/2 po t ech generacích: p = (7/16) + (1/2)(2/16) = 1/2 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi inbriding tedy sám o sob nem ní alelové etnosti (nep sobí-li selekce) vlivy inbridingu se kvantitativn vyjad ují jako tzv. koeficient inbridingu, který vyjad uje práv pokles heterozygotnosti vliv inbridingu srovnáním podílu heterozygot ve sledované populaci s podílem heterozygot v populaci s panmixií jako p íklad jeden gen, alely A, a, etnosti p a q, p + q = 1 aktuální etnost heterozygot ozna íme jako H etnost heterozygot v populaci s panmixií H 0 = 2pq vliv inbridingu lez pak vyjád it jako F = (H 0 H) / H 0 koeficient inbridingu tedy m í postupnou redukci heterozygot v populaci, relativn k populaci s náhodným oplozením se stejnými etnostmi alel etnost heterozygot H lze vyjád it jako: H = H 0 H 0 F = H 0 (1 - F) = 2pq (1 F) zm na heterozygotnosti zp sobená inbridingem pomocí F si lze také odvodit etnosti homozygot nap. etnost AA: P p i HW p = p 2 + 1/2 (2pq) tedy p = P + 1/2H a H = 2pq (1 F) tedy P = p 1/2 H po dosazení tedy dostaneme: P = p [2pq (1 F)] / 2 a po úpravách (viz skripta) P = p 2 + pqf (tedy HW, jen etnost heterozygot je upravena o vliv inbridingu) genotypové etnosti v populaci s inbridingem lze tedy vypo ítat jako: AA: p 2 + pqf Aa: 2pq 2pqF Aa: q 2 + pqf pqf vyjad uje vliv inbridingu - pokud bude F = 0, pak jsou etnosti op t p 2 : 2pq : q 2 - pokud bude F = 1 (úplný inbriding), pak budou v populaci jen homozygoti v podílech p a q

8 Pozn.: pro situaci s mnohonásobnými alelami platí vztah analogicky alely A 1, A 2. A n s etnostmi p 1, p 2..p n, kde p 1 +p 2 +.+p n = 1 etnost homozygot A i A i = p i2 (1-F) + p i F heterozygot A i A j = 2p i p j (1-F) koeficient inbridingu lze také interpretovat v termínech pravd podobnosti (využívá se p i výpo tu F z rodokmen ) dv alely na homologickém úseku u inbredního jedince mohou být identické p vodem, tzn. byly odvozeny replikací z jedné alely v n jaké p vodní populaci alely n jakého genu identické p vodem nazýváme jako autozygotní avšak alely téhož genu nemusí p edstavovat jen repliky jediné p vodní alely = nejsou tedy identické p vodem = alely alozygotní autozygotní v tabulce s Mendelovým k ížením hrachu nyní máme v posledním sloupci uveden koeficient inbridingu F práv v termínech pravd podobnosti, že stejné alely jsou identické p vodem alozygotní AA Aa aa alely identické p vodem koeficient inbridingu F pak v tomto pojetí vyjad uje pravd podobnost, že dv alely genu ur itého jedince jsou identické p vodem jinými slovy se jedná o pravd podobnost, že se u kteréhokoliv jedince sejdou alely identické p vodem

9 AA Aa aa AA Aa aa v první generaci po samoopylení máme stejnou etnost heterozygot (Aa) a homozygot (AA, aa) alely u heterozygota jsou samoz ejm neidentické p vodem (A x a) naopak u homozygot jsou ob alely identické p vodem, pon vadž vznikly jako kopie jedné a téže alely (bu A nebo a) p i tvorb gamet tedy podíl jedinc, kte í nesou v první generaci po samooplození dv alely identické p vodem = celková etnost homozygot, tedy 1/2 a tedy F = 1/2 ve druhé generaci se bude potomstvo skládat z týchž homozygot s alelami identickými p vodem tento podíl (1/2) p vodem identických alel pocházejících od homozygot bude zachován ve všech následujících generacích po samooplození a navíc se bude zvyšovat na úkor samooplození heterozygot (v potomstvu heterozygot bude zase 1/2 potomk homozygotních a s alelami identickými p vodem) tedy F ve druhé generaci: F = 1/2 + (1/2)(1/2) = 3/4 AA Aa aa v každé další generaci pak hodnota F vzroste o polovinu hodnoty heterozygot v p edchozí generaci takto stanovený koeficient inbridingu je hodnotou relativní autozygotnost vztahujeme k n jaké p vodní populaci, v níž žádná z alel není identická p vodem za t chto podmínek pak F vyjad uje pravd podobnost, že dv alely n jakého genu jedince vznikly replikací jedné alely pozd ji, než je doba existence této p vodní populace pokud tedy tato p vodní populace není inbrední, pak F = 0 a F stávajícípopulace pak m í inbriding, který nastal v asovém rozmezí n kolika málo generací (obvykle krátká doba, takže lze zanedbat možnost vzniku spontánní mutace) autozygotní jedinci, musí být tedy homozygotní pro n kterou alelu na lokusu, který sledujeme naopak alozygotní jedinci pak mohou být jak homozygoty, tak i heterozygoty ve sledovaném lokusu (viz obrázek)

10 vztah alel v genotypech aktuální populace vzhledem k jejich p vodu koeficient inbridingu se však nemusí vztahovat jen k alelám ur itého jedince v širším slova smyslu m žeme F definovat jakopravd podobnost, že jakékoliv dv náhodn vybrané alely v populaci jsou identické p vodem pak jej lze využít k m ení genetické p íbuznosti uvnit i mezi populacemi Vlivy inbridingu 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi u druh, u nichž za normálních okolností nedochází k inbridingu, je úplný nebo tém úplný inbriding škodlivý tém úplné autozygotnosti lze u v tšiny druh dosáhnout opakovaným k ížením mezi bratrem a sestrou takto lze nap íklad dosáhnout autozygotnosti jednotlivých chromozom u drozofily a demonstrovat si tak škodlivost inbridingu

11 Vlivy inbridingu Vlivy inbridingu Cy Pm - na chromozomu. 2 máme dv dominantní mutace Curly a Plum - navíc je zde n kolik dlouhých inverzí = neprobíhá rekombinace - provádí se jednopárová k ížení same k se sami kami Cy/Pm - v potomstvu každého k ížení se vybere jeden same ek Cy/+ a zp tn se k íží se sami kou Cy/Pm Cy Pm - v potomstvu se izolují same ci a sami ky Cy/+ a k íží se mezi sebou - v potomstvu se pak po ítají p eživší jedinci Cy/Cyjsou letální, tedy o ekáváme, že 1/3 p eživších bude homozygotních pro chromozom divokého typu (rovná k ídla, autozygot +/+) - zárove se provádí k ížení heterozygotních same k Cy/+ s heterozygotními sami kami nesoucí odlišný chromozom divokého typu - v potomstvu pak o ekáváme, že 1/3 ponese dva r zné chromozomy divokého typu (alozygot +/+) Vlivy inbridingu Vlivy inbridingu pozorované výsledky jsou uvedeny v grafu Distribuce životnosti homozygot a heterozygot divokého typu vzhledem k druhému chromozomu Drosophila melanogaster. Výsledek testování 691 homozygotních kombinací a 688 heterozygotních kombinací. - homozygotní (autozygotní) genotypy mají relativn malou životnost, asi 37 % homozygot bylo letálních - homozygoti se stejnou životností jako heterozygoti m li tém všichni redukovanou fertilitu = vidíme zjevn škodlivé vlivy takto vyvolaného inbridingu = tyto škodlivé vlivy jsou vyvolány p edevším vzácnými recesivními alelami (x alozymy jsou b žn v homozygotních sestavách) = ozna ujeme je jako inbrední deprese škodlivé d sledky inbrední deprese lze b žn pozorovat u v tšiny druh s náhodným oplozením ím je inbriding intenzivn jší, tím jsou jeho vlivy v d sledku homozygotizace škodliv jší totéž platí i pro lov ka, avšak u n j nelze tyto d sledky experimentáln zm it obecn je nap íklad pozorováno, že d ti ze s atk bratrance se sest enicí jsou v pr m ru v r zných m ítcích mén zdatné než d ti z nep íbuzenských s atk a defekty jsou tam asi 2,5krát ast jší než v obecné populaci ( etnost je b žn jen asi 3 %) p estože p íbuzenské s atky zvyšují etnosti genetických abnormalit, jsou v n kterých populacích b žn praktikovány i preferovány (p edevším s atky bratrance se sest enicí nebo strýce s nete í) nap. v n kterých ástech Východní Afriky a Indie je p íbuzenských s atk 20 až 50 % kolem

12 Vlivy inbridingu riziko p íbuzenských s atk se vyjad uje jako riziko postižení potomka z p íbuzenského s atku relativn k riziku u potomka v nep íbuzenském s atku q 2 (1 F) + qf / q 2 nap. riziko s atku bratranec x sest enice: riziko samotného p íbuzenského s atku je q 2 (1 F) + qf, kde F d tí tohoto s atku je 1/16 (budeme odvozovat za chvíli) a etnost recesivní alely je 0,01 Vlivy inbridingu riziko inbridingu je tím v tší, ím vzácn jší je škodlivá recesivní alela koeficient inbridingu a tedy stanovení p íbuznosti však m že být využito také ke studiu historie a p vodu r zných populací nap.: studium podobnosti mtdna a chromozomu Y u obyvatel starobylé a geograficky izolované mikropopulace ostrova Sardinie 0,01 2 (1-1/16) + 0,01(1/16) = 0, riziko u nep íbuzenského s atku je q 2, tedy 0,0001 relativní riziko tohoto s atku pak je 0, / 0,0001 = 7,1875 tedy riziko narození recesivního homozygota je asi 7krát v tší Vlivy inbridingu Vlivy inbridingu Zajímavost: nap.: studium podobnosti mtdna a chromozomu Y u obyvatel starobylé a geograficky izolované mikropopulace ostrova Sardinie dle archív v roce 1000 n.l. asi 200 osídlenc 1640 až 1870 se po etnost populace zdvojnásobila a v roce 1990 už m la len dle analýzy DNA 50 % sou asné populace pochází pouze ze 2 otcovských a 4 mate ských linií a 86 % populace nese tentýž chromozom X je tu vysoká etnost hypertenze a nemoci ledvin odhaduje se, že celosv tov je asi 960 milion manželských pár p íbuzných (v domé s atky) avšak k nenáhodnému oplození p ispívá i endogamie uzavírání manželství v rámci kmene nebo jiného podobné uskupení komunity v takových komunitách pak nar stá riziko p íbuzenských s atk a nebo jsou dokonce praktikovány (nap. n které židovské komunity) rizik m lze p edcházet, pokud je možné heterozygoty odhalit molekulárn -genetickou analýzou Takový program nyní funguje od roku 1980 u Žid Aškenazi Dor Yeshorim (Committee for Prevention of Genetic Diseases) zavedl jej Rabbi Joseph Ekstein, kterému v letech 1965 až 1983 zem ely 4 z 5 d tí na Tay-Sachsovu chorobu

13 Vlivy inbridingu testováno již p es lidí na celkem 10 r zných chorob (Tay-Sachsova choroba, CF, Fanconiho anemie, Bloom v syndrom a další) výsledky jsou anonymní a p ístup k nim je p es íselný kód PIN lenové si pak p ed uzav ením s atku mohou ov it, zda nejsou oba p enaše i stejné choroby v p ípad, že jsou oba heterozygoti, považuje se za rozumné, aby zm nili plány o uzav ení manželství kritici poukazují na eugenické postoje zastánc 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi O p íbuzenských s atcích u lov ka bude dále více pojednáno v kapitole Inbriding v praxi Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen pro výpo et F z rodokmene je vhodn jší zjednodušená forma zápisu rodokmene Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen koeficient inbridingu jedince I ozna íme jako F I p edstavuje pravd podobnost, že I je autozygotní pro alely na autozomovém lokusu, který sledujeme Postup výpo tu F I : 1) ur ení všech spole ných p edk v rodokmenu alela se m že stát autozygotní u jedince I pouze pokud byla zd d na p es oba jeho rodi e od jim spole ného p edka (tady A) 2) ur ení všech možných cest gamet, které vedou od jednoho rodi e jedince I ke spole nému p edku a zp t k druhému rodi i (možnosti jak se alela stane autozygotní) uvažováni jsou jen ti jedinci, kte í p ispívají gametami a mají spole né p edky (ú astní se na vzniku potomk - viz spojovací áry) a naopak vypušt ni jsou jedinci, kte í nemají spole né p edky (nep ispívají tedy k inbridingu jedince I) v uvedeném p ípad existuje pouze jediná taková cesta = = DBACE (spole ný p edek se podtrhne)

14 Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Postup výpo tu F I : 3) výpo et pravd podobnosti autozygotnosti podmín né každou z cest pro cestu DBACE je postup znázorn n na obrázku šipky zna í cestu gamet a ísla pak pravd podobnosti, že alely jsou identické p vodem dle principu segregace je to pro všechny jedince (vyjma spole ného p edka) 1/2 tedy pravd podobnost spole ného p edka A je (1/2) (1 + F A ) pro? AA tvo í gamety, které mohou dát AA, AA, AA, AA s pravd podobností 1/4 alely identické p vodem alely identické p vodem jen pokud by byl už jedinec A autozygotní vyjád eno jako F A Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Postup výpo tu F I : celkov je pravd podobnost pro první oblou ek: 1/4 + 1/4 + (1/4) F A + (1/4) F A = 1/2 + (1/2) F A = = (1/2) (1 + F A ) cesty p enosu alel jsou však na sob nezávislé, takže celková pravd podobnost autozygotnosti jedince I na této cest p enosu je 1/2 x 1/2 x (1/2) (1 + F A ) x 1/2 x 1/2 = = (1/2) 5 (1 + F A ) exponent p edstavuje po et jedinc na cest p enosu z uvedeného tedy vyplývá, že obsahuje-li cesta p enosu p es spole ného p edka ijedinc, bude pravd podobnost autozygotnosti podmín né touto cestou: (1/2) i (1 + F A ) Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Postup výpo tu F I : Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Nap.: s atek bratrance se sest enicí tedy v našem p íkladu bude F I = (1/2) 5 (1 + F A ) je-li F A = 0 (jedinec A nemá žádné p íbuzné p edky), pak to bude jen (1/2) 5 = 1/32 ve složit jších rodokmenech však bývá více než jedna cesta p enosu alel celkový koeficient inbridingu v takovém rodokmenu je pak sou tem pravd podobnosti autozygotnosti uskute n né každou jednotlivou cestou Nap.: s atek bratrance se sest enicí

15 Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Nap.: s atek bratrance se sest enicí spole ní p edci jsou dva Aa B a tedy dv cesty p enosu FDACE FDBCE celkový koeficient inbridingu je tedy sou tem t chto dvou cest a za p edpokladu, že A a B jsou neinbrední (F A = F B = 0), pak Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Tabulka ukazuje velikost koeficientu inbridingu (F) potomstva k ížení jedinc stupni p íbuznosti (r): v r zném Obecn : F I = (1/2) 5 + (1/2) 5 = 1/16 pravd podobnost, že jedinec I je autozygotní na ur itém lokusu je 6,25 % F I = (1/2) i (1 + F A ) = sou et cest p es všechny p edky i = po et jedinc na každé cest A = spole ný p edek na každé z cest r = 2F nebo F = (1/2) r r F sourozenci 50,0 % 25,0 % bratranec x sest enice 12,5 % 6,25 % Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen uvedený postup výpo tu platí pouze pro geny na autozomech pro výpo et F pro geny vázané na pohlaví existuje analogický zp sob výpo tu 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi

16 Zajímavost odhad p íbuznosti z izonymie izonymie sdílení stejného p íjmení p íjmení jsou v mnoha spole nostech d di ná patrilineárn (v otcovské, mužské linii), matrilineárn nebo kmenov, klanov apod. p edpoklad -lidé se stejným p íjmením jsou si p íbuzn jší etnost p íjmení v populaci pak m že odrážet stupe p íbuznosti odhad stupn p íbuznosti založený na izonymii navržen v roce 1857 Georgem Darwinem (syn Ch. Darwina), více rozpracováno až po více než 100 letech zjistilo se, že pokud se hodnota izonymie vyd lí koeficientem inbridingu, je výsledkem vždy stejné íslo, 4. Nap.: bratr a sestra mají izonymii = 1 a F potomka je 1/4, po vyd lení = 4 bratranec a sest enice mají izonymii = 1/4 a F = 1/16, výsledek je op t 4 izonymie lze tedy využít pro výpo et koeficientu inbridingu, odhad p íbuznosti Zajímavost odhad p íbuznosti z izonymie p i výpo tu izonymie se stanovuje etnost izonymie v populaci etnost p íjmení Výhody: údaje o etnosti p íjmení je možné lehce získat z r zných registr *, matrik, telefonních seznam apod., velký vzorek jedinc (oproti nap. analýze fenotypu nebo DNA) etnosti nejsou zatíženy selekcí (jsou selek n etnostem mnoha gen ) neutrální oproti alelovým Nevýhody: mnohá p íjmení, zejména ta velmi astá, nemají spole ný p vod do liniové d di nosti zasahují nelegitimní svazky, adopce d tí, p ijetí p íjmení od matky/otce apod. p íkladem využití je studie z USA z roku 2001, kdy bylo analyzováno více než 18 milion telefonních ú astník a p íjmení. * Zajímavost odhad p íbuznosti z izonymie spolehlivost byla ov ena experimentem, kdy byla shoda a p íbuznost na základ p íjmení srovnána se sekven ní analýzou chromozomu Y muži se stejným p íjmením by m li také sdílet stejný chromozom Y ve studii z roku 2000 bylo takto testováno p íjmení Sykes ze 48 náhodn vybraných muž jménem Sykes m lo 21 identický haplotyp chromozomu Y neshoda u ostatních m že ukazovat na nelegitimní oplození, avšak interpretace výsledk je složitáa nejednozna ná nap. mohlo existovat více zakladatel linie Sykesových, mutace v haplotypech, p vod apod. 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi

17 Pravidelné systémy oplození p i šlecht ní je dobré znát, jak rychle vzr stá koeficient inbridingu p i pravidelném systému oplození nap. opakované samooplození, opakované p íbuzenské k ížení bratr x sestra nebo zp tné k ížení se standardním jedincem obrázek ukazuje výpo et F nap. v p ípad opakovaného samooplození Pravidelné systémy oplození samooplození pak vede k velmi rychlému vzr stu koeficientu inbridingu nap. p i F 0 = 0, pak F 1 = 1/2, F 2 = 3/4, F 3 = 7/8, F 4 = 15/16 atd. AA Aa aa oblou ky kolem jedince t-1 ozna ují pravd podobnost, že dv stejné alely jsou identické p vodem vzorec pro výpo et koeficientu inbridingu se zde vztahuje pouze na jednu cestu a pouze jednoho jedince na této cest F t = (1/2) 1 (1 + F t-1 ) tento vzorec se v tšinou p evádí na ešení vztahu 1 F t, což je tzv. panmiktickýindex po úpravách pak dostaneme 1 - F t = (1/2) t (1 F 0 ) F 0 = koeficient inbridingu v po áte ní generaci mnoho rostlin v etn hospodá sky významných se rozmnožuje práv samooplozením nap. je men, pšenice, sója apod. z toho vyplývá, že jsou pak vysoce homozygotní pro r zné alely (nap. pro alozymy), ale polymorfizmus je srovnatelný s druhy s náhodným oplozením jde pouze o reorganizaci genetické variability do homozygotních sestav Pravidelné systémy oplození výhodou je, že rostliny se samooplozením obvykle obsahují mén škodlivých recesivních alel (eliminace alel v ast jších homozygotních sestavách vlivem p írodního výb ru) také homozygotnost všech gen zp sobuje, že zpravidla nedochází ke vzniku nových typ gamet po rekombinaci (vznikají tém jen rodi ovské sestavy) a zpomaluje se tak dosažení rekombina ní rovnováhy (i proto, že je zde nedostatek dihybrid ) extrémní p ípady rekombina ní nerovnováhy byly nalezeny práv u druh s p evažujícím samooplozením (Hordeum vulgare, je men nebo Avena barbata, oves) 1) vliv a d sledky na genetickou strukturu populace p íklady výb rového oplození 2) Genotypové etnosti p i inbridingu Vlivy inbridingu Výpo et koeficientu inbridingu z rodokmen Odhad p íbuznosti z izonymie Pravidelné systémy oplození Inbriding v praxi

18 Inbriding v praxi Inbriding v praxi využívá se hlavn ve šlechtitelství cílem je získat jedince s žádoucími fenotypy - nap. maximální snáška vajec, dojivost nebo výnosnost u zem d lských plodin k tomu se využívá jednak selekce (výb r jedinc s extrémními fenotypy) a pak také systematický inbriding (zisk co nejhomogenn jších odr d a plemen zvýšením homozygotnosti) systematický inbriding však vede k inbrednídepresi snížení zdatnosti menší plodnost, životnost, náchylnost k chorobám a stresu atd. v p írodních populacích se u samosprašných rostlin inbrední deprese neprojevuje - p írodní výb r udržuje škodlivé recesivní alely v nízkých etnostech alely jsou eliminovány, jakmile se nacházejí v homozygotním stavu v takových populacích je sice vysoká homozygotnost, avšak jen v t ch alelách, které nemají tak negativní ú inky naopak u druh s náhodným oplozením (živo ich i rostlin) vede inbriding k inbrednídepresi recesivní alely jsou p evážn v heterozygotním stavu a inbridingem se p eskupují do škodlivého homozygotního stavu i p es negativní projevy inbrední deprese našly ve šlecht ní inbrední linie velmi významné uplatn ní tyto vysoce homozygotní linie se používají pro zisk heterozygotního (hybridního) potomstva, které má v tšinou výrazn vyšší zdatnost než jejich inbrední rodi e - nap. vyšší životnost, plodnost nebo velikost - hybridní zdatnost = heteroze heteroze bylo poprvé využito k získání vysoce produktivních hybrid kuku ice pozd ji využita u celé ady dalších rostlin i živo ich heterozní efekt je maximální pouze v první generaci hybrid = nap. u rostlin pak nutná neustálá p íprava inbredních linií pro zajišt ní produkce hybridního osiva Inbriding v praxi negativní d sledky inbridingu u živo ich jsou dokladovány nap. u ps, kde došlo ke zvýšení výskytu dysplazie ky lí, epilepsie nebo zhoršení funkce imunitního systému Inbriding v praxi zám rný inbriding bez inbrední deprese chov a obnovení chovu starokladrubských koní-mírný inbriding i úzké p íbuzenské pá ení inbridingu se využívá i experimentáln, nap. k zisku inbredních kmen myší opakovaným k ížením bratr x sestra lze velmi ú inn zredukovat genetickou variabilitu již po 20 generacích takového k ížení sdílejí jedinci v dané linii více než 98 % týchž alel na stejných lokusech dnes jsou již také komer n b žn dostupné linie, které jsou potomky až 100 generací takového k ížení

19 Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky k t sn jším p íbuzenským s atk m typu bratr x sestra dochází jen velmi z ídka Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky rodokmen dynastie Ptolemaiovc p íklad opakovaného inbridingu v t chto p ípadech se velmi asto projeví inbrední deprese v podob n kterých d di ných onemocn ní cystická fibróza, talasemie, Tay-Sachsova choroba atd. samoz ejm, že p edpokladem je výskyt t chto recesivních alel v t chto rodinách, ímž dochází k výraznému zvýšení pravd podobnosti, že se sejdou dva heterozygoti Ptolemaios V navíc pokud bude v takových rodinách praktikován inbriding opakovan, pak se v rodin dále zvýší genetická zát ž zp sobená touto škodlivou alelou Kleopatra VII Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky samoz ejm je ale taky možný i opa ný efekt, tedy že dít bude mít naopak žádoucí fenotypové znaky, op t v závislosti, zda-li se alely pro tento znak v rodin vyskytují ast ji se pak m že objevovat nap. vyšší inteligence, nadání apod. v roce 2002 bylo statisticky zkoumáno riziko vrozených defekt u potomk s atk bratrance se sest enicí z 1. kolena (t etí stupe p íbuznosti, F = 1/16) celkem 38 populací z jižní Asie, Afriky, Evropy a jižní Ameriky riziko bylo však jen o 1,7 až 2,8 % vyšší než v p ípad nep íbuzenských svazk byly tak zkoumány i t sn jší p íbuzenské svazky (první stupe, F = 1/4 a druhý stupe mezi polosourozenci, strýc s nete í, F = 1/8) tady jsou však data zatížena chybou vzhledem k etnosti takových svazk - riziko bylo o 6,8 až 11,2 % vyšší než v obecné populaci i tak se zdá (a to i logicky), že tedy riziko pro p íbuzenské s atky t etího stupn je mnohem menší než pro t sn jší svazky

20 Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky pravd podobn práv na základ rizik je ve všech spole nostech výb r partnera ur itým zp sobem regulován zákony nebo pravidly jak pro exogamii, tak i endogamii p i exogamii jsou v tšinou zákonem zakázány s atky mezi leny rodiny p i endogamii jsou vyžadovány nebo alespo podporovány s atky uvnit v tší skupiny (etnické, náboženské, jazykové nebo socioekonomické) pak se však v tšinou nejedná o p íbuzenské s atky riziko p íbuzenského s atku v endogamní komunit hrozí jen tehdy, pokud je skupina po etn malá: nap. indiánský kmen Juruna z Brazílie v polovin 20. století m l jen 58 len 73 % s atk uzav eno mezi partnery z této komunity, z toho polovina mezi pom rn úzce p íbuznými v roce 2001 m la 278 len Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky nap. dnešní pravidla endogamie v západní Evrop a severní Americe: moráln nep ípustné s atky mezi p íbuznými nebo dokonce i t snými p áteli s atky mezi p íslušníky r zných ras, náboženství a kultur jsou již dnes b žn p ijímány (avšak nap íklad v Indii s atek mezi p íslušníky r zných kast vede až k trestu vyobcováním páru z komunity bez ohledu na legálnost takového s atku) v n kterých zemích jsou povoleny a tradi n praktikovány p íbuzenské s atky t etího nebo dokonce druhého stupn nap. v Indii, stát Andrapradéš konec 50. let 20. st. - 9,2 % s atk bylo mezi nete í a strýcem z mat iny strany (p estože tam nejsou zákonem povoleny) a 33 % mezi bratrancem a sest enicí z prvního kolena (F = 1/16) s atky bratrance se sest enicí jsou také b žné v muslimských oblastech v jihozápadní Asii a v severní Africe 20 až 30 % s atk Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky v n kterých státech ani nejsou slad ny ob anské zákony a náboženské zákazy v problematice p íbuzenských s atk v USA s atky bratrance se sest enicí z prvního kolena jsou povoleny v 19 státech z 50 p itom ímsko-katolická církev zakazuje s atky mezi bratrancem a sest enicí jak z prvního, tak i z druhého kolena, nicmén v n kterých státech dává svolení protestanti tyto s atky tolerují muslimové a buddhisté je akceptují hinduisté n kte í je zakazují, jiní naopak dokonce doporu ují Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky v roce 2001 byla statisticky stanovena obecná etnost p íbuzenských s atk (stupe 5 a nižší) špatná dostupnost t chto údaj však získané výsledky spíše ješt podhodnocuje Výsledky studie: severní Amerika, Evropa (mimo Špan lsko), Rusko, jihovýchodní Asie, Austrálie, Nový Zéland a v tšina subsaharské Afriky <1 % jižní Amerika, ína, Japonsko, severní a st ední Indie, bývalé sov tské republiky ve st ední Asii, Nigerie, Tanzanie a Špan lsko 1 až 10 % jižní Indie, v tšina p evážn muslimských národ v severní Africe a jihozápadní Asii > 10 % (místy až 50 %)

21 Inbriding u lov ka p íbuzenské s atky Dotaz: Existuje riziko p íbuzenského k íženímezi potomky jedince, který je dárcem spermatu? riziko existuje vzhledem k anonymit dárcovství je sníženo omezeným po tem takto vzniklých d tí od 5 (Francie) až do 25 d tí (Dánsko, Nizozemsko, USA, Kanada); v R 10 d tí Riziko je však u potomk jedinc, kte í mají extremní po et d típ irozenou cestou. nap. d íve zmi ovaný ínský emigrant z Kapského m sta - 7 žen, dnes 356 potomk v r zném stupni p íbuznosti holan an Ed Houben dobrovolný dárce spermatu, p vodn klasický dárce, dnes je soukromým dárcem 92 d tí (2012)