Genetická variabilita v populacích. Genetická variabilita v populacích. Populace. Populace. - je nástrojem studia popula ní (evolu ní) genetiky

Transkript

1 - je nástrojem studia popula ní (evolu ní) genetiky 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí 6) Využití genetické variability Populace skupina organizm téhož druhu pro popula ní genetiku nedosta ující definice 1) v tšinou jsou studovány jen ur ité skupiny jednoho druhu (nikoliv druh celý) 2) žijící v dostate n geograficky vymezeném areálu 3) dochází k náhodné reprodukci jedinci ur itého druhu vytvá ejí stáda, hejna, kolonie apod. rozd lení/sdružování na (sub)populace daného druhu je dáno nap. p írodními podmínkami (nap. slunná a stinná místa, m sta) sociálním chováním (sme ky vlk, tlupy goril apod.) Populace budou nás zajímat práv lokální skupiny mezi sebou k ížících se jedinc velkých geograficky strukturovaných populací = lokální populace (dema) - lze studovat zm ny alelových etností vlivem r zných faktor - evoluce Pro populace místo jedince? jedinec je nevhodnou jednotkou pro taková pozorování - jeho genotyp se b hem života/generace nem ní - relativn krátká délka života populace nep etržitý sled generací studujeme zm ny v dlouhém asovém úseku Populace v popula ní genetice = lokálnípopulace = mendelovskápopulace = = subpopulace

2 Genofond evolu ní zm ny = jako zm ny alelových etností alely jsou v gametách, po splynutí v zygotách = genový fond populace = genofond Genofond = spole ný soubor gamet a zygot všech jedinc populace = mendelovská populace je tedy reproduk ní spole enství jedinc, kte í tvo í spole ný genový fond Genofond u diploidních organizm populace s N jedinci = 2N haploidních genom, 2N gen každého lokusu (vyjma gen vázaných na pohlaví) Genetika populací zkoumá statiku a dynamiku genového fondu populací pomocí genových (alelových) etností. 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí 6) Využití genetické variability Fenotypová a genotypová variabilita Genetika populací je genetika = zkoumá podobnost/rozmanitost, avšak na úrovni populace p i pohledu na p írodní populace je z ejmáobrovská fenotypová variabilita - - rozmanitost nap. u populace lov ka rozdíly ve výšce postavy, hmotnosti, barv vlas, k že, o í a v mnoha dalších fyzických i psychických vlastnostech zajímá nás však rozmanitost zp sobená genotypovými rozdíly mezi jedinci - genotypová variabilita a sekven ními rozdíly na úrovni DNA sekven ní rozmanitost Fenotypová a genotypová variabilita existence genetické variability je nutnou podmínkou evolu ních zm n Ch. Darwin souvislost mezi stupn m genetické variability v populacích a rychlostí evoluce p i p sobení p írodního výb ru Ronald A. Fisher zformuloval matematicky základní teorém p írodního výb ru - zavádí adaptivní hodnotu jako míru p izp sobení se organizm podmínkám prost edí (míra úsp chu p i rozmnožování) - rychlost r stu adaptivní hodnoty je dána mírou genetické variance Obecn hovo íme o genetické variabilit (rozmanitosti)

3 Fenotypová a genotypová variabilita vztah mezi stupn m genetické variability a rychlostí evoluce ukazuje pokus se dv ma populacemi D. serrata Fenotypová a genotypová variabilita p ítomnost genetické rozmanitosti lze otestovat pomocí um lého výb ru vybíráme jedince s požadovanou vlastností a k ížíme je mezi sebou z každé generace vybereme krávy s nejvyšší dojivostí a k ížíme je s býky, jejichž potomci jsou takévysoce produk ní (ro n až8 000 litr mléka) pokud se bude ve sledu generací dojivost zvyšovatve sm ru výb ru = ve výchozí populaci byla ur itá geneticky podmín ná variabilita tohoto znaku = podstata šlecht ní = šlechtit lze jen na geneticky podmín né vlastnosti s vysokou variabilitou v populaci Populace I Nová Guinea Populace II - Austrálie smíšená populace s vyšší genetickou rozmanitostí má i v r zných podmínkách prost edí v tší adaptivní hodnoty(vyšší po etnost jedinc na generaci) zm ny vlivem um lého výb ru mohou být velmi výrazné: ro nísnáška slepic Leghorn 125,6 vajec (1933) 249,6 (1956) >300 (sou asnost) Vznik a zdroje genetické variability 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí 6) Využití genetické variability Genetická variabilita jako existence mnohonásobných alel mnoha gen polymorfizmus gen = zdroj genetické rozmanitosti vznik t chto variant = mutace x udržení v populaci = selekce výhoda polymorfních gen u diploidních organizm dávají vzniknout velkému množství variant r zných genotyp p i n-alelách - možných homozygot je n -možných heterozygot je n (n-1) / 2 -celkový po et všech možných genotyp je n (n+1) / 2 nap. jediný gen HLA-B s více než30 alelami = více než 465 genotyp ím víc gen bude polymorfních, tím více bude kombinací a tzv. vícenásobných heterozygot (heterozygoti ve více genech)

4 Vznik a zdroje genetické variability u lov ka bylo odhadnuto, že má asi 6,7 % gen v heterozygotní sestav tedy z odhadovaných gen by to bylo asi heterozygotních gen z Mendelových princip víme, že n-hybrid dá 2 n r zných typ gamet (nejsou-li ve vazb ) = teoreticky tedy m že vzniknout druh gamet, což je asi vzhledem k nepatrnému množství gamet, které m že lov k za život uplatnit je to dokonce tak obrovské íslo, že tolik druh gamet ješt nemohlo vzniknout ani za dobu existence lov ka Zajímavost: uvádíse, že celkový po et proton a neutron na Zemi je odhadem Vznik a zdroje genetické variability totéž platí pro jakékoliv pohlavn se rozmnožující organizmy s jistou úrovní heterozygotnosti a polymorfizmu každý jedinec je originálem, který zaniká jeho smrtí na molekulární úrovni je tato rozmanitost ješt vyšší, protože zm na m že nastat v každém z 3,5 x 10 9 nukleotid Takto obrovská rozmanitost je tedy nejenom dobrým zdrojem evoluce, ale také p ístupem k popisu struktury jednotlivých populací ikdyž r zná spojení v gametách jsou r zn pravd podobná, je tento údaj natolik vysoký, že doposud žádné dv gamety nemohou být úpln shodné = žádní dva lidé z celého po tu žijících lidív sou asnosti, minulosti i vzdálené budoucnosti nemohou být geneticky shodní (vyjma jednovaje ných dvoj at) (výpo et alelových etností) 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí než si ukážeme, jak m žeme vypo ítat velikost genetickévariability v populaci, musíme si ukázat, jak lze zjistit alelové etnosti jednotlivých gen popisujeme pomocí odhadu alelové a genotypové etnosti na reprezentativnín vzorku gen Výpo et alelových etností jako základní charakteristiky popisu struktury populací: a) z po tu jedinc daných genotyp (fenotyp ) b) z etností genotyp 6) Využití genetické variability

5 Výpo et alelových etností: a) z potu genotyp (fenotyp ) Genotyp/fenotyp MM MN NN celkem Po et jedinc Po et alel M Po et alel N Celkový po et alel etnost alely M v populaci: 120 / 200 = 0,6 etnost alely N v populaci: 80 / 200 = 0,4 p = 0,6 q = 0,4 p + q = 1!!!!! p = p 2 + 1/2 (2pq) p = 0,6 q = 0,4 p + q = 1 q = q 2 + 1/2 (2pq) - takto lze odhadnout alelové etnosti nejen u polymorfních alel, ale i u vzácných mutantních alel - populace se op t liší alelovými etnostmi = r zná etnost výskytu jednotlivých d di ných onemocn ní - jednotlivé populace se mezi sebou liší v alelových etnostech = vhodná charakteristika pro popis jednotlivých populací

6 Mutantní alela Polymorfní alela choroby i krevní skupiny u lov ka popis fenotypové i genotypové variability!!! Polymorfní lokus = pokud etnost nej ast jší alely není vyšší než 95 %!!! pokud etnost nej ast jší alely není vyšší než 99 %!!! P.: 0,94 0,03 0,03 = polymorfní ( etnost je < 0,95) 0,94 0,01 0,02 0,01 0,02 = polymorfní 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 = polymorfní 0,98 0,01 0,01 = mutantní ( etnost je > 0,95) u fenotypovévariability si však musíme být jistí, že je podmín na ist geneticky bez vlivu prost edí takových znak je však málo pro komplexnípopis struktury populací Cepea nemoralis (páskovka hajní) ukázka genetické variability ve zbarvení a kresb ulity Cystická fibróza 0,01 0,02 Fenylketonurie 0,01 Galaktosémie 0,004 Jsou mutantní alely (0,98; 0,99; 0,996) pro popis genetické struktury populací je tedy fenotypová variabilita nedostate ná = v tší polymorfizmus najdeme na molekulární úrovni Nejsou mutantní alely. sledovat genetickou variabilitu na molekulární úrovni umožnil objev elektroforézy bílkovin - zavedli v roce 1966 Lewontin a Hubbyu p írodních populací D. pseudoobscura - od ur itého po tu jedinc se odebere vzorek tkán, izolujíse bílkoviny a následn se provede elektroforéza - zám na aminokyseliny u n kterého jedince se projeví zm nou náboje a tedy rychlosti, kterou vzorek putuje v gelu - takto lze ale detekovat jen ty zám ny, které vedou ke zm n elektroforetické mobility sledovat genetickou variabilitu na molekulární úrovni umožnil objev elektroforézy bílkovin - zviditel uje se variabilita produktu jednotlivých alel a tím i alelová a genotypová etnost - Lewontin a HubbyuD. pseudoobscura díky tomu zjistili, že u pr m rného jedince je 8 až 15 % lokus heterozygotních - H. Harris v témže roce podobnou technikou stanovil polymorfizmus v lidských populacích

7 u alozym lze díky rozdílné mobilit jednotlivých alel vypo ítat alelové etnosti (obdobn jako p i výpo tu z po tu genotyp, i zde jsou genotypy zviditeln ny) Hypotetický gel znázor ující monomorfizmus u monomerního enzymu. Všichni jedinci (celkem 16) mají enzym se stejnou elektroforetickou mobilitou. Hypotetický gel ukazující alozymový polymorfizmus u monomerního enzymu. Osm jedinc je homozygotních pro alelu F kódující rychle migrující enzym; dva jedinci jsou homozygotní pro druhou alelu Skódujícípomalu migrujícíenzym; šest jedinc je heterozygotních F/S, a proto vykazujípruhy odpovídajícíob ma alelám. FF 8 FS 6 SS 2 Celkem 16 p(f) = (2 x 8) + 6 / 32 = 0,6875 q(s) = (2 x 2) + 6 / 32 = 0,3125 p + q = 0, ,3125 = 1 výpo et prob hl na výb rovém vzorku jedinc = alelové etnosti jsou odhadem etností skute ných v celé populaci správn by m l být reprezentativní vzorek velký alespo 100 a více jedinc vypo ítanéhodnoty jsou pouze odhady skute ných hodnot populace, které nejsme schopni zjistit proto po ítáme odhady t chto parametr, nejlépe na n kolika výb rech jestliže opakujeme odhady na r zných vzorcích téže populace, potom - p ibližn 68 %t chto odhad bude ležet v intervalu ±1 sm rodatná odchylka - p ibližn 95 %bude ležet v intervalu ±2s - a 99,7 %v intervalu ±3s - tedy 32 %, 5 % nebo 0,3 % odhad se bude lišit od skute né hodnoty v populaci Výpo et alelových etností u gen s více než dv ma alelami: založen na stejných pravidlech organizmus je diploidní, takže v genotypu nese vždy dv alely Nap.: u D. willistoni bylo zjišt no 6 r zných genotyp lokusu Lap-5 (gen pro leucinaminopeptidázu) Alelové etnosti lze op t vypo ítat z: a) po tu genotyp b) genotypových etností Sm rodatnou odchylku s pro odhad alelové etnosti vypo ítáme jako: s = V(p) V(p) = p (1 p) / 2n

8 a) po tu genotyp p(98) = (2 x 2) = 62 / 1000 = 0,062 p(100) = (2 x 172) / 1000 = 0,596 b) genotypových etností 2 / 500 = 0, / 500 = 0,344 p(103) = (2 x 54) / 1000 = 0,342 0, , ,342 = 1 p(98) = 0, /2 (0,076) + 1/2 (0,040) = 0,062 p(100) = 0,596 p(103) = 0,342 0, , ,342 = 1 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí 6) Využití genetické variability Polymorfizmus a Heterozygotnost Polymorfizmus = odhad podílu polymorfních lokus v dané populaci Heterozygotnost = podíl heterozygotních lokus u typického jedince populace nelze však zkoumat každý lokus každého organizmu a navíc ani neznáme celkový po et lokus v genomu v tšiny organizm op t vycházíme z reprezentativního vzorku gen nelze také použít klasickou techniku k ížení gen musí být zastoupen ve dvou variantách = nezachytili bychom monomorfní geny využívá se p ístup molekulární genetiky každý gen, alela se p epíše do po adí ak proteinu = m žeme analyzovat polymorfnost protein a tím gen, které je kódují

9 Postup: vybere se náhodný vzorek r zných protein, u nichž se testuje polymorfizmus = p edstavují reprezentativní náhodný výb r ze všech strukturních gen pokud je protein u všech sledovaných jedinc stejný = gen kódující tento protein není v populaci polymorfní a naopak na základ toho pak m žeme kvantitativn odhadnout stupe genetické variability stanovení sekvence 20 protein u 100 jedinc bylovšak v po átcích tém nemožné, a proto byla s výhodou využívána práv elektroforéza bílkovin rychlá a efektivní Polymorfizmus U erva Phoronopsis viridis bylo studováno 30 lokus : 12 lokus monomorfních 18 lokus polymorfních Kvantitativní vyjád enípolymorfizmu této populace: 18/30 = 0,60 Takto byly analyzovány další 3 populace: Polymorfizmus jednotlivých populací: 18/30 = 0,60 15/30 = 0,50 16/30 = 0,53 14/30 = 0,47 Pr m rný polymorfizmus ze ty populací: (0,60 + 0,50 + 0,53 + 0,47) / 4 = 0,525 Kritérium polymorfizmu: nap. lokus se považuje za polymorfní pouze tehdy, jestliže etnost nejrozší en jší alely tohoto lokusu nep evyšuje 0,95 t chto kritériívšak existuje více, nap. 99% = tím se stávajípolymorfní i lokusy, kterése dle p edchozího kritéria jevily jako monomorfní (nap. lokus s alelovou etností 0,97 a 0,03) = hodnoty polymorfizmu se pak tedy liší 95% kritérium polymorfizmu však umož uje zam it se na opravdu polymorfní lokusy, tedy eliminovat vzácnéalely, které jsou v populaci udržovány tzv. rekurentními mutacemi (jsou natolik škodlivé, že jsou z populace eliminovány a jejich výskyt je udržen pouze opakovan vznikajícími mutacemi = jejich etnost tak z stává velmi nízká) polymorfizmus však není úpln p esnou mírou genetické variability, nap. lokus 1: 2 alely s etnostmi 0,95 a 0,05 lokus 2: 20 alel s etnostmi 0,05 na lokusu 2 je zjevn v tšívariabilita, avšak z hlediska 95% kritéria jsou oba lokusy hodnoceny jako polymorfní = neodráží tedy p esn míru té variability z uvedených d vod se v sou asnosti více využívá pro vyjád ení míry genetické variability pr m rná etnost jedinc heterozygotních v ur itých lokusech tzv. heterozygotnost populace nejd íve se stanoví etnosti jedinc heterozygotních v každém lokusu a poté se vypo ítá pr m r pro všechny lokusy

10 nap. budeme v populaci studovat 4 lokusy heterozygotnost je používan jší, protože je p esn jší - udává pravd podobnost, že dv alely daného lokusu náhodn vybrané z genofondu populace budou rozdílné - mnohem lépe odráží genetickou variabilitu to ovšem platí jen pro populace s náhodným oplozením etnosti heterozygot v t chto lokusech byly 0,25 0,42 0,09 a 0 odhad heterozygotnosti populace pak bude: (0,25 + 0,42 + 0,09 + 0) / 4 = 0,19 Odhadovaná heterozygotnost populace je 19 % takto se však hodnotívelké množstvílokus a u n kolika populací z údaj pak lze získat tzv. pr m rnou heterozygotnost Nap. 0,19 0,15 0,13 0,17 pr m rná heterozygotnost je 16% problém u populací se samooplozením -v tšina jedinc homozygotních, p estože populace m že být polymorfní r zní jedinci nesou r zné alely v homozygotní sestav totéž platí pro populace s ur itým podílem p íbuzenského k ížení údaje o polymorfizmu a heterozygotnosti se pak m žou lišit i pro jednotlivé geny(viz p.) Generace etnost Aa 1 2/4 = 1/2 2 4/16 = 1/4 3 8/64 = 1/8 4 16/256 = 1/ /1024 = 1/32 n 1/2 n Problémy s polymorfismem a heterozygotností u jednotlivých gen : C1C3 B1B1 A4A4 C1C3 A1A1 A3A3 C1C4 B1B1 B1B1 A2A2 C2C3 C3C4 gen A - je polymorfní (A1, A2, A3, A4) - nulová heterozygotnost, pouze homozygoti gen B - je monomorfní (pouze B1) - nulová heterozygotnost, pouze homozygoti gen C - je polymorfní (C1 až C4) - 100% heterozygotnost, pouze heterozygoti = pro geny, ale i pro celou populaci pak platí, že: vysoký polymorfizmus nemusí nutn znamenat velkou heterozygotnost (v populaci p evažují homozygoti autogamie, inbríding)

11 Zkusme vy ešit následující problém: máme dv r znépopulace každá z nich má 10 jedinc ob majíalelové etnosti stejné: p (A1) = 0,5 p (A2) = 0,3 p (A3) = 0,1 p (A4) = 0,1 Zapište genotypy jedinc ve dvou r zných populacích tak, aby v prvnípopulaci nebyli žádní heterozygoti a ve druhé naopak byli pouze heterozygoti. problémy s podílem p íbuzenského k ížení nebo autogamie lze p ekonat výpo tem o ekávané heterozygotnosti = odvozena z etnosti alel za p edpokladu, že oplození je v populaci náhodné A1A1 A1A1 A1A1 A1A1 A1A1 A2A2 A2A2 A2A2 A3A3 A4A4 Ob populace jsou polymorfní Heterozygotností se však liší A1A2 A1A2 A1A2 A1A2 A1A2 A1A2 A1A3 A1A3 A1A4 A1A4 P íklad: P edpokládejme, že v populaci existují4 alely ur itého lokusu s etnostmi p 1, p 2, p 3 a p 4 0,5 0,3 0,1 0,1 O ekávaná etnost homozygot p i náhodném oplození bude: p 12 + p 22 + p 32 + p 4 2 Tedy o ekávaná heterozygotnost: H o ek. = 1 (p 12 + p 22 + p 32 + p 42 ) = 1 (0, , , ,1 2 ) = 0,64 Alozymový polymorfizmus p íklad v evropsképopulaci lov ka 71 lokus 51 monomorfních 20 polymorfních (viz tabulka) (P=0,282) Pr m rná heterozygotnost 4,78 / 71 = 0,067 Alozymový polymorfizmus etnost alel, heterozygotnost a polymorfismus na n kterých lokusech Phoronopsis viridis Lokus etnost alel (pruhy na elfo) heterozygotnost polymorf pozor. o ek. 95% krit. Acph-1 0,995 0,005 0,010 0,010 ne Acph-2 0,009 0,066 0,882 0,014 0,005 0,024 0,160 0,217 ano Adk-1 0,472 0,528 0,224 0,496 ano Est-2 0,008 0,992 0,017 0,017 ne Est-3 0,076 0,924 0,151 0,140 ano Est-5 0,483 0,396 0,122 0,443 0,596 ano Est-6 0,010 0,979 0,012 0,025 0,041 ne ,072 0,094 4,78 P i 95% kritériu jsou polymorfní 4 z vybraných lokus v tabulce tedy 4/7 = 0,57 P i 99% kritériu je polymorfních 5 z vybraných lokus v tabulce tedy 5/7 = 0,71

12 Alozymový polymorfizmus etnost alel, heterozygotnost a polymorfismus na n kterých lokusech Phoronopsis viridis Lokus etnost alel (pruhy na elfo) heterozygotnost polymorf pozor. o ek. 95% krit. Acph-1 0,995 0,005 0,010 0,010 ne Acph-2 0,009 0,066 0,882 0,014 0,005 0,024 0,160 0,217 ano Adk-1 0,472 0,528 0,224 0,496 ano Est-2 0,008 0,992 0,017 0,017 ne Est-3 0,076 0,924 0,151 0,140 ano Est-5 0,483 0,396 0,122 0,443 0,596 ano Est-6 0,010 0,979 0,012 0,025 0,041 ne ,072 0,094 Alozymový polymorfizmus lokusys v tším po tem alel nemusí mít nutn v tšíheterozygotnost ve srovnání s lokusys menším po tem alel Lokus etnost alel (pruhy na elfo) heterozygotnost polymorf pozor. o ek. 95% krit. Acph-2 0,009 0,066 0,882 0,014 0,005 0,024 0,160 0,217 ano Adk-1 0,472 0,528 0,224 0,496 ano lokus se 2 alelami (Adk-1) má heterozygotnost vyšší než lokus se 6 alelami (Acph-2) Rozdíl mezi o ekávanou a pozorovanou heterozygotností je pravd podobn zp soben podílem samooplození (P. viridis je hermafrodit) Alozymový polymorfizmus pro výpo et heterozygotnosti obvykle posta í sledovat v populaci asi 20 lokus další navýšení již výsledky zpravidla p íliš významn nezm ní nap íklad u lov ka: 26 lokus H = 0, lokus H = 0,067 polymorfizmus 0,60 0,50 0,40 Srovnání alozymového polymorfizmu r zných organizm : 0,30 byl stanoven u 243 populací r zných druh organizm (rostlin i živo ich ) celkový pr m rvšech t chto organizm byl: H = 0,07 ± 0,05 P = 0,26 ± 0,15 u obratlovc zjišt ny nižší hodnoty genetické rozmanitosti, rostliny jsou v blízkosti celkového pr m ru a bezobratlí mají hodnoty nejvyšší nejvariabiln jší byla Drosophila hodnoty pro lov ka H = 0,06 P = 0,32 0,20 0,10 0 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 heterozygotnost

13 Alozymový polymorfizmus alozymový polymorfizmus je tedy velmi rozší ený dokonce i u prokaryotických organizm, nap. Escherichia coli má úrove genetického polymorfizmu 2 až 3x vyšší než jakou mají eukaryotické organizmy existují však také výjimky nap. oba poddruhy Acinonyxjubatus(gepard štíhlý) jsou tém monomorfní východoafrický A. jubatusrainey: P = 0,04 H = 0,01 jihoafrický A. jubatus jubatus: P = 0,02 H = 0, p i transplantacích zjišt no, že jsou monomorfní i pro geny MHC, které jsou u ostatních savc vysoce polymorfní - ztráta rozmanitosti je zp sobena dv ma vážnými poklesy po etnosti populace gepard (dnes jich žije mén než ) Alozymový polymorfizmus studium alozym pro odhad genetické variability má velkou nevýhodu sledujeme jen omezený po et gen výsledky nelze extrapolovat na celý genom = výsledky jsou nep esné studovanégeny asi nejsou reprezentativním vzorkem gen, co se polymorfizmu tý e pomocí elfo nelze zachytit všechny možné substituce ak - nap. po vylepšení elfo technik bylo u myší odhaleno 2 x více alel - u genu pro xantindehydrogenázu u D. pseudoobscura takto nalezeno 37 oproti p vodním 6 (odhad H se tak zvýšil z 0,44 na 0,73) nicmén odhady P z stávají nezm n ny monomorfní lokusyz stávají monomorfní = výsledky mohou být podhodnoceny Alozymový polymorfizmus = výsledky mohou být však také nadhodnoceny pomocí elfo jsou zkoumány enzymy z tkánía t lních tekutin (enzymy skupiny II), kterých je dostate né množství pro analýzu enzymy skupiny I, které jsou substrátov více specifické tak zkoumány nejsou Nap. u drozofily 10 enzym skupiny II: P = 0,7 H = 0,24 11 enzym skupiny I: P = 0,27 H = 0,04 Polymorfizmus délky restrik ních fragment (RFLP) umož uje zkoumat variabilitu p ímo v nukleotidových sekvencích, která se nemusí projevit zm nou v sekvenci ak lze analyzovat nekódující oblasti genomu využitím restrik ních enzym specificky št pí DNA dle sekvence restrik ního místa v popula ních studiích se používají nej ast ji enzymy se 4 nebo 6 nukleotidovými rozpoznávacími místy vd sledku mutace ve št pném míst nedochází ke št pení, což lze detekovat pomocí elfo s následnou Southernovou hybridizací = vzorek zkoumaných enzym tak nemusí být dostate n reprezentativní Pro p esn jší výzkum úrovn rozmanitosti pro celý genom byla pot eba n jaká dokonalejší technika.

14 Polymorfizmus délky restrik ních fragment (RFLP) na základ št pení sadou restrik ních enzym lze vypo ítat odhad nukleotidového polymorfizmu a heterozygotnosti jako: Variabilita nukleotidových sekvencí sekven ní analýza díky metod sekvencování je možné odhalit variabilitu až na úrovni jednotlivých nukleotid podívejme se na konkrétní p ípad výpo tu polymorfizmu - analyzován byl DNA úsek o délce 500 nukleotid - variabilita byla zjišt na jen v 16 místech(viz tabulka) vysv tlení písmenek ze vzore k a výpo et konkrétního p íkladu je sou ástícvi ení P nuc = 0,029 H nuc = 0,010 - podíl polymorfních míst je tedy 16 / 500 = 3,2 % -odpovídáodhadu polymorfizmu, vycházíme z n j nap. p i vyjad ování pr m rné heterozygotnosti nt sekvencí Variabilita nukleotidových sekvencí sekven ní analýza Výpo et heterozygotnosti výpo et podílu variabilních míst (p s ): p s = S / N S po et rozdílných nukleotidových míst N celkový po et míst p s = 3 / 10 = 0,3 P. máme 4 DNA sekvence s 10 nukleotidy sekvence1 sekvence2 sekvence3 sekvence A A C C T G A G C A A A G C T G A G C A A A C C A G A G C A A A C T T G A G C A sekvence sekvence2 - - G sekvence A sekvence T Variabilita nukleotidových sekvencí sekven ní analýza výpo et pr m rné heterozygotnosti ( ): 1) Stanovíme heterozygotnost jednotlivých párových srovnání: 1 vs. 2 1 rozdíl 1/10 = 0,1 1 vs. 3 1 rozdíl 1/10 = 0,1 1 vs. 4 1 rozdíl 1/10 = 0,1 2 vs. 3 2 rozdíly 2/10 = 0,2 2 vs. 4 2 rozdíly 2/10 = 0,2 3 vs. 4 2 rozdíly 2/10 = 0,2 2) Pr m rná heterozygotnost (sou et jednotlivých heterozygotností d lený po tem srovnání): = (0,1 + 0,1 + 0,1 + 0,2 + 0,2 + 0,2) / 6 = = 0,15 P. máme 4 DNA sekvence s 10 nukleotidy sekvence1 sekvence2 sekvence3 sekvence A A C C T G A G C A A A G C T G A G C A A A C C A G A G C A A A C T T G A G C A Jiný postup je: 1) celkový po et rozdíl vyd lit po tem srovnání 9 / 6 = 1,5 2) tento pr m rný po et rozdíl vyd lit délkou srovnávané sekvence 1,5 / 10 = 0,15

15 studium historie skupin organizm Využití genetické variability 1) Populace, genofond 2) Fenotypová a genotypová variabilita populací 3) Vznik a zdroje genetické variability studium genetické variability u geparda extrémní uniformita (alozymový polymorfizmus je 2 až5krát menší než u jiných velkých ko kovitých šelem = pravd podobn d sledek velmi vážného poklesu po etnosti populace v nedávné minulosti (ne p ed více než 10 až 12 tisíci lety) 4) (výpo et alelových etností) 5) - heterozygotnost a polymorfizmus u alozym - polymorfizmus délky restrik ních fragment - variabilita nukleotidových sekvencí naopak vysoká úrove genetické variability u E. coli ukazuje, že i asexuální haploidní organizmy mohou být vysoce polymorfní 6) Využití genetické variability Využití genetické variability studium p vodu a historie skupin organizm vyšší genetická variabilita uvnit lokálních populací lov ka než mezi nimi ukazuje, že jsou geneticky v tšíodlišnosti nap. mezi Afri any navzájem než nap. mezi Afri any a Evropany = zamítnutí konceptu ras Využití genetické variability studium genetických vztah mezi subpopulacemi ur itého druhu na základ podobnosti alelových etnostísubpopulací lze odhadnout rychlosti migrace alely se p emis ujígenovým tokem, lze odhadnout nap. kolik migrant do subpopulace p icházínebo kolik let migrace trvá apod. 10 % celkové genetické variability lov ka p edstavujírozdíly mezi geografickými oblastmi 5 % p ipadá na rozdíly mezi populacemi v dané oblasti 85 % jsou rozdíly uvnit lokálních populací

16 studium p vodu Využití genetické variability vycházíse z principu, že stejné alely pocházejí od spole ných p edk - nap. Ainuové ze Severního Japonska mají etné rysy podobné Evropan m(rysy obli eje, sv tlá k že, ochlupení na t le) studium p vodu Využití genetické variability na základ podobností a odlišností na úrovni sekvencílze studovat evolu ní p vod a historii molekulární fylogenetika - nap. africký p vod moderního lov ka, asijský p vod domorodých ameri an - p íbuznost mezi taxony = zm ny v taxonomii organizm -genetickypolymorfizmus však jasn ukazuje na jejich velmi blízkou p íbuznost s mongoloidními skupinami lidí nap. mají alely pro krevní skupinu Diego Di a ta se tém výhradn vyskytuje v populacích Mongoloid Využití genetické variability genetický polymorfizmus jako zdroj marker chorob a znak je-li n jaký polymorfizmus (RFLP, SNP apod.) v t sné vazb s genem, pak ur itý typ (alela) se d díbu se standardní nebo mutantní alelou genu zájmu = = p irozený genetický marker Využití genetické variability Další p íklady z poslední doby využívá se zejména rozmanitosti v SNP e-skripta odkaz na web ím je marker polymorfn jší, tím m že být užite n jší: nap. DNA identifikace tzv. DNA profilování = u lov ka paternity, kriminalistika, katastrofy = u živo ich paternity, identifikace, odolnost i citlivost k r zným faktor m apod. = stanovenízp sobu oplození u rostlin a živo ich detekce blízce p íbuzných jedinc = stanovení p íbuznosti mezi altruisticky se chovajícími jedinci apod.