Evoluce přírodním výběrem:

Podobné dokumenty
Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Genetika populací. KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Důsledky selekce v populaci - cvičení

Selekce v populaci a její důsledky

Hardy-Weinbergův zákon - cvičení

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Pojem plemeno je používán pro rasy, které vznikly záměrnou činností člověka, např. plemena hospodářských zvířat.

Základy genetiky populací

Konzervační genetika INBREEDING. Dana Šafářová Katedra buněčné biologie a genetiky Univerzita Palackého, Olomouc OPVK (CZ.1.07/2.2.00/28.

Základy genetiky 2a. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Populační genetika Radka Reifová

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Cvičeníč. 9: Dědičnost kvantitativních znaků; Genetika populací. KBI/GENE: Mgr. Zbyněk Houdek

Evoluční (populační) genetika Radka Reifová

Populační genetika Radka Reifová

Mendelistická genetika

Genetika kvantitativních znaků

Drift nejen v malých populacích (nebo při bottlenecku resp. efektu zakladatele)

= oplození mezi biologicky příbuznými jedinci

Genotypy absolutní frekvence relativní frekvence

Genetický polymorfismus

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Nauka o dědičnosti a proměnlivosti

Populační genetika II. Radka Reifová

MENDELOVSKÁ DĚDIČNOST

Opakování z minula. Ideální populace (Fischer Wright model) Hardy-Weinberg principle odchylky: inbreeding, asortativní křížení, pop.

GENETIKA Monogenní dědičnost (Mendelovská) Polygenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost

Metody studia historie populací

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Genetika populací. kvalitativních znaků

Chromosomy a karyotyp člověka

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Schopnost organismů UCHOVÁVAT a PŘEDÁVAT soubor informací o fyziologických a morfologických (částečně i psychických) vlastnostech daného jedince

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

GENETIKA POPULACÍ ŘEŠENÉ PŘÍKLADY

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Genetika přehled zkouškových otázek:

Genetika vzácných druhů zuzmun

Genetika zvířat - MENDELU

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Mendelistická genetika

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Genetika pro začínající chovatele

Úvod do obecné genetiky

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Pravděpodobnost v genetické analýze a předpovědi

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Crossing-over. over. synaptonemální komplex

Degenerace genetického kódu

Příbuznost a inbreeding

VYBRANÉ GENETICKÉ ÚLOHY II.

Genetika BIOLOGICKÉ VĚDY EVA ZÁVODNÁ

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

V F 2. generaci vznikají rozdílné fenotypy. Stejné zabarvení značí stejný fenotyp.

Základní pojmy obecné genetiky, kvalitativní a kvantitativní znaky, vztahy mezi geny

GENETIKA V MYSLIVOSTI

Působení genů. Gen. Znak

a) Sledovaný znak (nemoc) je podmíněn vždy jen jedním genem se dvěma alelami, mezi kterými je vztah úplné dominance.

Genetika kvantitativních znaků. - principy, vlastnosti a aplikace statistiky

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

Populační genetika II

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

Heritabilita. Heritabilita = dědivost Podíl aditivního rozptylu na celkovém fenotypovém rozptylu Výpočet heritability

ZÁKLADY BIOLOGIE a GENETIKY ČLOVĚKA

Proměnlivost organismu. Mgr. Aleš RUDA

Základní pravidla dědičnosti

Obecná genetika a zákonitosti dědičnosti. KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Cvičení č. 8. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

SSOS_ZE_1.14 Jedinec, druh, populace

Nové směry v evoluční biologii. Jaroslav Flegr Katedra filosofie a dějin přírodních věd Přírodovědecká Fakulta UK Praha

Zdeňka Veselá Tel.: Výzkumný ústav živočišné výroby, v.v.i.

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

21. ČLOVĚK A DĚDIČNOST, GENETICKÁ PROMĚNLIVOST

Velikost genomu a mutační rychlost

Ekologické a evoluční aspekty genetiky

12. Mendelistická genetika

Rozptyl a migrace. Petra Hamplová

KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Populační genetika Radka Reifová

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování

GENETICKÁ INFORMACE - U buněčných organismů je genetická informace uložena na CHROMOZOMECH v buněčném jádře - Chromozom je tvořen stočeným vláknem chr

Molekulární genetika, mutace. Mendelismus

Genetické určení pohlaví

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

Hodnocení plemenných + chovných + užitkových prasat

Ekologie tropických lesů a jejich obyvatel

Barevné formy zebřiček a jejich genetika - část II. příklady

World of Plants Sources for Botanical Courses

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

GENETIKA A JEJÍ ZÁKLADY

Teorie neutrální evoluce a molekulární hodiny

Převzato na základě svolení Macmillan Publishers Ltd: Nat Rev Genet. 2001;2(4):245-55), copyright (2001).

Crossing-over. Synaptonemální komplex. Crossing-over a výměna genetického materiálu. Párování homologních chromosomů

Transkript:

Evoluce přírodním výběrem: Všechny organismy produkují více potomstva, než kolik může přežít a rozmnožit se. Mezi jedinci (genotypy) existují geneticky podmíněné rozdíly v přežívání a reprodukci. V každé generaci dochází k odlišnému přispění jednotlivých genotypů do generace následující, tj. nejschopnější genotypy přispívají do genofondu více než genotypy méně schopné.

Pytlouš skalní (Chaetodipus intermedius): poušť Sonora a Chihuahua dd DD, Dd 60-98 % přežívání ve srovnání s tmavými

Selekce na úrovni RNA: intron Tetrahymena: Ca + místo Mg + (normální stav) zvýšení aktivity po 12 generacích mutantní pozice frekvence 9 variant invariantní pozice

REPRODUKČNÍ ZDATNOST (FITNESS, w) = celoživotní průměrný příspěvek jedinců s daným genotypem do populace v průběhu jedné nebo více generací absolutní počet potomků = absolutní fitness diskrétní generace, stabilní populace fitness 1 u asexuálních organismů, 2 u pohlavně se rozmnožujících; i při mírné odchylce populace spěje buď k extinkci, nebo přemnožení kontinuální časová škála míra změny populační velikosti 0 v evoluci důležitější vzájemný vztah genotypů v populaci diskrétní čas = poměr absolutních fitness; kontinuální čas = rozdíl míry růstu většinou relativní fitness nejzdatnějšího genotypu = 1 alternativně můžeme vztahovat k průměrné fitness populace relativní fitness

Komponenty fitness: Celkový počet narozených mláďat Kvalita vyvedeného potomstva Životaschopnost Reprodukční úspěšnost Velikost vrhu Frekvence vrhů Počet vrhů Rezistence vůči chorobám Únik před predátory Frekvence ovulací Přežívání embryí Mateřské chování Produkce mléka Velikost mléčných žlaz

zygotická selekce: životaschopnost rozmnožovací úspěšnost fekundita gametická selekce: životaschopnost gamet fertilizační úspěšnost zvýhodnění při segregaci

Selekce kompatibility ZYGOTY Selekce životaschopnosti (přežívání) GAMETY Gametická selekce Selekce fekundity RODIČE DOSPĚLCI samicesamci Reprodukční úspěšnost

Změna alelových frekvencí a selekční koeficient, s Fitness při dominanci: AA Aa aa 1 1 1 s prům. s(aa) 0,20 w = 0,60 0,98 s = 0,02 0,40 Růst výhodné dominantní alely A: nepřímo úměrné průměrné fitness populace s rostoucí frekvencí výhodné alely se evoluce zpomaluje; při q nebo p = 0 je p = 0 změna největší při p=q=0,5 2s pq Δp p p 1-q2s frekvence A Při s = 0,20 a počáteční frekvenci A = 0,01 vzroste frekvence na 0,95 za cca. 120 generací

Růst výhodné dominantní alely A: čím je s větší (tj. selekce silnější), tím je změna rychlejší

Selekce a dominance nejrychlejší fixace při kodominanci frekvence dominantní alely roste velmi rychle, potom velmi pomalu p 0 = 0,005 frekvence recesivní alely roste velmi pomalu, potom velmi rychle

Vliv počáteční frekvence alely: p 0 = 0,05

STUDIUM PŘÍRODNÍHO VÝBĚRU: 1. korelace alelových četností mezi populacemi Adh F u D. melanogaster

2. odchylky od očekávaných genotypových frekvencí (HW) 3. změny znaku v čase: průmyslový melanismus Biston betularia v Británii typica carbonaria

4. experimentální důkazy: H.B.D. Kettlewell Birmingham (znečištěná oblast) Počet zpětně odchycených: Světlá forma (typica) Tmavá forma (carbonaria) pozorovaný 18 140 očekávaný 36 122 Relativní míra přežívání 0,5 1,15 Relativní fitness 0,5/1,15 = 0,43 1,15/1,15 = 1 Deanend Wood (neznečištěná oblast) Počet zpětně odchycených: Světlá forma (typica) pozorovaný 67 32 očekávaný 53 46 Relativní míra přežívání 1,26 0,69 Tmavá forma (carbonaria) Relativní fitness 1,26/1,26 = 1 0,69/1,26 = 0,55

Problémy: průmyslový melanismus B. betularia v Británii na melanickém zbarvení se podílejí 3 alely, ne jedna zvýšení frekvence melanických forem ve znečištěných oblastech i u druhů neohrožených predací hmyzožravých ptáků (holubi, kočky, někt. brouci) v některých oblastech slabá korelace mezi melanismem a imisemi chyby v experimentu: drsnokřídlec přes den na horizontálních větvích, ne na kmeni (jiné druhy lišejníků) u motýlů i ptáků percepce UV záření (v UV strupovité lišejníky na horizontálních větvích tmavé stejně jako carbonaria) v laboratorních podmínkách životaschopnost typica o 30 % nižší než u carbonaria lepší absorpce slunečního záření u melanické formy? (slunéčko dvoutečné)

5. vznik rezistence Př.: rezistence vůči DDT u komárů (Aedes):

Př.: rezistence vůči Warfarinu u potkanů: Warfarin = krevní antikoagulant, inhibující enzym odpovědný za regeneraci vitaminu K (kofaktor krevního srážení) dramatický nárůst frekvence rezistentní alely R po aplikaci Warfarinu alela R je vzhledem k rezistenci dominantní, ale vzhledem ke zvýšené potřebě vit. K recesivní

Vztah fenotypu a fitness: základní selekční režimy usměrňující tyto fenotypy jsou odstraňovány selekcí původní průměr konzistentní změna prostředí posun průměru stejný rozptyl

Vztah fenotypu a fitness: základní selekční režimy usměrňující stabilizující nejvyšší fitness mají jedinci s průměrným fenotypem konzistentní změna prostředí posun průměru stejný rozptyl stabilní prostředí průměr stejný menší rozptyl

Vztah fenotypu a fitness: základní selekční režimy usměrňující stabilizující disruptivní konzistentní změna prostředí posun průměru stejný rozptyl stabilní prostředí průměr stejný menší rozptyl heterogenní prostředí potlačení průměru větší rozptyl

stabilizující selekce - porodní hmotnost u člověka mortalita (logaritmické měřítko)

Rovnováha selekce a mutace opakovaný vznik škodlivé alely její eliminace selekcí dominance: μ q = s rovnováha slabší selekce frekvence vyšší recesivita: q = μ s při úplné recesivitě (h = 0) frekvence vyšší Mullerův-Haldaneův princip: Bez ohledu na dominanci/recesivitu škodlivé mutace je její vliv na snížení fitness populace nezávislý na tom, do jaké míry je škodlivá.

Rovnováha selekce a migrace opakovaný vtok škodlivé alely její eliminace selekcí w 12 intermediární rovnováha 1. m>s fixace alely 2. m<s eliminace alely 3. m=s polymorfismus divergence mezi démy w 12 vyšší

Balancující selekce 1. Selektivní výhoda heterozygotů = superdominance (overdominance) w 11 < w 12 > w 22 fitness heterozygotů je vyšší než w homozygotů 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 AA Aa aa

w 11 < w 12 > w 22 balancovaný polymorfismus frekvence četnější alely klesá frekvence vzácnější alely roste Selekce udržuje rovnovážný polymorfismus

Př.: srpkovitá anémie a malárie před 2000 lety expanze skupiny bantu vypalování savan a pralesů, růst populační hustoty vhodné podmínky pro komáry Anopheles (A. gambiae, případně Aedes, Culex), hostitele zimničky tropické (Plasmodium falciparum) malárie

Srpkovitá anémie a malárie: srpkovitá anémie: alela S: substituce 1 AA na 6. pozici v 6. kodonu genu - Hb: při nízkých koncentracích O 2 tvorba podlouhlých krystalů chudokrevnost (anémie) AS pouze přenos anémie, SS silná anémie

srpkovitý erytrocyt napadený zimničkou rychle praská nemůže pomnožit rezistence výhoda heterozygotů Plasmodium se Relativní fitness genotypů spojených se srpkovitou anémií:

1. Pohyblivost v elektrickém poli Fenotypy spojené s alelou S: obě alely jsou kodominantní + start AA AS SS normální erytrocyt srpkovitý erytrocyt AA AS SS srpkovitý erytrocyt 2. Srpkovitost srpkovitost u SS i AS jedinců z hlediska deformace je S dominantní

Fenotypy spojené s alelou S: zdravý jedinec zdravý jedinec AA AS SS anemický jedinec 3. Anémie u jedinců SS řetězce delší větší deformace krvinek fatálnější dopady na organismus: rozpad krvinek (anémie), ucpávání cév atd. klinický syndrom jen u SS alela S vůči A recesivní

Fenotypy spojené s alelou S: 4. Rezistence vůči malárii z hlediska rezistence alela S dominantní absence rezistence rezistence AA AS SS rezistence

Fenotypy spojené s alelou S: 5. Životaschopnost nemalarické prostředí: S recesivní životaschopný jedinec životaschopný jedinec AA AS SS letalita malarické prostředí: SS silná anémie; AA malárie; AS žádná anémie, slabá malárie alela S je superdominantní malárie slabá malárie bez anémie AA AS SS letalita

Vznik alely C v prostředí polymorfismu AS: možné genotypy: w AC = 0,89; w SC = 0,70 w AS = 1,00 selekce působí proti prospěšné alele! Přestože alela C vysoce prospěšná, selekce bude její frekvenci snižovat až do její úplné eliminace!!

Rezistence proti malárii může být zprostředkována jinými mechanismy: hemoglobin E (JV Asie) - a -talasémie G6PD *) deficience Pk **) deficience etc. etc. *) glukózo-6-fosfát dehydrogenáza **) pyruvát kináza Selekce proti heterozygotům je však v přírodě málo rozšířená

Alternativní rovnováha: selekce proti heterozygotům (underdominance) w 11 > w 12 < w 22 fitness heterozygotů je nižší než w homozygotů 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 AA Aa aa

w 11 > w 12 < w 22 při frekvenci nad kritickou hranicí fixace nestabilní rovnováha při frekvenci pod kritickou hranicí extinkce Selekce vede k fixaci jedné z alel (a extinkci druhé)

2. Selekce v proměnlivém prostředí variabilita prostředí: v prostoru v čase v hrubém měřítku: během života jedno prostředí v jemném měřítku: během života více prostředí selekce: měkká tvrdá

selekce Silene vulgaris ssp. humilis tvrdá Minuartia verna

selekce tvrdá měkká prostředí proměnlivé v hrubém měřítku a měkká selekce budou v populaci udržovat polymorfismus s vyšší pravděpodobností než proměnlivost v jemném měřítku a tvrdá selekce

3. Antagonistická selekce různá pohlaví různá vývojová stadia gametická zygotická fáze

4. Selekce závislá na frekvenci I. Negativní frekvenčně-závislá selekce fitness alely A s rostoucí frekvencí klesá

Př.: batesovské mimikry [v tomto případě jde spíše o selekci závislou na hustotě (density-dependent selection)]

Př.: cichlida Perissodus microlepis (Tanganika)

pravohubý levohubý

4. Selekce závislá na frekvenci II. Pozitivní frekvenčně-závislá selekce fitness alely A s rostoucí frekvencí roste

müllerovské mimikry: Amereega hahneli (jedovatá) Lithodytes lineatus (neškodná; batesovské mimikry) R. variabilis (jedovatá) Heliconius melpomene H. erato R. ventrimaculata (jedovatá) Ranitomeya imitator (d,f; jedovatá)

Heliconius erato H. melpomene

Balancující selekce na molekulární úrovni: srovnání skutečného a očekávaného polymorfismu v genu ADH alely šimpanze (C) více podobné alelám člověka (H) než jiným C-alelám geny MHC komplexu