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

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

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

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

Evoluce pohlaví a determinace pohlaví. Marie Ošlejšková

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

lní Gonozomáln Chromozomové určení pohlaví autozomy x gonozomy gonozomů ení Mgr. Aleš RUDA XY: : pohlaví heterogametické

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

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování

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

Genetika pohlaví genetická determinace pohlaví

GENETIKA. Dědičnost a pohlaví

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

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/

Dědičnost pohlaví a znaků s pohlavím souvisejících

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Genetické určení pohlaví

Základní pravidla dědičnosti

Determinace pohlaví a evoluce pohlavních chromosomů

Dědičnost a pohlaví. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

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

REPRODUKCE A ONTOGENEZE Od spermie s vajíčkem až po zralého jedince. Co bylo dřív? Slepice nebo vejce?

Mendelistická genetika

Reprodukční systémy vyšších rostlin

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

Genetika na úrovni mnohobuněčného organizmu

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

Chromosomy a karyotyp člověka

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Rozmnožování a vývoj živočichů

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

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

GENETIKA Monogenní dědičnost (Mendelovská) Polygenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

VY_32_INOVACE_ / Genetika Genetika

Gonosomální dědičnost

Dědičnost pohlaví a znaků s pohlavím souvisejících

2.ročník - Zoologie. Rozmnožování Zárodečné listy (10)

Genetika populací. kvalitativních znaků

MENDELOVSKÁ DĚDIČNOST

Předmět:: Přírodopis. anatomie a morfologie typických zástupců skupin živočichů funkce orgánů. vybraní zástupci různých skupin živočichů

Genetika přehled zkouškových otázek:

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

Moderní biologie na dosah ruky EUSOCIALITA. Kateřina Černá Přírodovědecká Fakulta Univerzity Karlovy, Katedra zoologie

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ORGANISMY

Úvod do obecné genetiky

Semenné sady systém reprodukce a efektivita

Rozptyl a migrace. Petra Hamplová

Genotypy absolutní frekvence relativní frekvence

Cvičeníč. 10 Dědičnost a pohlaví. Mgr. Zbyněk Houdek

Základní genetické pojmy

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

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

Zvyšování kvality výuky technických oborů

World of Plants Sources for Botanical Courses

Důsledky selekce v populaci - cvičení

Působení genů. Gen. Znak

Nauka o dědičnosti a proměnlivosti

Hardy-Weinbergův zákon - cvičení

Selekce v populaci a její důsledky

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

Pohlavní rozmnožování. Gametogeneze u rostlin a živočichů.

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

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

Předmět:: Přírodopis. Savci funkce základních orgánů. Savci - anatomie a morfologie typických zástupců skupin živočichů, funkce orgánů

Počet chromosomů v buňkách. Genom

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

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze


GENETIKA A JEJÍ ZÁKLADY

Genetika mnohobuněčných organismů

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

- vytvoření speciálních buněk (gamety), vznikají meiózou (redukční dělení) v pohlavních orgánech

Genetika pro začínající chovatele

Savci. ZÁŘÍ 8h. přírodniny a jejich pozorování bezpečnost práce v laboratoři a při pozorování v terénu. Savci. ŘÍJEN 7h

Dědičnost vázaná na X chromosom

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

Determinace pohlaví a evoluce pohlavních chromosomů

Nondisjunkce v II. meiotickém dělení zygota

Degenerace genetického kódu

Příbuznost a inbreeding

Souhrnný test - genetika

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

Genetika zvířat - MENDELU

Výukový materiál zpracován v rámci operačního projektu. EU peníze školám. Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

PRAKTIKUM Z OBECNÉ GENETIKY

Genetika populací. KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Základy genetiky populací

Maturitní témata - BIOLOGIE 2018

GENETIKA 1. Úvod do světa dědičnosti. Historie

Populační genetika III. Radka Reifová

Genetika vzácných druhů zuzmun

Jméno autora: Mgr. Hana Vlková Datum: Ročník: 6. A Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Přírodopis Tematický okruh:

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

Biologie - Oktáva, 4. ročník (humanitní větev)

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Přírodopis. 8. ročník. Obecná biologie a genetika

Transkript:

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Populační genetika (KBB/PG) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Genetika a pohlaví RNDr. Petr Nádvorník, Ph.D. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Cíl přednášky - Seznámení s výhodami pohlavního rozmnožování, se způsoby determinace pohlaví, zvláště s genetickou determinací pohlaví s důrazem na typ savčí a haplodiploidní, seznámení s neobvyklými poměry jedinců různého pohlaví Klíčová slova - Mullerova rohatka, determinace pohlaví, poměr jedinců obou pohlaví v populaci. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Genetika pohlaví Většina organismů rozdělena na dvě pohlaví Pohlaví jsou definována: Prostorovým uspořádáním a funkcí pohlavních orgánů Anisogamií (2 typy gamet) Samičí gamety (vajíčka): -větší, obsahují mnoho živin, malá početnost, nepohyblivá Samčí gamety (spermie): - menší, pohyblivé, v obrovských počtech Hermafrodité Obojí pohlavní orgány nese jeden jedinec Někteří živočichové (žížala, plži) a většina rostlin (jednodomé) Gonochoristé Každý jedinec jen jedno pohlaví Většina živočichů, některé rostliny (dvoudomé)

Pohlavní rozmnožování v přírodě převládá Nevýhody pohlavního rozmnožování: Rekombinace ruší lokálně výhodné genotypy Pohlavně přenosné choroby Nestejnoměrné předávání alel do buněk při meióze Nebezpečí predace během rozmnožovacích aktivit Demografické důsledky (pohlavně množící se samice mají polovinu potomků než samice množící se nepohlavně) Pohlavní organismy Asexuální samice t 0 t 1 t 2 t 3

Výhody pohlavního rozmnožování: Velká diverzita potomstva (evoluce, obsazování různých nik, menší sourozenecká kompetice, rozšiřování areálu výskytu druhu, ) Nové zbraně v závodech s parazity (výhoda málo frekventovaných genotypů) Zpomalení nebo zastavení Mullerovy rohatky U pohlavních organismů odstraňuje mírně negativní mutace rekombinace provázející pohlavní rozmnožování U nepohlavních organismů se negativní mutace hromadí, zhoršuje se průměrná životaschopnost jedinců Při nepohlavním rozmnožování mají potomci vždy více mutací než rodiče (zrychlující se trend díky epistatickým interakcím) Při pohlavním rozmnožování díky rekombinaci potomci i méně i více mutací

Mullerova rohatka Černá každá mutace sníží fitness o stejnou hodnotu (v přírodě vzácné) Zelená negativní epistáze vliv každé negativní mutace nižší, fitness klesá pozvolna, asymptoticky se blíží pomalu k nule (Mullerova rohatka) Červená model pozitivní (synergická) epistáze vliv každé mutace se zvětšuje a dojde brzo k radikálnímu poklesu fitness Modrá extrémní případ pozitivní epistáze překročí-li podprahové množství mutací určitou prahovou hodnotu, dojde k poklesu fitness na nulu nejefektivnější zastavení Mullerovy rohatky

Mullerova rohatka a její zastavení p Sexuals Asexuals p Parental load Parental load 1-W off U -> U -> 1-W off Působení synergické epistáze zastavuje Mullerovu rohatku a zároveň zvýhodňuje pohlavní rozmnožování (pokud je počet mutací na genom větší než cca 1 2)

Způsoby determinace pohlaví Geneticky Konstitucí pohlavních chromozomů Savci, ptáci, hmyz, některé rostliny Fyziologicky Velikost těla Některé ryby (samec malý, roste samice) Enviromentálně Teplota inkubace Plazi, rostliny, ryby

Savčí typ XY (Drosophila) Člověk 22 párů autozomů Pohlavní konstituce samic XX Pohlavní konstituce samců XY X chromozom nese 5 % genů Y chromozom jen několik genů

Samice homogametické, vajíčka jen X Samci heterogametičtí, spermie X nebo Y V potomstvu poměr samců a samic 1:1 (samci produkují stejně X a Y spermií) U samic je jeden X chomozom v buňce náhodně inaktivován (lyonizace, Baarovo tělísko) Samičí pohlaví je pohlavím základním, samčí odvozeným

Další způsoby genetické determinace pohlaví Ptačí typ (Abraxas) Samci 2N +ZZ, samice 2N+ZW Ptáci, motýli, některé ryby Samci homogametiční, samice heterogametické Samčí pohlaví základní Systém X-0 Samci 2N +XX, samice 2N+X0 Hmyz (kobylky, sarančata, švábi) Systém haplodiploidní Samci N, samice 2N Blanokřídlí Samice z oplozených vajíček, samci z neoplozených Samci nemají otce

Haplodiploidní systém genetické determinace pohlaví V některých případech (hlavně mravenci a brakonidní vosy) tzv. komplementární determinace pohlaví Určení pohlaví jedním lokusem s mnoha alelami: 2 různé kopie (heterozygot) SAMICE 1 kopie (hemizygot) SAMEC 2 identické kopie (homozygot) DIPLOIDNÍ SAMEC Frekvence diploidních samců se zvyšuje po ztrátě genetické diverzity populace (efekt hrdla lahve) v následném znovuobnovování početního stavu Diploidní samci většinou sterilní výjimkou diploidní samci argentinského mravence ohňového (Solenopsis invicta) pohlavní cestou u něho vznikají triploidní samice

Poměr pohlaví Pro jedince je výhodné, pokud je jeho pohlaví v populací méně početné Souvislost s inkluzivní fitness Fitness diploidní samice v populaci = počet jejích dcer + počet samic oplodněných jejími syny původní typ (wild): samice produkuje F dcer a M synů vzácný typ (mutant): samice produkuje f dcer a m synů Pro jejich fitness bude platit: w w = F + (F/M) M = 2F w m = f + (F/M) m (F/M) počet samic oplozených syny w m / w w = f/(2f) + m/(2m) substituce s=m/(f+m) a r=f/(f+m) w m / w w = [r+(1 2r)s] / [2r/(1 r)] Hledáme optimální poměr pohlaví r*, kdy platí, že pokud v populaci r=r*, tak mezi mutanty je nejvýhodnější, když s=r*

Řešení pomocí parciálních derivací w / s s r r* 0 Hodnota r* zaleží na tom, jestli r je menší nebo větší než 0,5 Hodnoty, které maximalizují fitness mutanta jsou tudíž s=1 pokud r<0,5 a s=0, když r>0,5 Správnější je předpokládat, že dcera je pro matku k krát produkčně náročnější než syn a matka bude alokovat její zdroje jako R = m + kf Tedy poměr pohlaví daný jako relativní investice v samcích je r = m/r Pak počet synů produkovaných matkou v tomto pohlavním poměru je m = mr a dcer f = (1-r)R/k

Poměr pohlaví v haplodiploidním systému Týká se sociálního hmyzu Př. včelí nebo mravenčí královna Poměr příbuzenství: dělnice nová královna = 0,75 dělnice nová královna = cca 0,25 dělnice nová dělnice = 0,75 dělnice nová dělnice = cca 0,25 dělnice nový samec = 0,25 dělnice nový samec = 0,25 královna nová královna = 0,5 královna nová královna = 0,5 královna syn = 0,5 královna syn = 0,5

1) Poměr pohlaví kontroluje královna Optimální poměr pohlaví je pro královnu s použitím r MD a r MS (r MD a r MS znamenají podíl příbuzenství matka-dcera a matka-syn): w m =r MD f + r MS (F/M)m = 0,5f + 0,5(F/M)m Pokud jsou synové příbuzní s matkou ve stejném poměru jako dcery, je i poměr pohlaví stejný (tj 0,5:0,5) 2) Poměr pohlaví kontrolují dělnice (staré, ne nové) Optimální poměr pohlaví pro tyto dělnice je: w m =(3/4)f + (1/4)(F/M)m Relativní fitness mutantů potom bude: w m / w w = [3r+(1 4r)s] / [4r/(1 r)] Optimální poměr pohlaví pro dělnice r*=0,25 (tedy 3:1 pro samice)

Konflikt zájmů dělnic a královny ohledně poměru pohlaví jejích potomků Ovlivnění dělnicemi v jejich prospěch: Zabíjení samčích zárodků Větší (lepší) péče o samičí larvy Přednostní péče o nové královny než o nové dělnice Ovlivnění královnou v její prospěch: Kopulace s více samci, aby se snížila příbuznost mezi dělnicemi a novými královnami Nakladení omezeného počtu oplozených (samičích) vajíček (z nich dělnice i královny, z neoplozených samci)

Neobvyklé poměry pohlaví 1) Lokální pohlavní kompetice V některých případech se mezi sebou páří sourozenci; samice se pak rozptylují do okolí (fíkovníkové vosy, Plasmodium původce malárie) Jeden až několik samců stačí pro pokrytí potřeb populace Více samic = možnost přenosu více kopií konkrétních alel do další generace

Vnitrobuněčné faktory: a) Zabíjení samců Intracelulární mikroorganismy přenášené v cytoplazmě selektivně zabíjejí samčí zárodky Zvyšují tak podíl přežívajících samic ve snůšce (matroklinní dědičnost cytoplazmy, zvyšují tak šanci svého přenosu do další generace) Samice z toho profitují snížení kompetice, možnost využití těl mrtvých bratrů jako potravu Toto ovlivnění bakteriemi nebo bakteriím podobnými organismy (Rickettsia, Spiroplasma, Wolbachia) Př. sluníčko sedmitečné a bakterie rodu Spiroplasma

b) Bakterie Wolbachia pipientis Gramnegativní bakterie čeledi Rickettsiacae Obligátně v cytoplazmě až 75 % členovců a hlístů (parazitizmus, mutualismus?) Ovlivňuje poměr pohlaví potomstva (způsoby páření, kompetice, přeprogramování embryogeneze,.) Feminizace samců během embryogoeneze stínky (Isopoda) Indukování asexuálního rozmnožování (partenogeneze) parazitické vosičky Cytoplazmatická inkompatibilita (abortivní karyogamie) komáři, Drosphila (páření zdravé samice a infikovaného samce žádné potomstvo (zvýhodnění potomstva nakažených samic ve smíšených populacích) evoluční význam při speciaci

c) Cytoplazmatická samčí sterilita (CMS) Pozorováno u mnoha druhů vyšších rostlin (např. kukuřice Zea mays) Mitochondriální mutace vede ke sterilizaci samců nemají funkční antheridia nebo je jejich pyl sterilní (matroklinní dědičnost) Jaderné geny naopak potlačují CMS snaha o obnovu samčí fertility Není známo u živočichů možná souvislost s velikostí mitochondriálního genomu u rostlin cca 0,2 2 Mb, u živočichů cca 16 kb Využití ve šlechtitelství eliminace samosprášení F1 hybridi

Ovlivnění poměru pohlaví organismů (nejen) bakteriemi