Ilustracija HW principa Model: PRETPOSTAVKA : IDEALNA POPULACIJA - organizmi su diploidni

1. Ilustracija HW principa • Model: • PRETPOSTAVKA : IDEALNA POPULACIJA • - organizmi su diploidni • - reprodukcija je polna • - generacije se ne poklapaju • - parenje je po principu slučajnosti • - veličina populacije je vrlo velika • - odnos polova je 1 : 1 • - prirodna selekcija ne utiče na lokus koji se razmatra • - migracija se ne uvažava • mutacija se može zanemariti

2. Faktori koji menjaju genetičku strukturu populacija-evolutivni faktori- mutacija selekcija genetički drift protok gena

3. Genetički drift ako samo deo populacije ostavlja potomstvo….

4. Populacije su ograničene i promenljive brojnosti • Promena veličine populacije – promena broja jedinki koje doprinose gametima genofondu • Promene učestalosti alela usled variranja veličine genofonda • Slučajan, stohastički proces • Poseban slučaj opšteg fenomena - “greška uzorka”

6. fluktuacija brojnosti severna slonovska foka (100 70000) PerDavidov jelen (11 400)

7. “usko grlo” Kada se brojnost genetički raznovrsne populacije značajno smanji, na neko vreme, a zatim ponovo naraste, ta nova populacija gubi genetičku raznovrsnost ako su neki aleli izgubljeni tokom “uskog grla”

8. izolovanost, marginalne populacije, subpopulacije

9. efekat osnivača

10. posledice genetičkog drifta - flukutuacija učestalosti pojedinih alela - visoka učestalost retkog alela u nekim populacijama - nestanak ili fiksacija jednog od alela - inbriding, homozigotizacija unutar subpopulacije

11. N jedinki nastaje od 2N gameta, po principu slučajnosti Učestalosti A1 i A2 variraju prema (p + q)2N • opseg promene učestalosti alela definisan je standardnom devijacijom distribucije alelskih učestalosti • SDp2 = (pq) / (2N) • SDp=(pq) / (2N) • variranja učestalosti, alela A1, u sledećoj generaciji (p’) u odnosu na očekivanu prema Hardi-Vajnbergovom principu (p) je od p - SD do p + SD Ako p’ unutarp 2SD smatra se da je uzrok promene drift

12. iz SDp = (pq) / (2N) sledi..... • Obrnuta proporcionalnost između standarne devijacije i veličine populacije – efekat drifta je značajan u malim populacijama • kada je Nkonstantno, maksimalna vrednost SD se postiže pri maksimalnoj vrednosti p i q, a to je kada je p = q = 0,5 - efekat drifta je značajan kada su alelske učestalosti jednake

13. Efekat genetičkog drifta u dve sukcesivne generacije _____________________________________________________________________________ Veličina Standardna Očekivani populacije Gameti Varijansa devijacija opseg p’ (N) (2N) (SD2=pq/2N) (SD=pq/2N) (p  2SD) _____________________________________________________________________________ Slučaj: p = q = 0,5 5 10 0,025 0,1580,184 - 0,816 50 100 0,0025 0,050 0,400 - 0,600 500 1000 0,00025 0,01581 0,468 - 0,532 1000 2000 0,000125 0,01118 0,478 - 0,522 10000 20000 0,0000125 0,00354 0,493 - 0,507 1000000 2000000 0,0000001 0,00035 0,499 - 0,501 Slučaj: p = 0,3, q = 0,7 5 10 0,021 0,144910,010 - 0,590 50 100 0,0021 0,04582 0,200 - 0,392 500 1000 0,00021 0,01449 0,271 - 0,329 1000 2000 0,000105 0,010247 0,280 - 0,320 10000 20000 0,0000105 0,00324 0,294 - 0,306 1000000 2000000 0,0000001 0,000324 0,294 - 0,306

14. Gubitak genetičkog polimorfizma tokom procesa genetičkog drifta • smanjenje heterozigotnosti populacije izmedju dve generacije: Ht+1= (1 - 1/2N)Ht • heterozigotnost populacijeopada, po stopi 1/2N za svaku generaciju • promena heterozigotnosti kroz određen broj generacija: Ht = (1 - 1/2N)t H

15. kumulativni efekat drifta • učestalost alela u roditeljskoj generacijiutiče naverovatnoću pojavljivanja tog alela u sledećoj generaciji • promene u alelskim učestalostima postaju kumulativne kroz generacije • Nakon t generacija disperzija alelskih učestalosti je Vp2 = pq  1 - 1 - (1/2N)t • Krajnji rezultat tog procesa zavisi od : • 1) Početnih alelskih učestalosti (p i q). • 2) Dužine vremena odigravanja procesa (t) • 3) Veličine populacije (N)

16. TEORIJSKI ISHODI DRIFTA • Srednja dužina vremena potrebnog da dođe do fiksacije/gubitka alela, zavisi odveličine populacije i početne učestalosti alela • Dužina vremena potrebnog da dođe do fiksacijeproporcionalnaje veličini populacije. Verovatnoća fiksacije određenog alela u populaciji opada sa porastom njene veličine • što je populacija veća, genetički polimorfizam, determinisan ravnotežnim učestalostima, održava se duže, tj. tokom većeg broja generacija Sa porastom veličine populacije, efekat drifta je manji • Ali, za dovoljno dugo vreme i relativno velika populacija može iskazati određeni stepen genetičkog drifta.

17. Ako su početne alelske učestalosti jednake (0,5) u svakoj od reproduktivnih zajednica, oko polovina će biti fiksirana za jedan, a polovina za drugi alel. Ako početne alelske učestalostinisu jednake, veća je verovatnoća da se tokom procesa genetičkog drifta izgube retki aleli i populacije postanu fiksirane za alele koji su u njima imali veće učestalosti

18. Početna učestalost alela je 0.5 Početna učestalost alela je 0.1 Teorijski ishodi genetičkog drifta pri dve početne alelske učestalosti (0.5 i 0.1). Krive su distribucija alelskih učestalosti u segregirajućim populacijama Deo ispod krivih je proporcija populacije u kojoj još nije došlo do fiksacije/gubitka alela

19. ako su populacije male, izolovane… U nekim populacijama su povećane učestalosti pojedinih varijanti gena i nekih oboljenja i poremećaja Više jedinkiima zajedničke predačke haplotipove višegeneracijska rodoslovna stabla -pripadnost etničkim grupacijama -korist podataka u biomedicini GENERACIJA

20. Primeri povišene učestalosti monogenskih oboljenja u odredjenim populacijama. Neka su posledica smanjenja brojnosti populacije, izolovanosti i inbridinga

21. Primeri drifta u humanim populacijama-osnivači, izolati, ili “usko grlo”- • Pingelop atol u Pacifiku, 1780, 30 preživelo tajfun, danas populacija od 2000, 7% ahromatopsia (slepilo, autozom.rec.). Jedanpreživeli je bio heterozigotni nosilac • Dunkeri, Pensilvanija (iz rajnske oblasti, 1708), učestalosti alela MN, ABO različite u odnosu na Nemačku i ostale US • Huteriti, Južna Dakota i Kanada (442 osobe, iz Rusije, 1874-1877, podeljeni u 3 leuta, medjusobno reproduktivno izolovani) danas populacija od 33000 unikatne distribucije učestalosti alela ABO i HLA • Amiši, Pensilvanija (1720-1770 i 1812, 200 osnivača), danas populacija od 80000 7% Ellis-von-Creveld sindrom (autoz.rec.) • Aškenazi jevreji, mala populacija oko Strasbura. Visoka učestalost, 1%mutacija BRCA1, BRCA2,

22. Inbriding unutar subpopulacija Mala veličina populacije povećava šansu parenja u srodstvu Stepen inbridinga populacije u dve sukcesivne generacije, u zavisnosti od veličine populacije: Ft = (1/ 2N) + (1 - 1/2N) Ft - 1, a nakon t generacija: Ft = 1 - (1 - 1/2N)t.

23. Protok gena (migracija) • “They say that much of literature is composed of only two plots: someone goes on a trip, or a stranger comes to town...”

24. abiotički i biotički faktori utiču na distribuciju jedinki u okviru reproduktivne zajednice

26. alel A1 populacija migranata Učestalost alela u nativnoj populaciji nakon migracije q’ = (1 - m)q + mqm = q - m(q - qm) nativna populacija qm= učestalost alela u populaciji migranata q = učestalost alela u nativnoj populaciji, u koju dolaze migranti m= migracioni koeficijent (proporcija migranata, roditelja sledeće generacije) 1-m = nemigranti, nativni roditelji sledeće generacije

27. q = q’ - q = q - m(q - qm) - q = m(qm - q) ako m=0, nema protoka gena ako q=qm, ima protoka gena, ali nema promene ako q<qm, q raste ako q>qm, q opada Očekivane promene alelskih učestalosti nakon jedne generacije protoka gena Kada je m=0.1, a qm = 0.2 ili 0.5 ili 0.8

28. razlika alelskih učestalosti između dve populacije sa jednosmernom migracijom, nakon t generacija qt - qm = (1 - m)t (q - qm) obim promene opada sa vremenom, tj. smanjuju se razlike u učestalostima alela Kako t raste, qt se približava ravnotežnoj vrednosti, koja je jednaka qm

29. Protok gena u humanoj populaciji - specifičnosti savladjivanje geografskih izolacija (transport) postojanje specifičnih vidovi izolacije (kultura,religija,politika) Science 2 March 2001: Vol. 291. no. 5509, pp. 1735 - 1737 The Peopling of the Pacific Ann Gibbons Archaeologists, linguists, and geneticists have been struggling to understand the origins of the bold seafarers who settled the remote Pacific Islands. Now some scientists are converging on a model that involves mingling between Austronesian speakers, perhaps from Taiwan or nearby areas, and the indigenous people of Melanesian islands such as Papua New Guinea. The fusion of these cultures created a people that swept out into the remote Pacific islands, exploring 4500 kilometers in outrigger canoes and leaving a trail of distinctive pots behind. But a true synthesis of all the data remains elusive. Researchers argue about just how much mixing occurred between peoples, and at the moment each data set tends to favor a different homeland for the original voyagers. But Did They Mate? Ann Gibbons Science 2 March 2001:Vol. 291. no. 5509, p. 1726 If Neandertals and modern humans lived in close proximity for thousands of years (see main text), the obvious question is, did they mate? For scientists, children are the key issue. Successful reproduction would imply that Neandertals and humans were part of the same species and shared a recent evolutionary history.

30. Variranje učestalosti krvnih grupa medju selima oko Parme. Najveće variranje je među izolovanim planinskim zaseocima, a različitost opada sa porastom gustine naseljenosti u dolini, i u samoj Parmi PLANINE BRDA NIZIJA Geografska izolacija Stepen protoka gena Gustina naseljenosti GENETIČKA VARIJABILNOST GUSTINA POPULACIJE

31. Distribucija IB alela Razlike medju populacijama postoje u učestalosti pojedinih alela Veći deo varijabilnosti je unutar nego izmedju populacija

33. veličina “mešavine”- proporcija genofonda koja potiče od predačke populacije M = (q-q’)/(q-qm) q= kod afrikanera qm= kod kavkazijanaca q’= kod afro-amerikanaca Ex: 2 grada, Charleston, Pittsburgh M1=0.220 M2=0.037, manja proporcija genofonda kavkazijanaca u mešavini u Čarlstonu