3 I geni nelle popolazioni 1 - Docenti geni nelle... · Un locus e due alleli: codominanza Genotipi…

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    16-Feb-2019

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<p>Lezione3</p> <p>Igeninellepopolazioni</p> <p>Lezione modificata da Rosenblum http://people.ibest.uidaho.edu/~bree/</p> <p>Graur andLi:Capitolo2</p> <p>Graur lectures 89101112</p> <p>Levoluzione Ilprocessocherisultadalcambiamentodellecaratteristichegenetichedellepopolazioni</p> <p>Lacomponentedibasedelprocessoevolutivoilcambiamentonellefrequenzeallelicheneltempo</p> <p>Lageneticadipopolazionisioccupadelcambiamentodellefrequenzeallelichecheavvienenellepopolazioni</p> <p>Igeninegliindividui</p> <p> Omozigote:lostessoalleleadunlocusinorganismidiploidi(opoliplodi)</p> <p> Eterozigote:Allelidiversiadunlocusinorganismidiploidi(opoliplodi)</p> <p>Igeninellepopolazioni Poolgenico:ilsetdialleliuniciatuttiilociinunapopolazione</p> <p> Dimensionedellapopolazione:ingenereindicataconNperlacomponenteaploide,2Nperladiploide</p> <p>Igeninellepopolazioni Polimorfico:presenzadi&gt;1tipogeneticodistintonellapopolazione(variante,formaalternativa)</p> <p> Monomorfico:nellapopolazioneesisteunsolotipogenetico</p> <p>Igeninellepopolazioni Polimorfico:presenzadi&gt;1tipogeneticodistintonellapopolazione</p> <p>(variante,formaalternativa) Monomorfico:nellapopolazioneesisteunsolotipogenetico</p> <p>Ilpolimorfismo puessereintesosuscalagenetica(esempio:singlenucleotidepolymorphism,SNP)</p> <p>Osuscalapopolazionistica (colori,tipidigiaguariinSudAmerica)</p> <p>Igeninellepopolazioni Frequenzaallelica(allelefrequency,genefrequency):</p> <p>proporzionerelativadiunalleleinunapopolazione</p> <p>Per un locus con 2 alleli:</p> <p>p = frequenza dellallele Aq = frequenza dellallele a (1-p)</p> <p>p+q = 1</p> <p>Igeninellepopolazioni</p> <p>Lefrequenzeallelicherimangonocostantineltempoinunapopolazioneideale</p> <p>QuestosichiamaEquilibriodiHardyWeinberg(HWE)</p> <p>Che cos una popolazione ideale?</p> <p>1. Generazioni discrete,nonsovrapposte</p> <p>2.Stesse frequenze alleliche inmaschi efemmine</p> <p>3.Panmissia:gli individui si accoppiano inmaniera casuale (unionecasuale dei gameti)</p> <p>4.Ladimensione della popolazione moltogrande (tendenteallinfinito)</p> <p>5.Nonc migrazione (lapopolazione chiusa)</p> <p>6.Lamutazione pu essere ignorata</p> <p>7.Laselezione noninfluenzalefrequenze alleliche (alleli neutrali)</p> <p>Popolazioneideale:realistica?</p> <p> Ingenereno,maHWEfornisceunimportanteIPOTESINULLA</p> <p> DeviazionidallHWEcisuggerisconochequalchecosadi importantestaavvenendonellapopolazione(evoluzione!)</p> <p>Implicazioni dellHWE</p> <p>1. Lefrequenzealleliche sonostabilineltempo,enondipendonodalmodellodidominanzatraglialleli</p> <p>2. Poich lefrequenzegenotipichepossonoessereprdette daquellealleliche,anchequesterimangonostabilineltempo</p> <p>3. DateleleggidiMendel HWEvieneraggiuntodopounasingolagenerazionediincrocicasuali.</p> <p>4. Poich levoluzionesidefiniscecomeilcambiamentodellefrequenzealleliche egenotipicheneltempo,unapopolazioneidealenonevolve</p> <p>5. Levoluzioneavvieneperch vengonoviolatealcunedelleassunzionidiunapopolazioneideale</p> <p>a) Incrocinoncasualib) Dimensionifinite(derivagenetica,caso)c) Migrazioned) Mutazionie) Selezione</p> <p>Forzeevolutive</p> <p>SeunapopolazioneinHWE,qualisarannolesuefrequenzegenotipiche?</p> <p>Per un locus con 2 alleli:</p> <p>p = frequenza dellallele Aq = frequenza dellallele a (1-p)</p> <p>p+q = 1</p> <p>Cos sappiamo quali sono le frequenze alleliche, ma non quelle genotipiche</p> <p>Con 2 alleli ci sono 3 possibili genotipi:</p> <p>SeunapopolazioneinHWE,qualisarannolefrequenzegenotipiche?</p> <p>Da dove si ottengono queste frequenze genotipiche?</p> <p>Quadrato di Punnett per popolazione</p> <p>Femmine</p> <p>Maschi</p> <p>Genotipi</p> <p>Frequenze</p> <p>HWpuessereusatoper</p> <p> CalcolarelefrequenzegenotipicheperunapopolazioneinHWE</p> <p> TestareperdeviazionistatisticamentesignificativedallHWE</p> <p>Esempio:Malattie1/1700neonatihalafibrosicisticaQuallaproporzionediportatoriasintomaticinellapopolazione?</p> <p>2pq=0.047p2+2pq+q2=14.7%portatori</p> <p>Tuttiicambiamentievolutiviinizianoconcambiamentiintrapopolazione</p> <p> Domandechiave: Comecambianolefrequenzediunallelemutatoneltemposottolinfluenzadellediverseforzeevolutive?</p> <p> Comevienemantenutalavariabilitnellepopolazioninaturali?</p> <p> Quallaprobabilitcheunnuovomutanterimpiazzicompletamentelevariantiesistentieconchevelocitquestoaccade?</p> <p>Chance!</p> <p>N= dimensione della popolazione</p> <p>Mutazione nuova variante allelica con frequenza 1/N</p> <p>La frequenza di a cresce nel tempo fino ad arrivare a sostituire A quindi a FISSARSI EVOLUZIONE</p> <p>DerivageneticaSelezione</p> <p>MigrazioneRicombinazione</p> <p>Mutazione</p> <p>DerivageneticaSelezione</p> <p>Casuale non casuale</p> <p>Mutazione=variabilitgenetica(nessunadirezionalit!):lefrequenzeallelichecambianograzieallamutazione</p> <p>Ingeneraleunaforzaevolutivadebole</p> <p>Mutazione</p> <p>Mutazione</p> <p>Generating variation..</p> <p>Tassodimutazione:frequenzadimutazionepergenerazione(operanno)eperentitbiologica(nucleotide,gamete,individuo)</p> <p>Alcuniconcettiimportanti:</p> <p>Iltassodimutazionenoncasuale:variaasecondadellespecie</p> <p>Sesiamonelnucleoonegliorganelli</p> <p>mut</p> <p>mut</p> <p>Iltassodimutazionenoncasuale:variaasecondadelleregionigenomiche</p> <p>Esistono Hotspotmutazionali(regioneproneallamutazione)</p> <p> sequenzeripetitiveletransizionisonopicomunidelletrasversionialcuninulceotidi sonopimutabili(es.GeCnelgenomadeimammiferi)</p> <p>Mutazione</p> <p>mut</p> <p>Lamutazionecasualerispettoalleconseguenze(fitness):</p> <p>Nondirettaafornirelavariazionedicuilorganismonecessita</p> <p>Lesposizioneagliantibioticiselezionaibatteriresistentimanonlacausadellaresistenza</p> <p>Mutazione</p> <p>Ancheselemutazioninonsonodistribuiteequamentenelgenoma,approssimandopossibileutilizzareunorologiomolecolare (contuttiilimitidiquestoapproccio)specialmentesecalibratocondatifossili</p> <p>Mutazione</p> <p>Destinodellemutazioni</p> <p>Mutazione</p> <p>Perdita</p> <p>Polimorfismo</p> <p>Fissazione</p> <p>Approcciperstudiareicambiamentigeneticinellepopolazioni</p> <p> Modellideterministici Pisemplici Icambiamentidigenerazioneingenerazioneavvengonoinununicomodo</p> <p> Questopuesserepredettoconoscendolecondizioniiniziali</p> <p> Modellistocastici Icambiamentiavvengonoinmodoprobabilistico</p> <p> Conoscendolostato1nonpossiamopredireinmodocertolefallelichedellostato2</p> <p> Possiamosolocalcolaredelleprobabilit</p> <p>Funzionanosolose1. Ninfinita2. Lambientecostante</p> <p>PreferibiliperchpirealisticiNonsempretrattabilimatematicamente</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Un approccio deterministico</p> <p>Successoriproduttivodifferenzialedialcunigenotipirispettoadaltri</p> <p>Dipendeda</p> <p>Mortalit Fertilit Fecondit</p> <p>Successonellaccoppiamento Vitalitdellaprole</p> <p>w =fitnessmisuradellepotenzialitdiunindividuodisopravvivereeriprodursi</p> <p>Lafitnessdiuncertogenotipovarianeltempoasecondadellambiente:unconcettorelativo,mafissiamolapertrattarlamatematicamente</p> <p>http://evolution.berkeley.edu</p> <p>Lafitness (w) diungenotipounamisuradellacapacitdiunindividuodisopravvivereeriprodursi.</p> <p>Ledimensionidiunapopolazionesonodeterminatedallacapacitportantedellambiente.</p> <p>Quindiilsuccessoevolutivodiunindividuodeterminatonondallasuafitnessassoluta,madaquelladelsuogenotiporispettoaglialtrigenotipidellapopolazione(fitnessrelativa).</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Laselezionenaturalecambialefrequenzeallelicherelativenellapopolazione</p> <p>Laselezionenaturaleunaforzaevolutivadigrandeefficacia,ilsuoeffettoquellodimigliorareladattamentodegliindividuialloroambiente</p> <p>Laselezionenonhaunoscopofinale,noncisonovariantigenetichebuone</p> <p>Unavariantebeneficaperilsuoportatoreinundeterminatoambienteedannosainunaltro</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>SelezionenaturaleUnlocuseduealleli</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness w11 w12 w22</p> <p>Frequenze p2 2pq q2</p> <p>FrequenzadiA1=p</p> <p>FrequenzadiA2=q o1p</p> <p>Calcolodellafrequenzaallelicadallafrequenzagenotipica</p> <p>Randommating:</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness w11 w12 w22</p> <p>Frequenze p2 2pq q2</p> <p>Dopo una generazione e lazione dellaselezione</p> <p>Frequenze p2w11 2pqw12 q2w22</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Frequenze p2w11 2pqw12 q2w22</p> <p>Frequenza di A2 dopo una generazione</p> <p>di quanto cambiata la frequenza del nuovo allele A2 dopo una generazione?</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli:A2 dominante</p> <p>Unlocuseduealleli:A2 recessivo</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness (w) 1 1+s 1+s</p> <p>s pu essere negativo</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness (w) 1 1 1+s</p> <p>s pu essere negativo</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli:codominanza</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness (w) 1 1+s 1+2s</p> <p>s pu essere negativo</p> <p>Sespiccolo(disolitolo)ildenominatorecirca1</p> <p>Sipuapprossimarecon</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli:codominanza</p> <p>Sespiccolo(disolitolo)ildenominatorecirca1</p> <p>Sipuapprossimarecon Lasoluzione</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli:codominanza</p> <p>0</p> <p>0.1</p> <p>0.2</p> <p>0.3</p> <p>0.4</p> <p>0.5</p> <p>0.6</p> <p>0.7</p> <p>0.8</p> <p>0.9</p> <p>1</p> <p>1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480</p> <p>freq</p> <p>uenza s=0.01</p> <p>s=0.02</p> <p>s=0.01</p> <p>generazioni</p> <p>Inalternativasipuesprimeret infunzionediq</p> <p>dallequazionesipucalcolareilnumerodigenerazioninecessarieperchlafrequenzadiA2passidaq0 aqt</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Unlocuseduealleli:overdominance</p> <p>Genotipi A1A1 A1A2 A2A2</p> <p>Fitness (w) 1 1+s1 1+s2</p> <p>in questo caso s1 &gt; 0 e s1 &gt; s2</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>A1=formaancestraleA2=formaderivata</p> <p>codominanza A2 dominante</p> <p>A1 dominante</p> <p>CambiamentodellefrequenzeallelicheneltempodiunallelenuovoA2 asecondadelmodellodidominanza</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Bamshad andWooding.Nat Rev Gen 2003</p> <p>Selezionenaturale</p> <p>Bamshad andWooding.Nat Rev Gen 2003</p> <p>Positive selection in humans:Lactase persistence</p> <p> All infants have high lactase enzyme activity to digest the sugar lactose in milk In most humans, activity declines after weaning, but in some it persists:</p> <p>LCT*P</p> <p>From Jobling 2003</p> <p>Beja-Pereira et al. 2005</p> <p>a: Frequency of the lactase persistency (LCT*P) in different populations</p> <p>b: Synthetic map showing the first principal component resulting from the allele frequencies at the cattle genes (genes important for milk production)</p> <p>c: Geographic distribution of the lactase persistence allele in contemporary Europeans</p> <p>a</p> <p>Positiveselectioninhumans:SelectionattheG6PD genebymalaria</p> <p> Reduced G6PD enzyme activity (e.g. A allele) confers some resistance to falciparum malaria</p> <p>Extended haplotype homozygosity at the A allele</p> <p>Sabeti et al. (2002) Nature 419, 832-837</p> <p>Haplotter - explore the evidence for recent positive selection in the human genome http://hg-wen.uchicago.edu/selection/haplotter.htm</p> <p>Heterozygote advantage Overdominance in humans: Sickle-cell disease </p> <p>AA AS SS</p> <p>HbAHbA</p> <p>HbAHbS</p> <p>HbSHbS</p> <p>6 Glu&gt;Val</p> <p>Red blood cells: +Malaria susceptibility: -</p> <p>Red blood cells: -Malaria susceptibility: +</p>

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