GENETICKÁ A FENOTYPOVÁ
PROMĚNLIVOST
Evoluce jako dvoustupňový proces:
1. proměnlivost mezi jedinci v populaci
2. změny v zastoupení jednotlivých variant z generace na generaci
Vztah rychlosti evoluce a genetické proměnlivosti —» základní teorém přírodního výběru (Fisher, 1930):
Míra zvýšení reprodukční zdatnosti libovolného organismu v libovolném case je rovna jeho genetické proměnlivosti v tomto case
Francis Galton, biometrikové ^^^^^^^ kontinuální proměnlivost Gregor Mendel, mendelisté ^^^^^^^ diskrétní proměnlivost
Genetická a i fenotypová proměnlivost
Zdroje fenotypové proměnlivosti:
• rozdíly v genotypu
• rozdíly v podmínkách prostředí /Xk\
• maternální vlivy (paternální vlivy) RžrP)
POPULACE u£8y
• společný genofond (gene pool) ^^ ^V—^
• společný areál ^^ ,---------------
• lokální populace (subpopulace, démy, mendelovské populace)
• globální populace, metapopulace
populace experimentální, zemědělské, modelové
Genetická a fenotypova proměnlivost
Genotypové a alelové (genové ) frekvence genotypové: P, g, R
AA AA .4,4
^^^^^^■^^^^^^ ^^^^^^^^^™ ^^^^^^^^^™^^^^^^
P „___ô_ w R alelové:/;, q P+Q+R=l
^ W ^ ^ ^ ^~
+________£_ --------------► ^— _____i______* p + q = l A2A2 Celkem
Genotyp AXAX ^1^2
Počet nx n2 n3 N
Frekvence P=ní/N Q=n2/N R=n3/N
p = (2«! + n f2)/27V q- = (n2 + 2n3)/2N
• E. B. Ford, 1939-1970: prástevník hluchavkový {Panaxia dominulä)
genotyp ^Mi A^A2 A2A2 X
počet 17062 1295 28 18385
genotypová frekvence 0,928 0,070 0,002 1
alelová frekvence ^ = 0,963 ^2 = 0,037 1
Genetická a fenotypová proměnlivost
GENETICKÁ PROMĚNLIVOST V PŘÍRODNÍCH POPULACÍCH
Metody studia genetické proměnlivosti:
• elektroforéza proteinů
• analýza restrikčních fragmentů (Southern blotting, RFLP, DNA fingerprinting)
• PCR, sekvencování, mikrosatelity...
Polymorfismus a polytypie
J- XL
12 3 4 5 6 7
Genetická a fenotypová proměnlivost
Hardyho-Weinberguv zákon
Vlastnosti modelové („panmiktické") populace:
diploidní organismy
pohlavní rozmnožování
diskrétní generace
dvě alely, segregující 1:1
četnosti alel stejné u samců i samic
náhodné oplození
velmi velká velikost
absence migrace
absence mutací
absence přírodního výběru A
vztah četností: p2 + 2pq + q2 = 1
1908: G. H. Hardy (1877-1947)
Wilhelm Weinberg (1862-1937)
Samčí gamety
Alela A A
Četnost P q
Samicí
gamety M~^ /f^\ J^^\
lela Četnost w- ^— «4=^-^^ \^>—\
A p
pí
A q j* ^\ AA *, AA
qp * \
Četnosti v zygotách: AA:P' = p A A : Q' = pq+qp
= 2pq AA:R' = q
Genetická a fenotypová proměnlivost
Hardyho-Weinbergův zákon
1. Četnosti alel z generace na generaci stálé = Hardyho-Weinbergova rovnováha
2. HW rovnováhy dosaženo již po 1 generaci náhodného křížení
• geny vázané na pohlaví: u samců genotypové = fenotypové četnosti
• pro 3 alely:p2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr + 2qr; obecně/?;2 + 2pg
Četnosti heterozygotů a homozygotů pro vzácnou alelu
Četnost alely A
0.8 0.6 0.4 0.2
0.2 0.4 0.6
Četnost alelv a
o.o
1.0
heterozygoti nejfrekventovanější při/;=#=0,5
Q se snižuje rychlostí 2pq
R rychlostí q2
=> zvyšování Q/R —» vzácná alela
většinou v heterozygotním stavu
Genetická a fenotypová proměnlivost GENETICKÁ PROMĚNLIVOST V PŘÍRODNÍCH POPULACÍCH
Otázka rozsahu proměnlivosti v přírodních populacích:
T.H. Morgan, H. Müller: A. Sturtevant, T. Dobzhansky:
„klasický" model „rovnovážný" model
proměnlivost omezená proměnlivost normou
Alozymový polymorfismus a heterozygotnost:
• průměrný počet alel na lokus, A
• podíl polymorfních lokusů, P
• průměrná skutečná heterozygotnost, H0
• průměrná očekávaná heterozygotnost = genová diverzita, He
Sekvence DNA:
• nukleotidový polymorfismus, 9
• nukleotidová diverzita, n
Genetická a fenotypová proměnlivost GENETICKÁ PROMĚNLIVOST V PŘÍRODNÍCH POPULACÍCH
Taxon Počet zkoumaných Podíl lokusů Průměrná i 0.16
druhů polymorfních heterozygotnost
Be2obratlí 0.14
mořští plži 5 0.175 0.083
suchozemští plži 5 0.437 0.150 0.12
ostatní mořští bezobratlí 9 0.587 0.147 SB O
haplodiploidní blanokřídlí 6 0.243 0.062 °-101
Drosophila 43 0.431 0.140 g
ostatní hmyz 23 0.329 0.074 0.08 |
bezobratlí celkem 93 0.397 0.112
0.06 >£ a
Obratlovci
ryby 51 0.152 0.051 pH 0.04
obojživelníci 13 0.269 0.079
plazi 17 0.219 0.047 0.02
ptáci 7 0.150 0.047
hlodavci 26 0 202 0 054 l_
savci obratlovci celkem 46 135 0.147 0.173 0.036 0.049 tyledonia Mollusca Crustacea Insecta trosophila Pisces Amphibia Reptilia Aves Mammalia
Rostliny celkem 473 0.505 — o £ »s
Genetická a fenotypová proměnlivost
Proměnlivost na více lokusech - vazbová nerovnováha
>
o
>
o
> o
koeficient vazbové nerovnováhy, D
vztah vazbové nerovnováhy a rekombinace:
Četnost rekombinace, r
Čas (v generacích)
J_J
Příčiny vazbové nerovnováhy:
1. nenáhodnost oplození
2. přírodní výběr
3. dva druhy s různými frekvencemi
4. recentní mutace
5. recentní splynutí 2 populací
6. absence rekombinace
7. náhodný genetický posun