Populasyon genetiği

1. Populasyon genetiği Cenk Aral Moleküler Biyoloji AD

2. Popülasyonlar ve Gen Havuzları • Popülasyon; aynı türe ait, aynı coğrafyada yaşayan ve potansiyel olarak birbirleri ile eşleşebilen bireylerden oluşur. • Popülasyonlar dinamiktir; • Doğum/ölüm oranlarında değişim • Göç • Diğer popülasyonlarla karışma vs… • Gen havuzu popülasyondaki tüm allellerin toplamıdır.

3. Popülasyon genetiği • Genlerin popülasyondaki dağılımı, gen ve genotip frekanslarının nasıl korunduğu ve değiştiğini konu alan çalışmalardır Kullanım alanları: • Genetik danışma • Genetik tarama programlarında • Adli vakalarda DNA testleri

4. Fenotip, genotip ve allel frekansları • Genetik danışma isteyen her ailede, her bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru tanımlayabiliriz. • Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan sorumlu genotip bilinmemektedir. Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece hastalığın fenotipidir.

5. Fenotip, genotip ve allel frekansları • Genetik danışma isteyen her ailede, her bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru tanımlayabiliriz. • Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan sorumlu genotip bilinmemektedir. Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece hastalığın fenotipidir.

6. Genotip frekanslarından allel frekanslarının hesaplanması • Genotip frekansları bize allel frekanslarını hesaplama olanağı sağlar

7. HIV direncinin genetiği • AIDS’ e neden olan HIV virüsünün belli suşları için giriş noktası görevi yapan hücre yüzeyi sitokin reseptörünü kodlayan CCR5 geni. • Bu gende 32 bç bir delesyon fonksiyonel olmayan bir allel yaratır (CCR5) • CCR5 için homozigot olan bireyler hücre yüzeyinde hiç reseptör bulundurmazlar ve HIV dirençlidirler.

8. HIV direncinin genetiği

9. HIV direncinin genetiği

10. ÖZET • 2 alleli (A ve a) olan bir gen için: • NAA = AA homozigotlarının sayısı • NAa = heterozigotların sayısı • Naa = aa homozigotlarının sayısı • NAA + NAa + Naa = N popülasyondaki birey sayısı • p = A allelinin frekansı ve q = a allelinin frekansı ise; • p = (2NAA + NAa) / 2N • q = (2Naa + NAa) / 2N • p+q = 1

11. Allel frekanslarında genotip frekanslarının hesaplanması • Farklı olarak, allel frekanslarını bildiğimiz bir popülasyonda genotip frekanslarını hesaplamak çok kolay değildir, çünkü allellerin genotipler arasındaki dağılımını bilmiyoruz. • 1908-İngiliz matematikçi Geoffrey Hardy ve Alman fizikçi Wilhem Weinberg bugün Hardy-Weinberg kanunu olarak bilinen matematiksel formülü geliştirmişlerdir.

12. Hardy-Weinwerg kanunu

13. Hardy-Weinberg kanunu çeşitli varsayımlar üzerine kurulmuştur • Tüm genotipler eşit hatta kalma oranına ve üreme başarısına sahiptir (seleksiyon yoktur) • Yeni allel oluşturacak veya birini diğerine dönüştürecek mutasyonlar yoktur • Göç yoktur • Popülasyon sınırsız büyüklüğe sahiptir, böylece rastgele etkiler ve hatalar yok sayılır • Popülasyondaki bireyler rastgele eşleşirler

14. Sayılan varsayımlara uygun bir popülasyon şu özelliklere sahiptir: • Bir popülasyondaki allel frekansları nesilden nesile değişmez; yani popülasyon evrimleşmez • Bir nesil rastgele eşleşmelerin ardından genotip frekansları allel frekanslarından tahmin edilebilir. • Allel frekansı nesilden nesile aynı kalan ve genotip frekansı allel frekansından hesaplanabilen bir popülasyon “Hardy-Weinberg dengesi” durumundadır

15. Hardy-Weinbergdengesinde allel ve genotip frekansları p2 (AA) 2pq (Aa) q2 (aa)

16. X’ e bağlı genler Erkekler Kadınlar

17. Darwin önermeleri • Varyasyon: Popülasyon içindek bireyler arasında farklılıklar vardır • Kalıtsallık:Bu farklılıklar ebeveynlerden yavrulara geçer • Doğal seçilim (Seleksiyon): Bazı varyantlar hayatta kalma ve/veya üreme bakımından diğerlerinden daha başarılıdır (fitness)

18. Doğal seçilim • A allel frekansı= 0.5 ve a allel frekansı 0.5 ise genotip frekansları 100 bireylik popülasyonda Hardy-Weinberg’e göre 25 AA, 50 Aa ve 25 aa olur.

19. Doğal seçilim • AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte (n=25) • Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40) • aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20) • Her birey havuza iki gamet vereceğine göre; 2(25)+2(45)+2(20)= 180 gamet A alleli için = AA  50 A ve Aa 45 ve p=(50+45)/180 = 0.53 a alleli için= Aa  45 a ve aa  40 q= (45+40)/180= 0.47 Sonuç= A frekansı artmış ve a frekansı azalmıştır

20. Uyumluluk (Fitness) • Bir bireyin gelecek nesillere olan genetik katkısı “uyumluluk” olarak adlandırılır. Yüksek oranda hayata kalış ve/veya üreme oranı olan genotipler yüksek uyumluluğa sahip, tersi ise düşük uyumluluğa sahiptir. • AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte (n=25) • Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40) • aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20) • wAA= 1, wAa=0,9 ve waa= 0,8

21. AA ve Aagenotipleri için üreme ve hayatta kalma %100 ancak aa için hayata kalma ve üreme 0 ise (a alleliletal resesif) wAA ve wAa = 1 ve waa= 0

22. Rastgele çiftleşmelerde istisnalar

23. Rastgele çiftleşmelerde istisnalar • Tabakalaşma • Assortatif (rastgele olmayan) eşleşme • Akraba evliliği (inbreeding)

24. Mutasyon • Yeni alleller ortaya çıkar • Mutasyon sıklığı son derece düşüktür . Bir gen için 10-6,belli bir baz çifti içinse 10-9 • Otozomal dominant hastalıklarda sıktır • Nadir oluşu nedeniyle Hardy-Weinberg dengesinde çok hafif sapmalara neden olur.

25. Genetik kayma • Örneğin yeni bir mutasyon • Küçük popülasyonda dalgalanmalar yaşam süresi ve/veya üreme yeteneğine bağlı olarak dalgalanmalar gösterir. • Büyük popülasyonda ise dalgalanma fark edilecek boyutlarda değildir.

26. GÖÇ p = 0.5 q = 0.5 A C B p = 0.65 q = 0.35 p = 0.72 q = 0.28

27. Founder (kurucu) etki 1 p = 0.45 q = 0.55 2 p = 0.65 q = 0.35 p = 0.89 q = 0.11