1 / 61

Juhuslikud sündmused populatsioonigeneetikas

Juhuslikud sündmused populatsioonigeneetikas. Binoomjaotus. Viljastuvad gameedid – juhuslik väike valim suurest hulgast gameetidest. Kui tegemist AA homosügoodiga, siis kõik gameedid A tüüpi. Kui tegemist Aa heterosügoodiga, siis oodatav 0.5 A ja 0.5 a aga Binoomsed tõenäosused saada

sierra-richard
Download Presentation

Juhuslikud sündmused populatsioonigeneetikas

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Juhuslikud sündmused populatsioonigeneetikas

  2. Binoomjaotus Viljastuvad gameedid – juhuslik väike valim suurest hulgast gameetidest Kui tegemist AA homosügoodiga, siis kõik gameedid A tüüpi Kui tegemist Aa heterosügoodiga, siis oodatav 0.5 A ja 0.5 a aga Binoomsed tõenäosused saada A alleel (1/2 tõenäosuse juures) 10-se valimi juures

  3. Binoomjaotus Kui visata münti n korda siis mis on “kulli” ja “kirja” tõenäosused: N=10 N=100 97,8% 96,6% Tõenäoline 95%, 99%.. Ebatõenäoline Oodatav kokkulepe

  4. Binoomjaotus Mittejuhuslik (predetermineeritud) jaotus konveier

  5. Juhuslik geneetiline triiv Ühesuguse kohasusega genotüüpide sagedus muutub ajas juhusliku geneetilise triivi tõttu genotüüp AA Aa aa kohasus 1 1 1

  6. Juhuslik geneetiline triiv sim Geenitriivi simulaatorid internetis http://darwin.eeb.uconn.edu/simulations/drift.html 10 populatsiooni N= 1000 Üle suure hulga populatsioonide jääb p samaks (kui ei mõjuta kohasust). Suureneb sageduste dispersioon. Igas põlvkonnas: var(p)=pq/2N See on Wright – Fisher mudel.

  7. Juhuslik geneetiline triiv erinevus suurte ja väikeste Drosophila populatsioonide vahel 10 väikest (n=20 ja 10 suurt n=4000) Kromosomaalne inversioon “PP” 18 kuud 18 kuud Dobzhansky ja Pavlovsky väikene populatsioon kaldub suurema tõenäosusega eemale oodatud keskmisest

  8. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt rajajaefekt (founder effect) E. Mayr (1963): Uue populatsiooni rajamine väikese arvu (äärmisel juhul üheainsa viljastatud emase) isendite poolt, kes kannavad endas vaid väikest osa vanempopulatsiooni geneetilisest varieeruvusest. rajaja “sündmus” rajaja “efekt”

  9. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt • seni asustamata piirkondade koloniseerimisel • nt. pärinevad pea kõik Tristan da Cunha saare elanikud (ca 300) ühest Šoti perekonnast (kapral William Glass), kes saabus saarele 1817, + mõningad hilisemad migrandid

  10. Juhuslik geneetiline triiv: pudelikael (bottleneck) B) pudelikael: üksikud indiviidid jäävad ellu ja taasloovad populatsiooni (ekspandeeruvad)

  11. Right Whales Lõunavaal Eubalaena spp. Eubalaena glacialis, "good, or true, whale of the ice." About 400 North Atlantic right whales exist today.

  12. Kui oluline pudelikael? Põhjasõda (1700–1721) ja näljad. Eesti rahvaarv kahanes 365000 -> ca.130 000

  13. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Populatsiooni geneetiline mitmekesisus (heterosügootsus / homosügootsus) sõltub rajajate arvust ja alleelisagedustest vanempopulatsioonis Diploidne 2-alleelne lookus Homosügootsuse tõenäosus = (p2)N + (q2)N

  14. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Tõenäosus monomorfsuse tekkeks väike, kui just tõesti ainult üks või paar rajajat ei juhtu olema. Isegi “käputäie” rajajate puhul on suur tõenäosus, et säilub “enamus” vanempopulatsiooni alleelidest (2-3 alleelsetes lookustes), ent oluline efekt on nende alleelide sageduste muutumisele (stohhastika). Oluliselt suurem efekt multialleelsete lookuste korral (nt. mitokondri haplotüüpide rikkus), kus rajajate arv otseselt piirab erineva tüübiga järglaste edasikandumist, nt. kui algpopulatsioonis on sadu erinevaid haplotüüpe, siis 5-10 rajaja korral säilub kindlasti vähem kui 10% geneetilisest mitmekesisusest, samas bialleelsete lookuste juures on kadu kvaliteedis vähemärgatav.

  15. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael ~40-65 KYA ~40-65 KYA

  16. pilt Georgi Hudjashovi magistritööst

  17. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael ~40-65 KYA ~40-65 KYA

  18. Peopling of the Americas: a mtDNA based reconstruction E.Tamm et al. 2007 PLoS ONE epub 5/09

  19. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Both the extent and location of the maternal ancestral deme from which the Ashkenazi Jewry arose remain obscure. Here, using complete sequences of the maternally inherited mitochondrial DNA (mtDNA), we show that close to one-half of Ashkenazi Jews, estimated at 8,000,000 people, can be traced back to only 4 women carrying distinct mtDNAs that are virtually absent in other populations, with the important exception of low frequencies among non-Ashkenazi Jews. We conclude that four founding mtDNAs, likely of Near Eastern ancestry, underwent major expansion(s) in Europe within the past millennium.

  20. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Paarialleelse lookuse puhul on rajajaefekti peamine tulemus alleelisageduste muutumine Nt. Lõuna Aafrika valgete populatsioon (Afrikaner) pärineb umbes laevatäiest hollandlasest, 1652. Praegu u. 2.5 M elanikkonnast 1 M kannab 20 algrajaja perekonnanime. Ühel rajajatest oli haruldane Huntingtoni tõbi – praegu selles populatsioonis sagedane, keskeas letaalne dominantne haigus Või porphyria variegata, samuti dominantne autosoomne geen. Ei kannata barbituraate (seega polnud oluline enne moodsat meditsiini). Täna 30,000 ja ka tagasi viidav Gerrit Jansz ja Ariaantje Jacobs-i saabumisele 1685 ja 1688.

  21. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Iseenesest rajajaefekt ei suurenda mingite haiguste esinemise tõenäosusi rajatud populatsioonis – paljude teiste haiguste tõenäosus võib vastupidi olla väga väikene, juhuslikult mõni aga võib saada teistega võrreldes suurema sageduse (tänu juhuslikule geneetilisele triivile)

  22. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael Finland's demographic history has led to a unique catalogue of genetic diseases. More than 35, mostly recessive diseases, are highly enriched in Finland. Other diseases, such as phenylketonuria and cystic fibrosis are almost non-existing.

  23. Juhuslik geneetiline triiv: rajajaefekt/pudelikael

  24. Juhuslik geneetiline triiv: neutraalse evolutsiooni kiirus 6 alleeli 3 indiviidi iga üksiku alleeli fikseerumise tõenäosus on väga madal, diploidsetel 1/(2N) ehk siis siin 1/6 Kaotsiminemise tõenäosus suur (2N-1)/2N ehk siis siin 5/6

  25. Juhuslik geneetiline triiv: neutraalse evolutsiooni kiirus Fikseerumise tõenäosus, samuti igale uuele mutatsioonile on 1/(2N), Neutraalsed mutatsioonid tekivad kiirusega u (jälle, mutatsioonikiirus geeni kohta), Ühes põlvkonnas (kus on 2N alleeli) tekib 2Nu uut mutatsiooni Evolutsioonikiirus seega korrutis 2Nu ja nende fikseerumise tõenäosusest 1/(2N) kus populatsiooni suurus välja taandub = u -> neutraalne evolutsioonikiirus võrdub mutatsioonikiirusega, rippumata populatsiooni suurusest

  26. Juhuslik geneetiline triiv: coalescence: koalestents, koalestseerumine Vaadates triivi ajas tagasi näeme tänaste alleelide koalestseerumist eellasalleeli Mida väiksem on populatsioon, seda kiiremini ajas tagasi minnes koalestseerumispunkti jõuame. …sest seda suurem on iga alleeli tõenäosus igas põlvkonnas nulli triivida

  27. Juhuslik geneetiline triiv: coalescence: koalestents, koalestseerumine Aeg põlvkondades mutatsioonid pudelikael kasvav Ne konstantne Ne Kasvavas populatsioo-nis on geenide kaotsi-mineku tõenäosus väik-sem, mistap on ka koalestseerumised suhteliselt sügavamal Pudelikael võimendab koalestseerumiste koondumist. Sisuliselt tegemist väiksema Ne -ga Suurem osa koalestseerumisi toimub kiiresti. Keskmiselt on 2Ne põlvkonna järel alles 2 eellast ja läheb veel 2Ne põlvkonda enne kui need koalestseeruvad. Sest tagasi minnes on igas põlvkonnas N sama ja valdav enamus koalestseerumisi toimub tänaseks kadunud geenide vahel. See kõik kehtib keskmiselt, tegelikkuses on varieeruvus on suur

  28. Inferring past effective population sizes in 8 world regions using Bayesian skyline plot (BSP) Internally calibrated clock (hg Q in Sahul at 45KYA) The growth curves are derived fromchanges in the inferredlineage coalescent rate through time.

  29. Juhuslik geneetiline triiv: coalescence: koalestents, koalestseerumine Tavaliselt me ei saa genealoogiat live’is jälgida vaid taastame selle säilunud geenivariantidest. Seega näeme vaid nende eellasvariante ja mitte kogu varieeruvust igas põlvkonnas. Siin (b) on erand, kus HIV env geeni genealoogiat jälgiti ühel patsiendil 7 aasta jooksul (a) HIV gag geeni puu 200 patsiendilt

  30. Juhuslik geneetiline triiv: HW ja triiv HW tasakaal ei ole tasakaaluline “väikestes” populatsioonides suhteline mõiste, võrreldes gameetide arvuga on kõik populatsioonid väikesed eeldus: alleelisageduste kõikumine mingi keskmise ümber tegelikkuses: alleelisagedused kipuvad fikseeruma. Kui fikseerumine on toimunud siis tagasiteed ei ole. Siis on tõeline stabiilne (0/1) tasakaal. 1 sagedus 0 aeg

  31. Juhuslik geneetiline triiv: HW ja triiv Tegelikult ka suures populatsioonis, iga põlvkond määratakse HW tasakaaluolek uuesti ja see määrab vaid oodatava, mitte tingimata realiseeruva sageduse vastavatele alleeli ja genotüübi sagedustele 1 sagedus 0 aeg Lõpmata suures ideaalpopulatsioonis need muutused lõpmata väikesed ja teoreetiliselt siis ei kehti, sama kui vaadelda suhteliselt suuri populatsioone suhteliselt väikeses ajaskaalas

  32. Juhuslik geneetiline triiv: Marss homosügootsusele Homosügootsus / Heterosügootsus kuidas hinnata? juhuslik geneetiline triiv viib neutraalsed lookused varem või hiljem homosügootsesse seisundisse. Ja teeb seda kiiremini väiksemates populatsioonides.

  33. Juhuslik geneetiline triiv: hetrosügootsus /gene diversity H (heterosügootsus) = 1 – f (fikseerunud alleelide, e. homosügootide osakaal populatsioonis) f = A1A1 + A2A2 + ...AnAn, kokku 2N alleeli -> gameeti ->.. p2 q2 e. H = 1 –  (p2 + q2 +..) = 1 – pi2 HW tasakaalu korral on H sama mis arvuliselt heterosügootide osakaal (nt. Aa) Aga nt: 50 AA, 0 Aa, 50 aa Sest H on olemuselt tõenäosus, et populatsioonist juhuslikult (ühest lookusest) valitud kaks geeni on erinevad alleelid. H = 0.5

  34. Juhuslik geneetiline triiv: hetrosügootsus /gene diversity Gene diversity (expected heterozygosity/oodatud heterosügootsus): Üks populatsiooni sisese geneetilise mitmekesisuse mõõte:tõenäosus, et populatsioonist juhuslikult valitud kaks geeni (ühest lookusest) on erinevad alleelid. Tavaliselt HE, võiHexp, algataja Bruce Weir. Üks lookus, k alleeli m lookust, k alleeli

  35. Juhuslik geneetiline triiv: hetrosügootsus /gene diversity Populatsioonisisesed genotüübisagedused pS=0.64; p2=0.41 qF=0.27; q2=0.08 rI=0.09; r2=0.01 f=0.4247+0.0843+0.0151=0.5241(homosügootide sagedus) H=0.4759 (vaadeldud heterosügootide sagedus) H=1-Sum(pi2)=0.50 (oodatud heterosügootide arv)

  36. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud Antud juhul võime kirjutada välja (üldise) statistiku F Antud näite korral, F= 0.5 - 0.48 0.5 =0.004 Mida see arv väljendab?

  37. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud F-statistikud: geneetilise struktuuri mõõdud, arendatud eelkõige Sewall Wright’i (1969, 1978) poolt. Sarnaseltstatistical analysis of variance  (ANOVA) FIS (Ka FS, inbriidingukoefitsient) populatsiooni geneetilise varieeruvuse osa, mis väljendub indiviiditi. Kõrged väärtused näitavad suurt inbriidingu osakaalu (palju homosügoote). Negatiivsete väärtuste puhul (outbriiding) palju heterosügoote (võrreldes HW oodatuga). -1 ... 1

  38. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud Weir and Cochram (1984) statistics HI – vaadeldud heterosügootide arv HS –populatsioonis oodatud heterosügootide arv (gene diversity) Nt 50AA, 0Aa, 50aa; FIS=+1 0AA, 100Aa, 0aa; FIS=-1 FIS = (HS-HI)/HS Mitme alampopulatsiooni korral rehkenda HS igas alampopulatsioonis ning võta nende kaalutud keskmine (alampopulatsioonide suuruste järgi) HI1*N1+HI2*N2+HI3*N3 HI = N

  39. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud FST is the proportion of the total genetic variance contained in a subpopulation (the S subscript) relative to the total genetic variance (the T subscript). Values can range from 0 to 1. High FST implies a considerable degree of differentiation among populations. FST = (HT-HS)/HT Kus HS on alampopulatsioonide kaalutud keskmine heterosügootsus ja HT on populatsiooni üldine oodatud heterosügootsus Related measures:  (theta) of Weir and Cockerham (1984) and GST of Nei (1973, 1978).

  40. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud: Fst =HT HS=0.4134 Platsentaarse aluselise fosfataasi näide FST = (HT-HS)/HT=0.06 Interpretatsioon: 6% populatsioonide vaheline 94% populatsioonide sisene varieeruvus.

  41. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud: Fst

  42. Juhuslik geneetiline triiv: F statistikud Kuigi FST kasutatakse eelkõige populatsioonide eristumise mõõtmisel, oli tema algne kasutusele võtmise eesmärk (Wright 1921) jälgida protsessi, mille läbi geneetiline mitmekesisus väheneb ja alleelid fikseeruvad (seetõttu ka F-statistika)

More Related