Faktori koji menjaju geneti čku strukturu populacija -evolutivni faktori-

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

2. M u t a c i j e • Germinativne mutacije samo imaju efekat na genetičku strukturu populacije • Genske, hromozomske, DNK polimorfizmi • Slučajni dogadjaji • Osnovni izvor varijabilnosti genofonda

3. Mutacije • promene u genima, hromozomima • slučajni dogadjaji • spontane / indukovane • germinativne/somatske delovanjem agenasa, mutagena nasledne kroz generacije u populacijama nastanak tumora karcinogeneza

4. učestalostmutacija broj mutacijapo gametu, spori, populaciji... • stopamutacija - promena učestalosti, po generaciji po ćelijskoj deobi po replikaciji • stopa spontanih genskih mutacija je niska: 10-4-10-8

5. A1 u A2 u stopa mutacije • učestalost alela A1 u sledećoj generaciji p’ = p – up = p (1 - u), • a opseg promene p = p – p’ = p - p (1 - u)] • Ako ovaj proces teče iz generacije u generaciju, nakon t generacija učestalost alela A1 biće pt = p (1 - u) t

6. Stopa zamene jednog alela, ukoliko samo deluje mutacija, po stopi 10-5

7. POVRATNE MUTACIJE • A1 u A2 • A1 v  A2 • p’ = p - up + vq • p= p’ - p p = 0 (mutaciona ravnoteža) = (p - up + vq) - p = vq – up • pe + qe = 1qe = 1 - pe • upe = v(1 - pe) • upe + vpe = v • pe = v / (u + v) • qe = u / (u + v) Uspostavljanje ravnotežne učestalosti je nezavisno od početne učestalosti alela zavisi samo od stopa mutacija u oba smera upe = vqe

8. GENSKE MUTACIJE • bez efekta na fenotip • “tihe”- NE MENJAJU AMINO KISELINU • neutralne– MENJAJU AMINO KISELINU • NE MENJAJU POLIPEPTID • sa efektom na fenotip • 1. na nivou translacije proteina • nonsens - zaustavljanje translacije • missens - zamena amino kiseline • “frameshift”-promena celog polipeptida • U odnosu na adaptivnu vrednost • 1. NE UTIČU NA ADAPTIVNU VREDNOSTI • 2. UTIČU NA ADAPTIVNU VREDNOST

9. molekul DNK SNP(polimorfizmi pojedinačnih nukleotida) • mesta u genomu po kojima se osobe razlikuju u pojedinačnim nukleotidima • DNK profilisanje - mapiranje, odredjivanje takvih mesta u genomu • Baze podataka, upotreba u biomedicini, farmaciji • neki SNP utiču na osobinu, neki su neutralni(markeri) • SNP može biti u asocijaciji sa osobinom jer je statistički korelisan sa nekom uzročnom varijantom vezani SNP van gena bez efekta na stvaranje i funkciju proteina uzročni SNP u genu nekodirajući SNP menja količinu stvorenog proteina kodirajući SNP menja aminokiselinsku sekvencu http://learn.genetics.utah.edu/units/pharma/phsnipping/

10. prirodna selekcija genetička raznovrsnost fenotipska raznovrsnost u raznovrsnost + spoljne sredine  raznovrsnost  adaptivnoj vrednosti ADAPTIVNA VREDNOST (W) - FITNES relativna sposobnost različitih genotipova da prenesu svoje alele budućim generacijama relativna mera reproduktivnog uspeha genotipova fenotip-sredina isti genotip ima različite adaptivne vrednosti u različitim sredinama SELEKCIONI KOEFICIJENT (S) stepen smanjenja adaptivne vrednosti s+w=1

11. osnovne komponente adaptivne vrednosti : vijabilitet i fertilitet (broj potomaka, fekunditet, uspešnost u parenju, broj polno zrelih jedinki, itd...) G e n o t i p A1A1 A1A2 A2A2 Broj polno nezrelih jedinki 4 6 4 Broj jedinki koje su dostigle polnu zrelost 3 5 3 Vijabilitet 3/4 5/6 3/4 Broj potomaka 6 9 2 Fertilitet 6/3 9/5 2/3 Adaptivna vrednost (apsolutna)3/4 x 6/3 = 1,5 5/6 x 9/5 = 1,5 3/4 x 2/3 = 0,5 Relativnaadaptivna vrednost(W)1,5 : 1,5 = 1 1,5 : 1,5 = 1 0,5 : 1,5 = 0,33 Selekcioni koeficijent(s = 1 - W) 0 0 0,67

12. Pojednostavljeno..... G e n o t i p A1A1A1A2A2A2 Broj jedinki koje se pare 16 10 20 Broj potomaka 128 40 40 Prosečan broj potomaka po roditelju(fertilitet)128/16 = 8 40/10 = 4 40/20 = 2 Relativni broj potomaka (adaptivna vrednost; W)8/8 = 1 4/8 = 0,5 2/8 = 0,25 Selekcioni koeficijent(s =1 - W)0 0,5 0,75 max. br.

13. Selekcija deluje na različitim stadijuma životnog ciklusa

14. Prirodna selekcija je odraz razlika u adaptivnoj vrednosti medju jedinkama populacije • Prednost pojedinih genotipova • Povećanje adaptivne vrednosti pojedinih genotipova • Veći doprinos pojedinih alela adaptivnoj vrednosti – viša učestalost u narednoj generaciji

15. Delovanje i efekat prirodne selekcije učestalost genotipova pre i posle selekcije G e n o t i p A1A1 A1A2 A2A2 Ukupno učestalostpre selekcije p2 2pq q21 Relativni fitnes W11W12W22 - učestalostposle selekcije p2W11 2pqW12 q2W22W Relativne učestalosti(p2W11) /W (2pqW12) /W (q2W22) /W 1 W = p2W11 + 2pqW12 + q2W22 prosečan fitnes populacije

16. promena alelske učestalosti posle delovanja selekcije q’= (q2W22) / W¯ + (1/2) (2pqW12) /W = (q2W22+ pqW12) /W = q (qW22 + pW12) /W qW22 + pW12 je prosečan fitnes alela A2, W2(fitnes alela je odredjen fitnesom genotipova) q’= q (W2 /W) Ako je prosečni fitnes alela A2 veći od prosečnog fitnesa populacije tada jeW2/W >1 i q’ > q i učestalost alela A2 će porasti u populaciji Učestalost alela koji doprinosi višem fitnesu će porasti u populaciji

17. Promena alelskih učestalosti– kvantifikovanje populaciono genetičkih promena q= q’ - q 1) preko adaptivnih vrednosti q= q (qW22 + pW12) /W- q = q (qW22 + pW12)/ (p2W11 + 2pqW12 + q2W22) - q =pq p(W12 - W11) + q(W22 - W12) /W "aditivni" ili "prosečni" efekat zamene gena A2A2A1A2A1A1 mora postojati varijabilnost W = p2W11 + 2pqW12 + q2W22prosečan fitnes populacije populacija teži maximalnoj W

18. Promena alelskih učestalosti– kvantifikovanje populaciono genetičkih promena G e n o t i p A1A1 A1A2 A2A2 Ukupno Relativni fitnes W11W12W22 - učestalostpre selekcije p2 2pq q2 1 učestalostposle selekcije p2W11 2pqW12 q2W22W Relativne učestalosti(p2W11) /W (2pqW12) /W (q2W22) /W 1 2) preko selekcionog koeficijenta G e n o t i p Ukupno A1A1 A1A2 A2A2 Relativni fitnes 1 11-s _ učestalost pre selekcije p2 2pq q21 Procenjeni doprinos p2 2pq q2(1-s) 1-sq2 učestalost posle selekcije p2 / (1-sq2) 2pq / (1-sq2) q2(1-s) / (1-sq2) 1 prosečan fitnes populacije W= p2(1) + 2pq(1) + q2(1-s) = p2 + 2pq + q2 - sq2= 1 - sq2

19. Promena alelskih učestalosti– kvantifikovanje populaciono genetičkih promena 2) preko selekcionog koeficijenta Nove alelske učestalosti posle delovanja selekcije q’ = (1/2)(2pq) / (1-sq2) + q2(1-s) / (1-sq2) = pq + q2(1-s) / (1-sq2) = q(p+q-sq) / (1-sq2) = q(1-sq) / (1-sq2) Promena alelskih učestalosti q = q(1-sq) / (1-sq2) - q = q(1-sq) - q(1-sq2) / (1-sq2) = q(1-sq-1+sq2) / (1-sq2) = (-sq2p) / (1-sq2). Promena alelske učestalosti usled selekcije u zavisnosti od stepena dominantnosti (h) posmatranog alela p = - spq h - (2h - 1) q / (1 - 2hspq - sq2).

20. osnovni tipovi delovanja prirodne selekcije W11=W12=W22=1 nema selekcije (W11=W12)<1, W22=1 selekcija protiv dominantnog alela (W22<1), (W11=W12)=1 selekcija protiv recesivnog alela (W11 i W22)<1, W12=1 overdominansa- favorizovanje heterozigota W12<(W11 i W22)=1 selekcija protiv heterozigota Od čega će zavisiti efikasnost selekcije?

21. početno q=0.99 Intenzitet selekcije varira u zavisnosti od razlika u W ex: štetni alel je kodominantan, heterozigoti imaju različiti fitnes

22. viša početna učestalost veće razlike u fitnesu jači selekcioni pritisak niska početna učestalost male razlike u fitnesu (W11=W12)<1, W22=1 selekcijaprotiv dominantnogalela favorizovanje recesivnogalela Različitepočetne učestalosti alelai različitiselekcioni koeficijenti utiču na efikasnost selekcije

23. (W22<1), (W11=W12)=1selekcija protiv recesivnog alela različite učestalosti alela u populaciji utiču na efikasnost selekcije eliminacija samo homozigota sa štetnim recesivnim alelom - recesivni alel ostaje u populaciji

24. Promena alelske učestalosti usled selekcijeu zavisnosti od stepena dominantnosti (h) posmatranog alela A2A2 A1A2 A1A1 EX: A1 =retki povoljnialel u populaciji s=0.5 različiti stependominantnosti, h 1-s 1-s/2 1 semidominantnost (h=1/2) jednak efekat i na A1 i na A2 favorizovanje dominantnog alela A2A2 A1A1 A1A2 1-s 1 A2A2 A1A1 A1A2 1-s2 1-s1 1 favorizovanje heterozigota A2A2 A1A2 A1A1 favorizovanje recesivnog alela-neefikasno 1-s 1-hs 1

25. (WSS i WAA)<1, WAS=1overdominansa- favorizovanje heterozigota s1 malarija, protiv AA s2 srpasta anemija, protiv SS qe= s1/s1+s2

26. Efekat selekcije na učestalost alela u prirodnom populacijama. • Učestalost alela koji se odnosi na rezistenciju na insekticid, • Učestalost alela lokusa za enzim koji je nevezan • sa metabolizmom insekticida populacije izložene insekticidu i neizložene

27. brzo širenjepovoljnog retkog alela, nove mutacije Boja tela Biston betularia MUTACIJA (carbonaria) industrijski melanizam Niska početna učestalosti alelaali visokselekcioni koeficijent odnosno prednost genotipova koji sadrže mutirani alel vodi brzoj promeni učestalosti

28. Favorizovanje alela prirodnom selekcijom- primer selekcije ka povećanju učestalosti dominantnog alela • Enzim laktaza je lociran u ćelijama tankog creva i služi da razgradi laktozu iz mleka • Postoji varijabilnost u sposobnosti (odraslih) ljudi da vare laktozu iz mleka (posebno drugih vrsta) • Osobina – netolerancija na laktozu, selektivna hipolaktazija, se nasledjuje autozomalno recesivno.I pretranskripciona i posttranskripciona regulacija su uključene u nisku ekspresiju enzima. • Osobina - tolerancija na laktozu se nasledjuje dominantno i visoka učestalost u nekim populacijama je rezultat najjačeg poznatog selekcionog pritiska, favorizovanja dominantne mutacije • Tolerancija uključuje izmene u regulaciji ekspresije gena za enzim laktazu i uzrokovana je višesturkim nezavisnim mutacijama koje su dostigle visoku učestalost u različitim populacijama, zbog koristi od konzumiranja mleka • Entero bakterije mogu modifikovati netoleranciju ka toleranciji • Primer biokulturološke evolucije

29. Istorijski, mleka (sopstvene vrste) nema nakon dojenjai laktaza postaje beskorisna, čak i problematična u varenju, pa je najpre evolutivno-genetički bilo favorizovano smanjenje produkcije laktaze i netolerancija je održavana • Istorijsko ekonomski uzroci nastanka tolerancije - oslanjanje na stočarstvo, čime se omogućava konzumiranje mleka i posle dojenja, i uslovi čuvanja svežeg mleka • Sa razvijanjem stočarstva, u tim populacijama javila se prednost alela ka toleranciji • Potomci ovih naroda su uglavnom evropske grupe i one imaju češću toleranciju na laktozu (i hladnija je klima i razvijenije čuvanje mleka pa su tolerantni imali još veću prednost) • u Africi je učestalija netolerancija, osim onih grupa koje se oslanjaju na stočarstvo, kao Fulani i Tutsi koji su tolerantni na laktozu

30. Učestalost netolerancije • The American Journal of Clinical Nutrition (1994) • u Evropiučestalost raste ka istoku i jugu, skoro 70% u južnoj Italiji i Turskoj, Scandinavia i Northwest Europe (3-8%) • Preko 50% u South America, Africa, Asia, skoro 100% u većem delu Southeast Asia. • U USA, 15% medju kavkascima, 53% medju Mexican-Americans i 80% u afrikanskoj populaciji. • Australia, New Zealand 6% i 9%. • Generalno, oko 2/3 sveta ima neperzistentnu aktivnost laktaze

31. Prirodna selekcija i kvantitativne osobine u populaciji Efekat 3 tipa selekcije na srednju vrednost osobine u populaciji X0 je srednja vrednost osobine pre selekcije X1 je srednja vrednost osobine posle selekcije

32. STABILIZIRAJUĆA SELEKCIJA najviši fitnes imaju srednji fenotipovi