Post on 21-May-2020
Ekologia molekularna
wykład 14
Genetyka ilościowa
Dziedziczenie mendlowskie
wykład 14/2
Cechy wieloczynnikowe (ilościowe)
wykład 14/3
● wzrost● masa ciała● kolor skóry● kolor oczuitp
Rodzaje cech ilościowych
wykład 14/4
cechy ciągłe● możliwe całe spektrum fenotypów przyjmujących dowolną
wartość z danego zakresu● np. masa ciała, wzrost, mleczność, tempo wzrostu
cechy kategoryczne● fenotypy można podzielić na wyodrębnione klasy● np. liczba potomstwa w miocie, liczba płatków kwiatu
cechy dychotomiczne (progowe)● możliwe dwa stany cechy, często w rodzaju „cecha jest” / „cechy
brak”● próg oznacza, że cecha ujawnia się dopiero powyżej jakiegoś
poziomu np. podatność na chorobę
Ujęcie statystyczne
wykład 14/5
regresja – kształt zależności (liniowej)kowariancja – związek między x i ykorelacja – znormalizowany związek między x i y
Francis Galton
1822-1911
wysokość matki
wys
okoś
ć po
tom
stw
a
prosta regresji
kąt nachylenia = korelacja = siła zależności
Regresja i korelacja
wykład 14/6
korelacja (r) = 0brak zależności
korelacja (r) = 0.8silna zależność dodatnia
korelacja (r) = - 0.2słaba zależność ujemna
Korelacja w genetyce
wykład 14/7
Współczynnik regresji między cechą rodziców i potomstwa pokazuje, w jakim stopniu cecha jest determinowana przez zmienność genetyczną.
odziedziczalność h2 = b/0.5 gdzie b=cov (x,y)/var (x)
rodzic
poto
mst
wo
Uwagi● Zakładamy brak kowariancji
środowiskowej● Oszacowanie jest tym dokładniejsze,
im więcej par rodzic-dzieci badamy
Oddzielne geny, ciągłe cechy
wykład 14/8
Herman Nilsson-Ehle 1973-1949
Addytywność i dominacja
wykład 14/9
addytywny efekt genu – heterozygota ma fenotyp pośredni między homozygotamiaddytywny efekt loci – efekt genotypu (kliku genów) jest sumą oddzielnych efektów każdego genu
Addytywność Dominacja
AA Aa aa
BB
Bb
bb
AA Aa aa
1/16 2/16 1/16
2/16 4/16 2/16
1/16 2/16 1/16
1/16 2/16 1/16
2/16 4/16 2/16
1/16 2/16 1/16
Cechy ciągłe: model
Założenia modelu:● Cecha determinowana przez 2 allele A i A' o częstościach p i q● Częstości genotypów nie można określić na podstawie częstości
fenotypów (z prawa HW) z powodu:● wpływu czynników środowiskowych● efektu innych genów
(Ms – M)/ σ2 = Z / B
Działanie doboru
wykład 14/11
QTL
wykład 14/12
Quantitative trait loci = locus cechy ilościowej
● kodują cechy złożone● stanowią wynik działania wielu genów● wykrywane za pomocą narzędzi statystycznych
Model nieskończenie małych loci (infinitesimal model)cecha QTL warunkowana przez nieskończenie wiele niesprzężnych loci o nieskończenie małym efekcie
ale
Eksperymenty pozwalają wykryć loci QLT o znacznym efekcie
Efekt plejotropowy
Jeden gen wpływa na kilka (pozornie) niepowiązanych cech● geny o efekcie pleotropowym ewoluują powoli (przeciwstawne
działanie doboru)przykład: fenyloketonuria
● antagonistyczna plejotropiaprzykład: p53
Dobór sztuczny u Drosophila
liczba szczecinek lot pod wiatr
poluzowanie kryteriów doboru
poluzowanie kryteriów doboru
linia Ua
Yoo, Theor. Appl. Genet. 1980 Weber, Genetics. 1996
Modele reakcji na dobór
Barton & Keightley, Nature 2002
xxx 10 loci
war
ianc
ja
gene
tycz
naśr
edni
a w
arto
ść
cech
yfr
ekw
encj
a al
leli
400 loci 100 loci + mutacje
Badanie QTL
wykład 14/16
Klasyczne mapowanie ● Badanie QTL poprzez ich sprzężenia z polimorficznymi markerami● Początek: RFLP, Lander & Botstein 1989
1. Identyfikacja● zależy od siły efektu QTL i frekwencji alleli● im słabszy efekt i skrajniejsza frekwencja, tym więcej osobników
trzeba mapować
2. Lokalizacja na chromosomie● zależy od tempa rekombinacji● im większa rozdzielczość, tym więcej osobników potrzebnych
Mapowanie QTL (1)
Mackay et al. Nat Rev Genet 2009
QTL
markerM1
Mapowanie QTL (2)
Mackay et al. Nat Rev Genet 2009
Badanie QTL
wykład 14/19
Użycie NGS● Możliwe w przypadku dobrze opisanego genomu (annotation)● Identyfikacja SNP związanych z cechą● Wsparcie za pomocą transkryptomu
→ quantitative trait transcript
Ekspresja QTL
Mackay et al. Nat Rev Genet 2009
xxx
Składniki zmienności fenotypowej
wykład 14/21
fenotyp osobnika = efekt genu kodującego
badaną cechę
wpływ pozostałych
genów osobnika (G)
wpływ środowiska
(E)+ +
wariancja genotypowa
wariancja środowiskowa
Składniki wariancji genotypowej
wykład 14/22
● addytywna wynikająca z oddzielnego efektu poszczególnych genów
● dominacyjnawynikająca z dominacji pewnych genów
● epistatycznawynikająca z interakcji między genami
Epistaza: gen warunkujący łysienie „maskuje” kolor włosów
Wariancja środowiskowa
wykład 14/23
Wpływ środowiska● addytywny – jeśli G jest takie samo dla różnych środowisk (E)● nieaddytywny – zachodzi interakcja G x E
Riska i in. Genetics, 1984
Norma reakcji, plastyczność fenotypowa
wykład 14/24
plastyczność fenotypowa – odpowiedź organizmu na zmianę w środowiskunorma reakcji – zakres możliwych do wytworzenia fenotypów
Landry et al. Gene, 2006
Odziedziczalność (jeszcze raz)
wykład 14/25
liczba linii papilarnych
h2=0.9
masa ciałah2=0.63
ręcznośćh2=0.32
ciśnienie skurczowe
h2=0.58
płodnośćh2=0.15
Odziedziczalność (h2)Udział addytywnej wariancji genetycznej w wariancji fenotypowej
czyliw jakim stopniu efekt danego locus (loci) wpływa na obserwowaną zmienność fenotypów
Odziedziczalność w praktyce
wykład 14/26
Badania bliźniąt
wykład 14/27
Założenie● Identyczne genetycznie● Identyczne środowisko w macicy
→ różnice fenotypowe wynikają wyłącznie z różnic środowiskowych
Ale● bliźnięta muszą być monozygotyczne (mało takich
przypadków)
Cechy progowe
wykład 14/28
Cecha ma rozkład ciągły Fenotyp ujawnia się dopiero po przekroczeniu pewnego progu wartości cechy
wartość progowa
Cechy progoweCukrzyca typu 2 – pojawia się na skutek kombinacji:
● czynników środowiskowychotyłość, zła dieta, stres, brak ruchu
● czynników genetycznych- zidentyfikowano dotychczas 36 genów- istotne także SNPs w odcinkach niekodujących
Ewolucyjna genetyka ilościowa
wykład 14/30
Modele cech ilościowych można wykorzystać do badania działania doboru naturalnego:
● w populacji naturalnej zróżnicowana śmiertelność ze względu na fenotyp świadczy o działaniu doboru
1899 (Bumps)● przeżywalność wróbli w zamieci na Rhode Island● 8 pomiarów morfometrycznych● lepiej przeżywały lżejsze (obie płci) i dłuższe (samce)
→ fenotypy o różnej wartości przystosowawczej
● podejście współcześnie krytykowane, bo badane cechy mogą być skorelowane
Ewolucyjna genetyka ilościowa
wykład 14/31
Dostosowanie zależy od:● genotypu● fenotypu● wpływu środowiska● korelacji między genami● korelacji czynników genetycznych ze środowiskiem
Na dodatek● w małych populacjach silne działanie dryfu● na wariancję genetyczną wpływają mutacje
Ewolucyjna genetyka ilościowa
wykład 14/32
Dobór stabilizujący
● Dobór stabilizujący redukuje zmienność● Mutacje (nowe) ją zwiększają
→ model równowagi między tymi procesami
Przykład: owce Soay
wykład 14/33
xxx
Beraldi et al., Genetics, 2006
Przykład: owce Soay
wykład 14/34
Zidentyfikowano gen TYRP1 odpowiedzialny za umaszczenie jedno podstawienie w egzonie 4 odpowiada za polimorfizm koloru→
Egzamin
7.02 sala 2A (tutaj)godz. 12:30
20-30 pytań testowych z wykładów
Podręczniki
DL Hartl, AG ClarkPodstawy genetyki populacyjnej
JC AviseMarkery molekularne
JR FreelandEkologia molekularna
http://www.biol.uw.edu.pl/ze/