Po pula ční genetika
description
Transcript of Po pula ční genetika
![Page 1: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/1.jpg)
PoPopulapulační genetikační genetika
![Page 2: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/2.jpg)
Populační genetikaPopulační genetika
ORGANISMUS Součást výše organizované soustavy populace
POPULACE Soubor jedinců jednoho druhu Genotypově heterogenní V určitém čase má přirozeně vymezený prostor Velký počet generací
GENOFOND POPULACE Soubor všech genů v daných lokusech od všech jedinců, kteří tvoří
populaci
GAMETOVÝ FOND Soubor všech genů v gametách
ZYGOTOVÝ FOND Geny obsažené v zygotách
![Page 3: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/3.jpg)
Castle-Hardy-Weinbergova zákonitostCastle-Hardy-Weinbergova zákonitost
Platí v panmiktické populaci za předpokladu omezujících podmínek
• Velká populace• Nedochází k mutacím• Nedochází k selekci• Nedochází k migraci• Vztah alel: úplná dominance / recesivita
12 2)()(
2)( aaAaAA qpqp
![Page 4: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/4.jpg)
Castle-Hardy-Weinbergova zákonitostCastle-Hardy-Weinbergova zákonitost
Základní vztah pro systém se dvěma alelami sledovaného genu
)(aq1)( Ap
1)()( aA qp
![Page 5: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/5.jpg)
OOdhady frekvencí nežádoucích dhady frekvencí nežádoucích (recesívních) alel(recesívních) alel
populaci vfrekvence
vzorku veosobh počet všec
homozygotůh recesivnícpočet
q
12 2)()(
2)( aaAaAA qpqp
![Page 6: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/6.jpg)
OOdhady frekvencí nežádoucích dhady frekvencí nežádoucích (reces(recesiivních) alelvních) alel
choroba zkratkavýskyt
v populaci
fenylketonurie PKU 1/8100
cystická fibróza (mukoviscidóza)
CF 1/2500
![Page 7: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/7.jpg)
OOdhady frekvencí nežádoucích dhady frekvencí nežádoucích (recesívních) alel(recesívních) alel
odhad
49/50 = 1
89/90 = 1
p = 1 - q
1/50
1/90
q
1/2500
1/8100
výskytv populaci
CF
PKU
choroba2pq = 2q
2 x 1 x 1/50= 1/25
2 x 1 x 1/90= 1/45˙
˙
˙
![Page 8: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/8.jpg)
Odhad frekvencí fenotypů v ABO systémuOdhad frekvencí fenotypů v ABO systému
alela frekvence
A p
B q
O r
p + q + r = 1
p2+ 2pr + q2 + 2qr + r2 + 2pq =1
a) p = 0.3 q = 0.2Očekávaná četnost krevní skupiny B =
b) q = 0.1 r = 0.5Očekávaná četnost krevní skupiny A =
c) q = 0.2 p = 0.3Očekávaná četnost krevní skupiny O =
d) q = 0.1 r = 0.6Očekávaná četnost krevní skupiny AB =
0.24
0.56
0.25
0.06
B = BB + BOA = AA + AOO = OOAB = AB
![Page 9: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/9.jpg)
PPřímý výpočet frekvence jedné alelyřímý výpočet frekvence jedné alely
vzorkujedinců veh počet všec2
)(tů heterozygopočet )( homozygotůpočet 2
ABAAp
Alelní vztah: kodominance, neúplná dominance
![Page 10: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/10.jpg)
Výpočet fVýpočet frekvence alel systému MNrekvence alel systému MN
Fenotyp Počet osob
M 406
MN 744
N 332
![Page 11: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/11.jpg)
Výpočet - Výpočet - frekvence alel systému MNfrekvence alel systému MN
fenotyp počet jedinců genotyp počet alel M počet alel N
M 406 MM 812 0
MN 744 MN 744 744
N 332 NN 0 664
1482 1556 1408
525,09642
5561
48212
7444062
p 475,01 pq
![Page 12: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/12.jpg)
Rh systRh systémém
Osoby Rh- = genotyp dd Osoby Rh+ = genotyp DD nebo Dd
Ve zkoumané populaci je 16% osob Rh- A) Proveďte odhady genových frekvencí a vypočítejte zastoupení
jednotlivých genotypů v populaci B) Jaká je pravděpodobnost, že ženě Rh- se narodí dítě Rh+? C) Jaká je pravděpodobnost, že ženě Rh- se vždy narodí dítě Rh+?
DD p2 Dd 2pq dd q2
DD p2
Dd 2pq
dd q2
![Page 13: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/13.jpg)
Rh systémRh systém
a) q2 = 0.16 q = 0.4 p = 0.6 p2 = 0.36 2pq = 0.48
DD p2 Dd 2pq dd q2
DD p2 Dd p2q2
Dd 2pq Dd pq3
dd pq3
dd q2
b) p2q2 + pq3 = pq2 (p+q) = pq2 = 0.096 c) p2q2 = 0.058
![Page 14: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/14.jpg)
SelekceSelekce
Selekce v populaci ovlivňuje relativní reprodukční schopnost organismu s určitým genotypem a tím i frekvenci příslušného genu
Relativní reprodukční schopnost wi = průměrný počet potomků genotypu i : průměrný počet potomků nejplodnějšího genotypu
wi = 1; po selekci wi = 1 – s s = selekční koeficient (rozmezí 0 – 1)
Normalizující selekce – vylučování odchylek Balancující selekce – udržuje polymorfismus
na příklad preference heterozygotů (např. srpkovitá anemie) Selekce proti AR fenotypu
Působí pouze proti recesivním homozygotům má menší účinnost než selekce proti dominantní alele
p2 + 2pq + q2(1-s) = 1 – q2s při s = 1 p2 + 2pq
![Page 15: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/15.jpg)
SelekceSelekce
• Selekce proti AD fenotypu
A) Úplná selekce proti dominantnímu fenotypu v následující generaci dominantní alela vymizís = 1
p2(1-s) + 2pq(1-s) + q2 = q2
B) Neúplná selekce proti dominantnímu fenotypu rychle snižuje frekvenci alely
p2(1-s) + 2pq(1-s) + q2 = 1- p2s – 2pqs
![Page 16: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/16.jpg)
• Selekce proti oběma typům homozygotům– preference heterozygotů
- ani jedna alela určitého lokusu není eliminovaná- frekvence se udržují na stejné úrovni balancovaný
polymorfismus- Například srpkovitá anémie velký význam pro evoluci zdroj
adaptace na nové podmínky prostředí
p2(1-s1) + 2pq + q2 (1-s2) = 1 - p2 s1 - q2 s2
SelekceSelekce
![Page 17: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/17.jpg)
Náhodná trvalá dědičná změna genetického materiálu• Chromosomová (např. zlom)• Genová (např. bodová mutace)
Mutace• tolerované (přírodní výběr)neutrální (neovlivňují reprodukční schopnost nositele)výhodné (zvyšují reprodukční schopnost nositele, zlepšují stávající funkce – např. duplikace genů
• nevýhodné (ztráta nebo porucha funkce genu)
• zakázané (letální – neschopnost reprodukce)
Každý jedinec –12 genů s nevýhodnými recesivními mutacemi -z nich 3-5 genů v homozygotní formě je letálních
Frekvence mutací u lidí – 10-6 – 10-5
MutaceMutace
![Page 18: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/18.jpg)
Mutagenní faktoryMutagenní faktory
Mutace spontánní: chyby při replikaci – bodové mutace inekvální crossing-over – delece, duplikace poruchy mitózy/meiózy – monosomie, trisomie …
Indukované: vyvolané zevními vlivy (mutageny) fyzikální - ionizující záření (gamma, rtg), UVchemické - polycyklické aromatické uhlovodíky,
nitrosaminy, mykotoxiny, těžké kovy (chrom, nikl, arsen, rtuť), azbest
biologické – např. papiloma viry, některé adenoviry a herpes-viry
![Page 19: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/19.jpg)
Bodové mutaceBodové mutace
Záměny basí a) Neutrální (tiché mutace)b) Záměna aminokyselin v polypeptiduc) Předčasná terminace Delece → posun čtecího rámce Inserce → posun čtecího rámce Duplikace Působením mutací mohou vznikat a) nové alely daného genu → variabilita znakub) škodlivé mutacec) letální mutace
![Page 20: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/20.jpg)
Mutace na úrovni úseků DNAMutace na úrovni úseků DNA
Delece Inserce Translokace Duplikace
DuplikaceInverse, paracentrická
Delece
Isochromosom
Translokace – Robertsonská fúze
Pár akrocentrických chromosomů
![Page 21: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/21.jpg)
MutaMutaccee
…. …. …. GCC AGG CAC … …. ….
Ala Arg His
TAla Trp His Leu Term
…. …. …. GTG CAG GGT … …. ….
Leu Gln Gly
Nonsence mutace (bez smyslu)Terminace translace
Missence mutace (měnící smysl)Záměna aminokyseliny
T
Genetický kód
5'UUU3' = Phe 5'UCU3' = Ser 5'UAU3' = Tyr 5'UGU3' = Cys
UUC = Phe UCC = Ser UAC = Tyr UGC = Cys
UUA = Leu UCA = Ser UAA = stop UGA = stop
UUG = Leu UCG = Ser UAG = stop UGG = Trp
5'CUU3' = Leu 5'CCU3' = Pro 5'CAU3' = His 5'CGU3' = Arg
CUC = Leu CCC = Pro CAC = His CGC = Arg
CUA = Leu CCA = Pro CAA = Gln CGA = Arg
CUG = Leu CCG = Pro CAG = Gln CGG = Arg
5'AUU3' = Ile 5'ACU3' = Thr 5'AAU3' = Asn 5'AGU3' = Ser
AUC = Ile ACC = Thr AAC = Asn AGC = Ser
AUA = Ile ACA = Thr AAA = Lys AGA = Arg
AUG = Met(start) ACG = Thr AAG = Lys AGG = Arg
5'GUU3' = Val 5'GCU3' = Ala 5'GAU3' = Asp 5'GGU3' = Gly
GUC = Val GCC = Ala GAC = Asp GGC = Gly
GUA = Val GCA = Ala GAA = Glu GGA = Gly
GUG = Val GCG = Ala GAG = Glu GGG = Gly
Start = start kodon ; stop = stop kodon (terminační kodon, nonsense - kodon)
![Page 22: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/22.jpg)
MutaMutaccee
…. …. AAA GAA AAG ATT GGA ACT AGG TCA … …. ….
Lys Glu Lys Ile Gly Thr Arg Ser
…. …. …. AAA GAT TGG AAC TAGLys Asp Trp Asn Term
Posun čtecího rámce
Genetický kód
5'UUU3' = Phe 5'UCU3' = Ser 5'UAU3' = Tyr 5'UGU3' = Cys
UUC = Phe UCC = Ser UAC = Tyr UGC = Cys
UUA = Leu UCA = Ser UAA = stop UGA = stop
UUG = Leu UCG = Ser UAG = stop UGG = Trp
5'CUU3' = Leu 5'CCU3' = Pro 5'CAU3' = His 5'CGU3' = Arg
CUC = Leu CCC = Pro CAC = His CGC = Arg
CUA = Leu CCA = Pro CAA = Gln CGA = Arg
CUG = Leu CCG = Pro CAG = Gln CGG = Arg
5'AUU3' = Ile 5'ACU3' = Thr 5'AAU3' = Asn 5'AGU3' = Ser
AUC = Ile ACC = Thr AAC = Asn AGC = Ser
AUA = Ile ACA = Thr AAA = Lys AGA = Arg
AUG = Met(start) ACG = Thr AAG = Lys AGG = Arg
5'GUU3' = Val 5'GCU3' = Ala 5'GAU3' = Asp 5'GGU3' = Gly
GUC = Val GCC = Ala GAC = Asp GGC = Gly
GUA = Val GCA = Ala GAA = Glu GGA = Gly
GUG = Val GCG = Ala GAG = Glu GGG = Gly
Start = start kodon ; stop = stop kodon (terminační kodon, nonsense - kodon)
![Page 23: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/23.jpg)
Testování mutagenních účinků nových sloučeninTestování mutagenních účinků nových sloučenin
Genotoxické účinky – testování interakce látky s genetickým materiálem buňky
Stanovení mutagenních účinků na bakteriích – Amesův test:
Salmonella typhimurium; mutace pro tvorbu histidinu – rostou v prostředí, které histidin obsahuje.
Kultivace bez histidinu + jaterní oxydasa (mění testovanou látku na aktivní metabolit) + testovaná látka → původní mutanti nerostou, rostou noví mutanti, kteří vznikli po působení testované látky → tvoří histidin
![Page 24: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/24.jpg)
Testování mutagenních účinků nových sloučeninTestování mutagenních účinků nových sloučenin
Cytogenetické hodnocení chromosomového poškození
a) Chromosomální aberace
b) Mikrojaderný test s blokádou cytokinese. Mikrojádra jsou mimojaderná tělíska vznikající z fragmentů chromosomů bez centromery nebo z chromosomů, které v anafázi mitózy nedoputovaly pólům.
c) FISH In vivo testy na definovaných kmenech laboratorních
zvířat → postihují jak ovlivňuje testovanou látku adsorbce a distribuce, metabolismus, exkrece apod. Jsou nezastupitelné pro testování teratogenních účinků.
![Page 25: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/25.jpg)
Náhodný genový posun - driftNáhodný genový posun - drift
Genový fond / gametový fond / zygotový fond Vznik zygotového fondu je náhodný proces během generací se mohou
měnit genové frekvence
Genový drift je změna frekvencí alel v genofondu malých populací způsobená náhodnými příčinami
Závisí na velikosti populace – změny jsou nepředvídatelné V průběhu generací kolísá frekvence alel Krajní mez – fixace nebo aliminace některých alel genetická
homozygotizace genová fixace ustálení jedné alely v populaci / eliminace alternativní alely
Úloha v populaci nová populace se liší od původní „mateřské“ populace
Efekt zakladatele vysvětluje mimořádně vysoké frekvence některých chorob v subpopulacích
Např. Tay-Sachsova choroba vrozená vada metabolizmu (AR) s neurologickou symptomatologií vyskytuje se s vysokou frekvencí u židů původem z východní Evropy
![Page 26: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/26.jpg)
Náhodný genový posun - driftNáhodný genový posun - drift
![Page 27: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/27.jpg)
EvoluceEvoluce
V biologii → proces změn dědičných vlastností (resp. frekvence alel) mezi organismy.
Postupný vývoj života na zemi k mnoha různým formám.
Společné rysy ve struktuře genetického kódu.
Makroevoluce → vyšších taxonomických kategorií (řád, kmen); vývoj nových druhů
Mikroevoluce → menší evoluční změny (např. změny frekvence alel v populacích) během kratšího časového období.
![Page 28: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/28.jpg)
EvoluceEvoluce
![Page 29: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/29.jpg)
Fylogenetický stromFylogenetický strom
Genetický rozdíl mezi lidmi a šimpanzem – 2%Poslední předek lidí a šimpanzů – 4-7 milionů let; Společný předek moderních lidí – před cca 200 000 roky
![Page 30: Po pula ční genetika](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051116/56814fca550346895dbd890a/html5/thumbnails/30.jpg)
Člověk a evoluceČlověk a evoluce
Evoluce se projevuje změnami v genech Genetický drift DNA se může měnit vlivem nahodilých mutací → mutace jsou
usměrňovány
a) přírodním výběrem (v souvislosti se změnami životního prostředí);
b) b) sexuálním výběrem Pro současného člověka není přírodní výběr jediným evolučním
faktorem (např. genetické inženýrství, cílená léčba …) Vzájemné působení mezi činností mozku a lidskými geny Dva geny – pokračující evoluce u člověka:
a) gen kódující mikrocefalin (AR mutace → mikrocefalie) – kontroluje množení buněk v mozku;
b) gen ASMP (Abnormal Spindle-like Microcephaly; AR mutace v tomto genu – primární mikrocefalie) – exprimován v mozkové kůře během neurogeneze