MOLEKULÁRNÍ TAXONOMIE Zkouška Součásti zkoušky: Písemná část (5 příkladů) – maximální zisk 10 bodů - k ruce můžete mít jakékoli materiály - kalkulačka sebou Ústní část – maximální zisk 10 bodů Nepovinný esej (2-3 strany) a jeho 10 min. prezentace (8. 1. od 9:30) – 4 body Hodnocení: bodů – dobře 14 – 17 bodů – velmi dobře 18 a více - výborně

VNITRODRUHOVÉ VZTAHY Reifová a Munclinger – Evoluční genetika (ZS)

MIKROSATELITY

RESTRIKČNÍ ANALÝZY VNTR – Variable Number of Tantem Repeats Využívá polymorfismus v počtu kopií tandemových repetic – minisatelitů (10-60 nt). Tento polymorfismus je velmi variabilní i mezi jedinci téhož druhu. Celkovou DNA naštípeme restrikční endonukleázou, která neštěpí uvnitř minisatelitu. Naštípanou DNA přeblotujeme na membránu a hybridizujeme se značenou próbou proti minisatelitu, pokud chceme zviditelnit všechny lokusy (obrázek v pravo), nebo proti minisatelitu a unikátní sekvenci v sousedství, pokud chceme zviditelnit jen jeden lokus (obrázek dole).

SNPs Single Nucleotide Polymorphism Polymorfimus DNA, kdy se jedinci nebo druhy liší v jedné nukleotidové záměně AAGCCTA AAGCTTA V tomto případě mluvíme o alelách C a T. Téměž všechny SNPy mají jen 2 alely. Genom dvou lidí se liší zhruba v 3 mil. bazí (ne všechno jsou SNP). HAPLOTYP: polymorfismy na jediné chromatidě, které jsou statisticky sdruženy.

MT DNA, CONTROLNÍ OBLAST HAPLOTYP: polymorfismy na jediné chromatidě, které jsou statisticky sdruženy. Kontrolní oblast (D-loop) nejpolymorfnější objast mtDNA

RUSKÁ CARSKÁ RODINA Car Mikuláš II a jeho rodina – carevna Alexandra a děti Olga, Tatiana, Maria, Anastasia a carevič Alexej.

Frekvence obvyklejšího haplotypu cara (C) = 0,08% Frekvence haplotypu carevny = 0.05% Pravděpodobnost, že to nejsou Romanovci, ale náhodní lidé = 0,08 * 0,05 = 0,004 % Coble a kol. 2009, PLoS ONE Rogaev a kol. 2009, PNAS C C T T C 73G 263 G 315 C

RUSKÁ CARSKÁ RODINA 4* *10 12 Pravděpodobnost, že vzorek je potomken cara a carveny / pravděpodobnost, že je nepříbuzný = Coble a kol. 2009, PLoS ONE

RUSKÁ CARSKÁ RODINA 17 mikrosatelitních lokusů na Y chromozomu ukázalo příbuznost Cara Mikuláše, careviče Alexeje a Andreje Andrejeviče Romanova (Californie) ukázalo naprostou shodu. Mezi haplotypy Y chromozomu v databázi YHDR nebyl ani jeden shodný s tímto haplotypem. Coble a kol. 2009, PLoS ONE

RUSKÁ CARSKÁ RODINA Coble a kol. 2009, PLoS ONE

VNITRODRUHOVÁ FYLOGENEZE SEXUÁLNÍCH DRUHŮ – nerekombinující lokus Jedinec má dva rodiče Díky segregaci a dochází k míchání alel Každý lokus prochází jedinečnou historií U nerekombinujícího lokusu lze najít koalescenční bod

KOALESCENČNÍ BOD MRCA – most recent common ancestor Jedinec v minulosti, který nesl společného předka zkoumaných alel lokusu. Každý nerekombinující lokus má takový bod na různých místech v historii populace.

Gene tree vs. species tree

ADAM A EVA Mitochondriální Eva = MRCA pro současnou mt DNA žila zhruba před lety ve východní Africe. Adam pro Y chromosom = žil tamtéž před zhruba před lety.

EVINY „DCERY“

V EVROPĚ Statistical parsimony network

VNITRODRUHOVÁ FYLOGENEZE SEXUÁLNÍCH DRUHŮ – rekombinující lokus Jedinec má dva rodiče Díky segregaci a rekombinaci dochází k míchání alel Každý lokus je směsí úseků, které mají svoji unikátní historii

VNITRODRUHOVÁ FYLOGENEZE SEXUÁLNÍCH DRUHŮ Na distribuci alel v populaci má vliv jednak náhodný mutační proces, ale také genealogie, kterou neznáme. Různé lokusy a jejich části mají různé genealogie a koalescenční body. L = P(D|T,μ) T Likelihoodovská funkce ve fylogenetice: Likelihoodovská funkce při koalescenčním modelu. L se sčítá pro všechny možné genealogie a do hry vstupují i populačně genetické parametry α. Ty nás zajímají více než strom: L=Σ P(D | T,μ) P(T, α)

PRO URČENÍ PŮVODNÍ POPULACE JE POTŘEBA ZJISTIT GENEALOGIE VÍCE LOKUSŮ Navíc je třeba brát v potaz další faktory ovlivňující šíření alel jako je migrace, různá velikost populací, vliv přírodního výběru atd.

 V panmiktické populaci platí Hardy-Weinbergova rovnováha AA Aa aa p 2 2pq q 2 STRUKTURA POPULACÍ Pro 3 alely: Pro polyploida:

 V panmiktické populaci platí Hardy-Weinbergova rovnováha AA Aa aa p 2 2pq q 2 STRUKTURA POPULACÍ Pro 3 alely: Pro polyploida:

Způsob testování odchylek od H-W rovnováhy  CHI 2 test (slabý test, nevhodný pro kombinovaná data z více lokusů) Σ(F pozorovaná -F očekávaná ) 2 /F očekávaná  Smithova H statistika (mnohem lepší)

Příklad testování odchylek od H-W rovnováhy AA Aa aa n Pozorováno Frekvence alely A (p) p = [(2 × 40) + 35]/ (2 × 100) = 0,575 Frekvence alely a (q) q = 1 – p = 0,425 AA Aa aa n Očekáváno 100 × p × 2pq 100 × q 2 33,0 48,9 18,1100 χ 2 = (40 – 33,0) 2 + (35 – 48,9) 2 + (25 – 18,1) 2 = 8,1 33,0 48,9 18,1 Df: 3 – 1= 2, P < 0,01

Možné příčiny odchylek od H-W rovnováhy  Wahlundův efekt (pokles heterozygotů)  strukturovanost populace  kryptické druhy  parthenogeneze  asortativní rozmnožování  inbreeding  Selekce  Klonalita

Genetický tok mezi subpopulacemi

h T ……Očekávaná frekvence heterozygotů v celkové populaci h S …… průměr očekávané frekvence heterozygotů pro všechny subpopulace F ST = (h T -h S )/h T Genetický tok mezi populacemi F ST = 0-0,05 …..malá diferenciace subpopulací (velký genetický tok) F ST = 0,05-0,15 …..střední F ST = 0,15-0,25 …..velká F ST = 0,25-1,00 …..velmi velká

Genetický tok mezi populacemi N e m ≈ (1-F ST )/4F ST F ST …F statistika N e m … počet migrantů mezi populacemi za jednu generaci Pozor, tato interpretace v mnoha situacích neplatí.

DISTANCE Z FREKVENCE ALEL Rogersova vzdálenost (pro alely 1..i) D= (0,5 Σ(x Ai - x Bi ) 2 ) 0,5 Vzdálenost Cavali-Svorza a Edwardse (1967) kde X u a Y u jsou frekvence alely u v populacích X a Y. Pro víc lokusů – aritmetický průměr

PŘÍBUZNOST U POHLAVNÍHO DRUHU - r Sourozenci, rodiče s dětmi …. …………………….r=0,5 Nevlastní sourozenci, jedinec a jeho prarodiče, vnoučata, tety a strýcové …… ………………….r=0,25 Bratranci a sestřenice………………………….…….r=0,125 Nepříbuzní jedinci………………………..…… … ….r=0,00 Příbuznost mezi dvěma jedinci (programy): Relatedness ( ML-Relate (

PŘÍBUZNOST U POHLAVNÍHO DRUHU - r Příbuznost mezi dvěma jedinci (programy): Relatedness ( ∑∑∑Py-P ∑∑∑Px-P P: frekvence alely v populaci Px: frekvence alely v jedinci X (i.e. 0.5 or 1 podle toho zda se jedná o heterozygota nebo homozygota). Py: frekvence alely v jedinci Y Sumujeme pro všechny genotypizované alely případně všechny jedince v subpopulacích ML-Relate ( Odhad příbuznosti metodou maximum likelihood r=

PŘÍBUZNOST V RÁMCI SUBPOPULACE H exp … Očekávaná frekvence heterozygotů v celkové populaci podle HW H obs … Pozorovaná frekvence heterozygotů v celkové populaci druhu h exp … Očekávaná frekvence heterozygotů v subpopulaci h obs … Pozorovaná frekvence heterozygotů v subpopulaci N …… Počet jedinců v subpopulaci c ……. Počet subpopulací Program Relatedness (Queller a Goodnight 1989) ( H

DNA BARCODING

KONEC

Genetický tok mezi populacemi

VAZEBNÁ NEROVNOVÁHA

Dva SNP lokusy 1: Zjistit frekvenci alel

VAZEBNÁ NEROVNOVÁHA 2: Spočítat frekvence haplotypů D = p1q1*p2q2 – p1q2*p2q1 D max = menšímu z p1q2 nebo p2q1 3: Standardizovat D

Příznaky klonality Fixovaná heterozygozita Signifikantní nepřítomnost některých genotypů Rozšíření identických genotypů Korelace mezi nezávislými genetickými markery Vazebná nerovnováha -„Gametic phase disequilibrium“, „linkage disequilibrium“

VNITRODRUHOVÁ FYLOGENEZE KLONÁLNÍCH DRUHŮ RAPD analýza kmenů Trichomonas vaginalis Postupujeme podobně jako u mezidruhové fylogeneze. Můžeme použít libovolný marker, protože všechny odráží fylogenetické vztahy mezi jedinci druhu.

PŘÍBUZNOST MEZI JEDINCI HAPLODIPLOIDNÍHO DRUHU