Genetická variabilita rostlinných populací

Prezentace na téma: "Genetická variabilita rostlinných populací"— Transkript prezentace:

1 Genetická variabilita rostlinných populací

2 Genetická variabilita
Základ pro evoluci, možnosti selekce Kvalitativní vs. kvantitativní znaky

3 Kvalitativní znaky Jeden či několik málo genů
Obvykle malý vliv prostředí Tvar, barva………..

4 Kvantitativní znaky Mnoho genů Obvykle větší vliv prostředí
QTL (Quantitative traits loci) Velikost ……..

5 Selekce Míra genetického a environmentálního určení znaku
G, E, G x E interakce, plasticita Dědičnost znaku

6 Míry dědičnost VG/VP - broad sense heritability
VP - variabilita ve fenotypu VG - variabilita určená genotypem Sledování růstu geneticky identických jedinců, nelze vždy Danthonia spicata – většina variability mezi kategoriemi

7 Míry dědičnost VA/VP – narrow sense heritability
VP - variabilita ve fenotypu VA - variabilita breeding value – odchylka průměrného fenotypu potomků od populačního průměru Závisí na variabilitě prostředí

8 Míry dědičnost Narrow sense heritability
Korelace fenotypu potomků a průměru rodičů

9 Selekce Směrovaná Stabilizační Disruptivní

10 Selekce

11 Míra selekce P. H. van Tienderen 2000

12 Míra selekce Seed predation a16 8 4 1 Intact seeds Phenology 2 a26 3 5
10 Pop growth rate Grazing a46 7 9 6 a56 Flower numb 11 Prob of flow a66 a76

13 Míra selekce Selection gradient

14 Míra selekce Selection differentials

15 Faktory určující genetickou diversitu
Mutace Rozmnožovací systém Genetická diversita genový drift genový tok selekce

16 Mutace Substituce Inserce a delece Kopie sekvence, transposomy
Viditelné mutace ~ 1: milion

17 Rozmnožovací systém Asexuální vs. sexuální

18 Asexuální rozmnožování
Apomixe Vegetativní Agamospermie Stejný genotyp jako matka Jak poznat (problém pseudogamie – Ranunculus auricomus)

19 Agamospermie Diplosporie – gametofyt z neredukované megaspory
Aposporie – gametofyt z běžné somatické buňky Kombinace obou – Potentilla verna Aneusporie – crossing over

20 Sexuální rozmnožování
Sexuálně monomorfní druhy Hermafroditi Jednodomé (monoecické) Gynomonoecické (Asteraceae) Andromonoecické (Apiaceae)

21 Sexuální rozmnožování
Sexuálně polymorfní druhy Dvoudomé (diecické, Ilex) Gynodiecické (Lamiaceae) Androdiecické (Mercurialis)

22 Auto- vs. alogamie Autogamie Výhoda – zaručená reprodukce
krátkověké druhy – závislost na generativním rozmnožování druhy na okraji areálu Nevýhoda - Redukce genetické variability - inbreeding

23 Poměr auto- a alogamie Jak zjistit

24 Kombinace různých způsobů rozmnožování
Auto-/alo-gamie Vegetativní/generativní Generativní/viviparie

25 Inbreeding Produkce potomků křížením příbuzných jedinců
Míra inbreedingu – inbreeding coefficient, míra blízkosti příbuzných Pravděpodobnost, že 2 alely v lokusu jsou ze stejné linie

26 Inbreeding

27 Inbreeding depression
Snížení vitality v důsledku inbreedingu Projev recesivních letálních alel Ztráta genetické variability – snížení heterozygozity Hlavně u normálně alogamních druhů

28 Fitness a inbreeding

29 Inbreeding u rostlin

30 Studium inbreeding depression
Umělá křížení mezi příbuznými Heterózní efekt – křížení nepříbuzných

31 Míry inbreeding depression
Rozdíl v chování inbredních a outbredních jedinců = 1-(fitness inbred/ fitness outbred)

32 Nepřímá míra inbreedingu
Rozdíl očekávané a pozorované heterozygozity: 1-(Hobs/Hexp) Změna heterozygozity v čase: 1-(H0/Ht) Změna heterozygozity není nutně změnou genetické diversity

33 Vliv v hlavně v nepříznivých podmínkách
Dudash 1990, Sabatia angularis, Gentianaceae

34 Obrana proti autogamii
Morfologie Proteroandrie/-gynie Autoinkompatibilita

35 Genetický drift Ztráta genetické diversity v důsledku náhody

36 Ztráta alel Drosophila England, 1977

37 Pravděpodobnost ztráty alely
= (1-p) 2N Funkce frekvence alely a velikosti populace

38 Genový tok Viz šíření semen a pylu

39 Měření genetické diversity

40 Typy genetické diversity
Geny Proteiny Kvantitativní genetická variabilita = kvantitativní znaky (nejlepší míra evolučního potenciálu druhu)

41 nekódující úseky DNA, isoenzymy
Molekulární marker Kus DNA či její produkt, který má zmíněné vlastnosti (selektivně neutrální) a má dostatečnou míru variability nekódující úseky DNA, isoenzymy

42 Molekulární markery 1.výpovědní hodnota zjištěné informace
kodominantní (allelická úroveň) x dominantní (fenotypové hodnocení) x haploidní 2. typ dědičnosti biparentální (nukleární) x uniparentální (organelární) 3. míra polymorfizmu – počet lokusů, počet alel v daném lokusu (u kodominantních) či z počtu proužků u dominantních.

43 Molekulární markery 4. mutační rychlost – hlavní faktor zodpovědný za existenci variability – nutná jakási střední hodnota 5. selektivní neutralita 6. rekombinace - není u organelárních markerů

44 Vlastnosti genetických metod
informace nezávislá na prostředí – tj. není zde žádná plasticita typicky se mění při rekombinaci - umožňuje identifikovat rekombinační události v populaci je kvalitativní je selektivně neutrální, alespoń v to doufáme

45 Genetické markery Isozymy RFLP RAPD AFLP Mikrosatelity……..

46 Míry genetické diversity
Počet alel Počet polymorfních lokusů Indexy diversity Stupeň heterozygozity

47 Genetická struktura populace
Rozložení genetické diversity v rámci a mezi populacemi

48 F statistiky Fst = 1-(Hs/Ht) diferenciace populací
Fis=1-(Hi/Hs) inbreeding koeficient Fit=1-(Hi/Ht) Ht=expected heterozygozity celková Hi=observed heterozygozity průměr přes populace Hs=expected heterozygozity průměr přes populace

49 Diferenciace populací závislá na vzdálenosti
Isolation by distance – genetická podobnost klesá se vzdáleností  Mantelův test – korelace genetické podobnosti a fyzické vzdálenosti populací nutný index podobnosti – např. Jackardův, ale je jich spousta hledá pouze monotónní závislosti – nic mi neřekne o její povaze a měřítku

50 Diferenciace populací závislá na vzdálenosti
Prostorová autokorelační analýza – detekce prostorového rozložení a měřítka Moran’s I, joint counts, k-funkce ? Velikost genetického sousedství kytky ? Příčiny genetické struktury populací – směrovaná migrace x omezený genový tok

51

52 Měření genového toku Nepřímé – z genetické podobnosti populací Přímé

53 Nepřímé měřené genového toku
populačně-genetický model distribuce molekulárních markerů demografický model odhad genového toku odhad genetické diferenciace populací

54 popis způsobu disperze mezi populacemi
Demografické modely popis způsobu disperze mezi populacemi infinite island model – migranti z jedné nekonečně velké populace do ostatních finite island model – migrace mezi všemi populace stepping stone model – migrace pouze mezi sousedními continuum model – migrace je funkcí vzdálenosti a řada dalších

55 Konečný ostrovní model - finite island model

56 Populačně genetické modely
Vychází z hodnoty FST - stupeň isolovanosti populací FST = 1/(1+4 Ne m) Ne - efektivní velikost populace m - proporce migrantů Předpoklady: populace jsou v rovnováze mezi genovým tokem a driftem oddělené nepřekrývající se generace genový tok je v čase konstantní mutace je mnohem nižší než migrace - obvykle nereálné a nesplnitelné!

57 Přímé měření genového toku - Parentage analysis

58 Parentage analysis (analýza rodičovství)
Omezení metody nutnost podchytit veškeré fertilní jedince v populaci Požadavky na genetické markery 1. Dostatečně citlivé, aby co nejlépe dokázaly odlišit jednotlivá individua, raději kodominantní. 2. Levné a umožňující zpracování velkého množství vzorků. Mikrosatelity, ale i RAPD, AFLP - ty ale dominantní