of 25 /25
Molekulski sat i Molekulski sat i genealogija gena genealogija gena

Molekulski sat i genealogija gena - Биолошки факултет€¢ 457 nukleotidnih zamena u ev. liniji ka rezus majmunu • broj nukl. zamena u evolucionoj liniji ka čoveku

Embed Size (px)

Text of Molekulski sat i genealogija gena - Биолошки факултет€¢ 457 nukleotidnih zamena u...

  • Molekulski sat iMolekulski sat igenealogija genagenealogija gena

  • Molekulski satMolekulski sat

    geni evoluiraju dovoljno konstantnom stopom da se mogu koristiti pri proceni vremena divergencije populacija i drugih taksona

    ukoliko evolucione promene taksona vode njihovoj divergenciji i ukoliko se evolucione linije menjaju istom i konstantnom stopom broj razlika izmeu dva taksona (populacije, vrste, rodovi,...) direktan pokazatelj vremena odvajanja od zajednikog pretka

    opseg vremena divergencije

  • Slabosti molekulskogSlabosti molekulskogsatasata

    Razliite stope mutacija

    Vreme generacija razliitih vrsta Npr. molekulski sat glodara kuca 2-3 puta bre od

    molekulskog sata primata

  • lokalni molekulski satlokalni molekulski sat za grupu za grupu srodnih taksonasrodnih taksona

    Primer -globinskog pseudogena kod 5 vrsta primata (ovek, impanza, gorila, orangutan i rezus majmun) Prosena stopa zamene nukleotida u nekoj evolucionoj

    liniji moe se proceniti ukoliko imamo podatke o apsolutnom vremenu divergencije

    Najstariji fosil superfamilije Cercopithecoidea star 25 My- to je minimalno vreme divergencije Macaca i hominoidea

  • Primer:Primer: --globinskiglobinskipseudogenpseudogen

    sekvencirano 10 000 baza 457 nukleotidnih zamena u ev. liniji ka rezus majmunu broj nukl. zamena u evolucionoj liniji ka oveku =

    = 76+14+70+150 = 31076

    92

    14

    94

    70

    199

    150

    457

    Homo

    Pan

    Gorilla

    Pongo

    Macaca

  • Primer: Primer: --globinski pseudogenglobinski pseudogen

    - stopa zamene nukleotida u evol. liniji ka Macaca =

    = 457/10000bp/25My = 1.8310-3 na 1 My = 1.8310-9 po godini

    - stopa zamene nukleotida u evol. liniji koja je vodila ka Homo od zajednikog pretka svih Cercopithecoidea =

    = 310/10000bp/25My = 1.2410-3 na 1 My

    - prosena stopa nukleotidnih zamena u svakoj evolucionoj liniji

    r = (457+310)/2 = 383.5/10000/25My = 1.53410-3 na 1 My

    Vreme divergencije (t) na osnovu molekulskog sata (r) D = 2rt

    t = D / 2r

    Proporcija razlika u sekvenci

  • Evoluciona istorija polimorfizama- genealogija gena i teorija slivanja -

  • Genealogija genaGenealogija gena -- logikalogika

    Postupak vraanja unazad kroz vreme i pronalaenje predakih varijanti gena u prethodnim generacijama

    ispadanje gena ili ispadanje mutacija (engl. gene dropping, mutation dropping) unazad kroz vreme

    Linije gena e se spajati (slivati) uvek kada dve jedinke imaju istog roditelja

    DNK sekvence su nasleene od roditelja i bie identine u potomstvu ukoliko se nije desila mutacija

    Mutirana kopija potie od nekog predakog gena u prethodnoj generaciji n alela jednog gena u generaciji t potie od n-1 alela u generaciji t-1, oni od n-2 alela u generaciji t-2, itd.

  • Obrnuta priObrnuta priaa

    Na poetku bee 10 alela: A B C D E F G H J K

    Nosioci A ne ostave potomstvo, E mutira u E1 (nova varijanta): B C D E E1 F G H J K

    U narednim generacijama se sve to ponavlja, neki se gube, novi nastaju (ako je populacija konstantne brojnosti, postojae konstantan broj razliitih alela novi se generiu, stari eliminiu - ravnotea drifta i mutacija ).

    Nakon vie generacija: B B2 B4 E1 E3 K2 K3 K5 K7 K8

    Varijante od samo 3 poetna alela.

    Kako vreme odmie, sve je vea verovatnoa da ostanu varijante samo jednog originalnog tipa.

  • GenealogijaGenealogijagenagena

    Genealogija gena u sadanjoj populaciji se sliva (ukorenjuje, engl. coalesce) unazad do jednog zajednikog pretka (MRCA).

    populacija se u svakoj generaciji unazad sastoji od potomaka sve manjeg i manjeg broja originalnih predakih kopija gena.

    gledajui unazad kroz vreme, sve kopije gena u generaciji tpredstavljaju potomake kopije jednog jedinog gena.

  • TMRCA TMRCA

    -- TTime to ime to MMost ost RRecent ecent CCommon ommon AAncestor ncestor --

    broj generacija potreban za slivanje sekvenci do predake varijante gena

    1

    2 2

    11

    2

    1

    j

    NNjtP

    - k predakih alela iz jedne populacije vodi poreklo od k-1 alela prethodne generacije, a oni od k-2 predakih alela, itd. - Npr. 2 alela uzorkovano u populaciji veliine N (ukupno 2N alela)- verovatnoa da su 2 alela identina po poreklu (IBD) je- verovatnoa da 2 alela nisu IBD je

    - Verovatnoa da 2 alela imaju zajednikog pretka u j-toj generaciji je:

    Raspodela verovatnoa (t je promenljiva) ima oblik geometrijske raspodele (aprox

    eksponencijalnom), pa je E(t) ili TMRCA = 2N

    Nt

    NjtP

    2

    2 2

    1

    ili

    N2

    1

    N2

    11

  • TMRCA iznosi: 2Ne za bilo koje dve kopije gena kod diploidnih

    organizama

    4Ne generacija za multipne alele u populaciji diploidnih organizama,

    Ne generacija za mitohondrijske ili NRY gene koji su efektivno u haploidnom stanju i prenose se uniparentalno.

    TMRCA TMRCA druge procenedruge procene

  • Mitohondrijalna EvaMitohondrijalna Eva

    1987 Cann i sar. RFLP mtDNK na 147 ena iz 5 populacija (12 restr. enzima, 133 haplotipa). Genealoko stablo Vreme slivanja 200 000

    god. (pliocen) Predaki haplotip afrikog

    porekla

    Kasnije studije vreme slivanja 100 000 200 000 godina.

  • Kod oveka Y Adam TMRCA nekoliko hiljada godina posle Eve - manja stopa mutacija na Y markerima od mtDNK i vea reproduktivna varijansa.

    Autozomalni geni oekivano due vreme slivanja 4 puta vea Ne matematiki gura TMRCA unazad kroz

    vreme

    Neke studije - vreme nastanka polimorfizma od 500 000 godina, pa ak i vie od 2 miliona godina.

  • ZakljuZakljuci iz geneci iz geneaalogijalogija

    Potvrda out of Africa modela evolucije oveka

    Najvea genetika varijabilnost u Africi iz dva razloga: Najdue vreme za akumulaciju mutacija i

    diferencijaciju populacija Efekat osnivaa

  • Sa stanovita genetike varijabilnosti na veini lokusa, izgleda da smo svi mi Afrikanci, bilo da ivimo na tom kontinentu ili u skoranjem egzilu

    Svante Pbo

  • Drevna DNK (Drevna DNK (ancient DNAancient DNA))

    Pomiriti genetiku i paleontoloku perspektivu evolucije oveka

    analiza DNK iz fosila

    Fragmentisana - jumping PCR Potpuno unitena (do nukleotida) - neupotrebljiva Prljava (kontaminirana, modifikovana)

  • NeandertalacNeandertalac

    1997. Krings i sar. izolovali i mtDNK i sekvencirali hipervarijabilni segment iz neandertalca.

    Sekvence su van varijacije u ljudskim populacijama.

    Poslednji zajedniki predak oveka i neandertalca pre 500 000 god.

  • NeandertalacNeandertalac

    2 mogua odgovora:

    - nije bilo meusobnog ukrtanja

    - neandertalski mitohondrijalni uticaj je izgubljen usled drifta

  • ta se desilo neandertalcima?ta se desilo neandertalcima?

    1. SCENARIO: protok gena izmeu neandertalaca i starih populacija H. erectusavan Afrike oekivali bismo mnogo vee razlike izmeu savremenog oveka i neandertalca.

    2. SCENARIO: ukrtanja kasnih neandertalaca i populacija savremenih ljudi u zapadnoj Evropi i Aziji oekivali bismo najvee slinosti neandertalaca sa tim savremenim populacijama.

    3. SCENARIO: ukrtanja neandertalaca sa predakom populacijom svih ne-Afrikanaca oekivali bismo podjednaku slinost sa svim van-afrikim populacijama!

    1 4% genoma savremenih ne-Afrikanaca potie od neandertalaca!

    4. SCENARIO: substrukturiranost u Africi nakon odvajanja linije neandertalaca

  • ta se desilo ta se desilo neandertalcima?neandertalcima?

    70% savremenih ljudi nosi alele iz D haplogrupe (37 000 god)

    intenzivna selekcija

    MCPH1 gen

    Mogui scenario (Evans et al. 2006): -Dve izolovane populacije (vie od 1 milion god.) u jednoj fiksiran predaki alel D haplogrupe-Populacija u kojoj je fiksiran D alel pripada arhainim (ne savremenim) ljudima!

    -Zato?-Kod savremenih ljudi bi se uoio takav skoranji prolazak kroz usko grlo i na drugim lokusima.-Savremeni Afrikanci imaju najmanju uestalost D alela.-U to vreme savremeni ljudi su naseljavali evroazijski kontinent.

  • DenisovciDenisovci

    Peina Denisova u junom Sibiru

    Fosilni ostaci starosti od oko 40 000 godina,

    mtDNK: 385 bp razlika u odnosu na ljude i 376 bp razlika u odnosu neandertalce

    Vreme divergencije: 1 do 0.8 mil. god. od evol. linije ka savremenim ljudima

    Pitanja migracija drevnih vrsta!!!!

    Ukrtanja sa savremenim ljudima!!!! 4 6% genoma kod Melaneana

    ali i kod jo nekih grupa

  • UkrUkrtanja u Africitanja u Africi

    61 nekodirajua sekvenca u populacijama Biaka, San i Mandenka

    Kandidati za arhaine sekvence:

    Lokusi: 4qMB179, 13qMB107 i 18qMB60 (visok LD)

    Duboka filogenija TMRCA pre 700 000 god.

    Vreme introgresije 35 000 godina (na osnovu R)

    Mesto introgresije centralna Afrika

    Brojni fosili izmeu 200 000 i 12 000 god. sa meavinama fenotipskih karakteristika savremenih i arhainih ljudi.