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.