Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Univerzita Komenského / Prírodovedecká fakulta / Antropologia

8 (8.doc)

8.

Sivakova

Geneticke faktory formovania ludskych populacii

-genofond populacie, t. j. subor vsetkych genov, resp. genotypov vsetkych clenov populacie moze byt z generacie na generaciu stabilny, ale moze sa aj menit

-zmeny genofondu podmienuju faktory dvoch skupin:

1. ovplyvnujuce usporiadanie genov do genotypov

1. populacia: n jedincov s genotypom AA, BB, CC

                     n jedincov s genotypom aa, bb, cc

2. populacia: 2n jedincov s genotypom Aa, Bb, Cc

-genofond zhodny, zavisi od sposobu vyberu manzelskeho partnera, tzv. systemu krizenia v populacii

-3 typy systemov krizenia:

1. nahodne (panmixia)

2. medzi fenotypovo podobnymi jedincami (homogamia)

3. medzi pribuznymi jedincami (inbriding)

2. ovplyvnujuce genove pocetnosti (frekvencie genov) v populacii z generacie na generaciu

-mutacie

-selekcia

-migracie

-nahodne cinitele: genovy posun = geneticky drift, efekt zakladatela = founder effect

Genova frekvencia

-pocetnost urcitej alely na definovanom autozomovom lokuse, napr. alely A,a

-mozno ju stanovit na zaklade pocetnosti jednotlivych genotypov, resp. fenotypov a naopak, napr.:

p (frekvencia genu A) = 2x AA + 1x Aa/ 2N

q (frekvencia genu a) = 2x aa + 1x Aa/ 2N

1. Panmixia

-sposob volby manzelskeho partnera, pri ktorom pravdepodobnost uzatvorenia manzelstva zavisi od genotypu partnerov na danom lokuse

-v panmiktickej populacii vztah medzi pocetnostou alel a pocetnostou genotypov opisuje Hardy – Weinbergov zakon

-autozomovy lokus: alely D a d – ich populacne frekvencie su p, resp. q (pricom q + p = 1)

-ocakavana pocetnost jednotlivych genotypov v panmiktickej populacii je p2 DD, 2pq Dd, q2 dd – (p + q)2

-tieto pocetnosti sa v populacii udrzuju, kym je v nej panmixia, t. j. pokial sa:

  -nezmenia frekvencie genov D a d, napr. mutaciou

  -neuplatnuje selekcia (ziadna z alel nie je zvyhodnena)

  -nedochadza k migracii (ziadny priliv novych alel)

  -populacia je dostatocne velka na to, aby sa neuplatnil genovy posun (nahodna zmena genovej frekvencie)

-populacia je v Hardy - Weinbergovej rovnovahe

Hardy – Weinbergova rovnovaha

-plati v mnohych ludskych populaciach – splnaju podmienky

-vztahuje sa aj na dedicne ochorenia

-vynimku predstavuju populacie, v ktorych dochadza k uzatvaraniu pribuzenskych sobasov

2. Homogamia

-uprednostnovanie manzelstiev medzi fenotypovo podobnymi jedincami

-uplatnuje sa rovnako intenzivne vo vsetkych populaciach

-pri polygenne determinovanych znakoch (telesne rozmery, pigmentacia, psychicke ukazovatele, napr. IQ) sa s homogamiou mozeme stretnut v mnohych ludskych populaciach

-ukazovatelom intenzity homogamie v kvantitativnom znaku je koeficient korelacie medzi manzelmi

-pri monogenne dedicnych znakoch – vylucne choroby (ludia postihnuti dedicnym ochorenim uzatvaraju vzajomne manzelstva castejsie, ako by zodpovedalo nahode) – pozitivna homogamia

-dosledkom pozitivnej homogamie v populacii je zvysenie pocetnosti homozygotnych genotypov zodpovednych za prislusne ochorenie, resp. znak, hoci genove frekvencie zostavaju nezmenene

DD x DD                         dd x dd

                      Dd x Dd

           heterozygotne potomstvo

3. Inbriding

-uzatvaranie manzelstiev medzi pribuznymi, t. j. medzi jedincami, ktori maju jedneho spolocneho predka

-inbredny jedinec - potomok pribuzneho krizenia - jedinec, ktory moze mat na urcitom lokuse dve alely identicke povodom

-pravdepodobnost, s akou jedinec nesie na specifickom lokuse dve alely identicke povodom je mierou inbridingu - koeficient inbridingu jedinca (F)

-najvyznamnejsim typom konsangvinity v ludskych populaciach su manzelsta medzi bratrancom a sesternicou 1. stupna

-F ich potomka je 1/16 (vzdialenejsia konsangvinita ma maly geneticky efekt, blizsie typy konsangvistickych manzelsitiev su v sucasnosti zriedkave)

-zvysuje v populacii zasupenie homozygotov a znizuje frekvenciu heterozygotov

-postihuje vsetky lokusy, na rozdiel od homogamie, ktora sa vztahuje iba na lokusy, ktore determinuju fenotyp podliehajuci homogamii

-je z genetickeho hladiska vyznamnejsi faktor

-zvysenie pocetnosti homozygotov je velmi vyrazne pri velmi zriedkavych alelach – preto v inbrednych populaciach (napr. v potomstve manzelstiev medzi bratrancom a sesternicou) su

castejsie zriedkave recesivne dedicne ochorenia ako v panmiktickych populaciach, i ked frekvencia prislusneho recesivneho genu je rovnaka

Koeficient inbridingu populacie

-priemerny koeficient inbridingu vsetkych clenov populacie

-oznacuje sa alfa, cize:

α = ∑ p1 * F1

p1 – relativna pocetnost inbrednych jedincov, ktori maju koeficient inbridingu F1

-vo vacsine europskych populacii, z ktorych su k dispozicii udaje, su hodnoty α = 0,001

-v slovenskej vidieckej populacii v prvej polovici 20 – teho stor. (roznymi metodami) – priblizne α = 0,006, u Romov α = 0,017 – 0,084

Metody odhadu α

a) genealogicka (zostavenie rodokmena kazdeho clena populacie – vypocitat priemer – pracne, casto chybaju spolahlive udaje

b) hodnotenie tzv. dispenzov (cirkevnych povoleni na uzatvorenie konsangvinneho manzelstva)

c) metoda izonymie (rovnake priezvisko partnerov pri sobasi) – vyuziva poznatok, ze medzi koeficientom inbridingu jedinca a pravdepodobnostou, ze jeho rodicia maju rovnake priezvisko (koeficient izonymie, I), je konstantny vztah F = I/ 4

-na vypocet treba stanovit frekvenciu izonymnych manzelstiev a tieto frekvencie delit cislom 4

-poskytuje spolahlive vysledky len v populaciach, v ktorych je zaruceny monofyleticky povod priezvisk, t.j. v ktorych rovnake priezvisko dvoch osob je dokazom ich biologickej pribuzosti

4. Genovy posun (geneticky drift, Wrightov efekt)

-akumulacia nahodnych zmien genovych frekvencii v malych populaciach v priebehu generacii

-60% bielych + 40% ciernych gulocok – nahodny vyber 5 – pomer bielych a ciernych: 3:2, 1:4 alebo iny

-to iste sa vztahuje na malu populaciu odvodenu z velkej, jej genove frekvencie mozu byt celkom odlisne od povodnej

-nahoda, ako pricina zmeny pocetnosti genu sa uplatni tym viac, cim je populacia mensia

-pri tom nezalezi na celkovom pocte jedincov (N), ale na efektivnej velkosti populacie

Ne = t * Nm

t – priemerny vek pri reprodukcii (v rokoch)

Nm – pocet jedincov, ktory tento vek dosiahnu v priebehu jedneho roka

-ak nahodne kolisanie genovych frekvencii trva dlho, moze sa stat, ze niektora alela z populacie vymizne, alebo naopak, nadobudne 100 % - nu pocetnost

-ak mala populacia v priebehu dalsich generacii zvacsi svoj rozsah, nahodne kolisanie genovych frekvencii sa zmensi

-zmenena frekvencia genu sa zafixuje

-tento typ genoveho posunu – efekt zakladatela (founder effect)

Efekt zakladatela (founder effect)

-moze viest k nahromadeniu vzacnych/ zriedkavych alel (patologicke aj nepatologicke znaky) v izolatoch

-napr. niektore populacie – teraz sice rozsiahle, ale vznikli z malych zakladnych celkov

-Porfyria variegata – AD - tazka reakcia na barbituraty, asi 30 000 nositelov genu na juhu Afriky – potomkovia jedineho manzelskeho paru – emigranti z Holandska (17. stor.)

-Tyrozinemia – AR – letalne hepatalne ochorenie v detstve

-Tayova - Sachsova choroba – AR - neurologicke degenerativne ochorenie u zidov vychodoeuropskeho povodu, Severna Amerika

-Hantingtonova chorea  - AD - Australia

-Alkaptonuria – AR – izolovane oblasti – Horehronie, Kysuce

-Fenylketonuria – AR – slovenski romovia

-Kongenitalny glaukom – recesivna forma – slovenski romovia

5. Mutacie

-nahle a trvale zmeny genetickeho materialu (DNA), ktore sa mozu ale nemusia prejavit vo fenotype

-ako prvotny zdroj genetickej variability – podklad selekcie a tym biologickej evolucie

-v prirodzenych podmienkach velmi zriedkave (10-5 – 10-7) – spontanne mutacie, same o sebe nemozu vyvolat zasadne zmeny genovych frekvencii populacie v priebehu generacii

-v evolucnych casovych dimenziach – vyznamny cinitel zmien genovych pocetnosti

-klasifikacia:

-podla typu buniek:

  -somaticke (vznik zhubnych nadorov)

  -gameticke (vznik genetickych ochoreni)

-podla genetickej struktury:

  -genomove (zmena poctu chromozomov)

  -chromozomove (zmena struktury jedneho alebo viacerych chromozomov)

  -genove tzv. bodove (zmena jedneho genu alebo inej sekvencie DNA)

-indukovane – (ionizujuce ziarenie, chemicke latky a ine mutageny)

  -identifikacia – vtedy, ak zapricinuju zmenu fenotypu

-metody analyzy DNA odhalia aj zmeny, ktore sa neprejavia vo fenotype (v nekodujucich sekvenciach)

-rychlost molekulovej evolucie u cloveka - 159 substitucii na nukleotid za rok – v evolucnych dimenziach je tato rychlost znacna

-extrapolacia na cely genom – jedna substitucia nukleotidov kazde dva roky

6. Selekcia

-stav, ked jedinci s rozlicnymi fenotypmi alebo genotypmi maju v priemere nerovnaky pocet potomstva (ich prispevok do dalsej generacie nie je rovnaky – zmeny v genovej vybave populacie

-relativny prispevok jedincov s urcitym genotypom na utvoreni nasledujucej generacie – reprodukcna zdatnost (fitness) tohto getotypu

Reprodukcna zdatnost (fitness) getotypu

-uvazujeme genotypy G1 a G2

-ak na jedneho potomka jedinca s genotypom G1 pripada v priemere 1-s potomka s genotypom G2, je cislo f  = 1-s fitness genotypu G2

-s - koeficient selekcie

-meni sa v zavislosti od prostredia

-znak v jednom prostredi selekcne nevyhodny moze byt za inych podmienok selekcne neutralny, pripadne vyhodny

7. Migracia

-casti istej populacie do inej populacie meni genofond iba tej populacie, do ktorej migracia nastala – stava sa zmiesanou, so zmenenou genovou vybavou, zlozenou z obidvoch povodnych zloziek (europski romovia – zmiesana europsko – indicka populacia, americki cernosi – cernossko – belosska populacia)

-v sucasnosti opat vyznamna, vzhladom na mobilitu do priemyselne a ekonomicky vyspelejsich statov