MOLEKULÁRNÍ TAXONOMIE Zkouška

1. 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 (23. 5. od 9:50) – 4 body Hodnocení: 11-13 bodů – dobře 14 – 17 bodů – velmi dobře 18 a více - výborně

2. Vnitrodruhové vztahy Reifová a Munclinger – Evoluční genetika (ZS)

3. Mikrosatelity

4. 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 minisatelitua unikátní sekvenci v sousedství,pokud chceme zviditelnit jen jeden lokus (obrázek dole).

5. 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).

6. STRUKTURA POPULACÍ • V panmiktické populaci platí Hardy-Weinbergova rovnováha AA Aa aa p2 2pq q2 Pro 3 alely: Pro polyploida:

7. Způsob testování odchylek od H-W rovnováhy • CHI2 test (slabý test, nevhodný pro kombinovaná data z více lokusů) Σ(Fpozorovaná-Fočekávaná)2/Fočekávaná • Smithova H statistika (mnohem lepší)

8. Příklad testování odchylek od H-W rovnováhy AA Aa aa n Pozorováno 40 35 25 100 Frekvence alely A (p) p= [(2 × 40) + 35]/ (2 × 100) = 0,575 Frekvence alely a (q) q = 1 – p = 0,425 AA Aaaan Očekáváno100 × p2100 × 2pq 100 × q2 33,048,9 18,1 100 χ2 = (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

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

10. Genetický tok mezi subpopulacemi

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

12. Genetický tok mezi populacemi

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

14. VAZEBNÁ NEROVNOVÁHA

15. VAZEBNÁ NEROVNOVÁHA Dva SNP lokusy 1: Zjistit frekvenci alel

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

17. Příznaky klonality • Fixovaná heterozygozita • Signifikantní nepřítomnost některých genotypů • Rozšíření identických genotypů • Korelace mezi nezávislými genetickými markery • Vazebná nerovnováha -„Gameticphasedisequilibrium“, „linkagedisequilibrium“

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

19. 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(http://es.rice.edu/projects/Bios321/relatedness.html) ML-Relate (http://www.montana.edu/kalinowski/Software/MLRelate.htm)

20. Příbuznost u pohlavního druhu - r Příbuznost mezi dvěma jedinci (programy): Relatedness(http://es.rice.edu/projects/Bios321/relatedness.html) ∑∑∑Py-P ∑∑∑Px-P P: frekvence alely v populaciPx: 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(http://www.montana.edu/kalinowski/Software/MLRelate.htm) Odhad příbuznosti metodou maximum likelihood r=

21. Příbuznost v rámci SUBpopulace Hexp …Očekávaná frekvence heterozygotů v celkové populaci podle HW Hobs …Pozorovaná frekvence heterozygotů v celkové populaci druhu hexp …Očekávaná frekvence heterozygotů v subpopulaci hobs … Pozorovaná frekvence heterozygotů v subpopulaci N…… Počet jedinců v subpopulaci c…….Počet subpopulací Program Relatedness(Queller a Goodnight 1989) (http://courses.washington.edu/fish543/Software.htm) H

22. Příbuznost mezijedincihaplodiploidního druhu

24. Distance z frekvence alel Rogersova vzdálenost (pro alely 1..i) D= (0,5 Σ(xAi - xBi)2)0,5 Vzdálenost Cavali-Svorza a Edwardse(1967) kde Xua Yujsou frekvence alely u v populacích X a Y. Pro víc lokusů – aritmetický průměr

25. 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

26. 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.

27. MT DNA, KONTROLNÍ OBLAST Kontrolní oblast (D-loop) nejpolymorfnější objast mtDNA HAPLOTYP: polymorfismy na jediné chromatidě, které jsou statisticky sdruženy (kombinace alel ve vazbě).

28. ADAM A EVA Mitochondriální Eva = MRCA pro současnou mt DNA žila zhruba před 200 000 lety ve východní Africe. Adam pro Y chromosom = žil tamtéž před zhruba před 140 000 lety.

29. EVINY „DCERY“

30. EVINY „DCERY“ V EVROPĚ Statistical parsimony network

31. 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

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

33. 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.