Genetická diverzita. doc. Ing. Jindřich. ich Čítek, CSc. Genetickou diverzitu chápeme jako různost mezi živými organismy, která je geneticky fixovaná

Genetická diverzita hospodářských zvířat

Genetickou diverzitu chápeme jako různost mezi živými organismy, která je geneticky fixovaná.

doc. Ing. Jindřich Čítek, CSc.

Je nutnou podmínkou života, sama je výsledkem působení přírodní

Země Zemědělská lská fakulta JU Katedra genetiky, šlechtě lechtění a výž výživy zví zvířat

selekce u volně žijících druhů.

Seminář doktorského grantu 523/03/H076 :

Molekulá Molekulární rní data v genetice populací populací a hodnocení hodnocení diverzity ZF JU České Budějovice 25. – 26. 10. 2004

25.10.2004

Molekulární data v genetice populací a hodnocení diverzity

2

Genotyp jedince se nemění, jedinec brzy umírá. Geneticky fixované rozdíly mezi plemeny jsou výsledkem umělé selekce. Populace pokračují, jejich genofond se proměnlivý. V rámci plemene dochází k omezování diverzity a směrování Čím více je genetické variability v populaci, tím lépe

genofondu k určenému cíli.

přežívá a její vývoj je rychlejší. 25.10.2004


3

25.10.2004


4

Význam diverzity

Zdroje genetické variability v populaci • mutace

• umožňuje přežití druhu

• segregace

• objekt pro šlechtění

• rekombinace

25.10.2004


5

25.10.2004

Data o míře polymorfismu poskytují primární údaje, zda


6

Metody hodnocení genetické diverzity

plemeno má tak unikátní genom, aby si zasloužilo záchranu:

• nejčastěji podle stupně

• výskyt vzácných alel

polymorfismu – polymorfismus

• odhad genetických distancí

DNA, biochemický, imunologický,

• jednoduché srovnání plemen z hlediska alelických frekvencí na jednoduchých lokusech

morfologický

• odchylky od teoretického genotypového složení populace v lokusech pro biochemický polymorfismus 25.10.2004


7

25.10.2004


8

Mikrosatelity DNA polymorfismus

• častý výskyt v genomu • vysoký stupeň polymorfismu

• bodový polymorfismus

• využití pro mapování, markery asistovanou selekci, evoluční studie,

• repetitivní sekvence - mikrosatelity

ověřování původu

25.10.2004


9

25.10.2004


10

Vnitropopulační genetickou diverzitu lze hodnotit např. podle • heterozygotnosti Heterozygotnost

• polymorfního informačního obsahu • efektivního počtu alel

je pravděpodobnost, že dvě náhodně zvolené alely z

• pravděpodobnosti genotypové

populace nejsou identické

identity aj.

25.10.2004


11

25.10.2004


12

Heterozygotnost

Heterozygotnost

experimentální

teoretická

n

H = 1− ∑ p i =1

nhi

2 i

H= n

pi frekvence i-té alely, n počet alel 25.10.2004


nhi počet heterozygotů, n rozsah populace 13

25.10.2004

Polymorfní informační obsah PIC

n −1

n

i =1

j =i +1

1 EA = --------ni Σ p2i j=1

pi, pj alelické frekvence Molekulární data v genetice populací a hodnocení diverzity

14

Efektivní počet alel

PIC = H − 2∑ p i2 ∑ p 2j

25.10.2004


pi frekvence alel 15

25.10.2004


16

Pravděpodobnost genotypové identity dvou jedinců vybraných náhodně v populaci (výpočet z alelických frekvencí)

Pravděpodobnost vyloučení nesprávného rodiče, je-li znám genotyp obou rodičů a potomka

n i −1 n i ⎛ ni 4 2 2⎞ ⎜ G1 = ∏ ⎜ ∑ p ij + 4 ∑ ∑ p ij p ik ⎟⎟ j = i k = j +1 i =1 ⎝ j=1 ⎠ r

n

n

n

n

n

n

P = 1 − 2∑ pi +∑ pi + 2∑ pi − 3∑ pi −2(∑ pi ) + 3∑ pi 3

2

i =1

i =1

4

i =1

5

i =1

2 2

i =1

i =1

n

2

∑p

i

3

i =1

pi frekvence alel

25.10.2004


17

Pravděpodobnost vyloučení nesprávného rodiče, je-li genotyp jednoho z rodičů neznámý

n

n

n

i =1

25.10.2004

2 2

i =1


i =1

3


18

Pravděpodobnost vyloučení obou rodičů, je-li znám genotyp potomka a obou rodičů (tj. vyloučení záměny potomka)

n

P = 1 − 4∑ pi +2(∑ pi ) +4∑ pi − 3∑ pi 4 2

25.10.2004

i =1

19

n

n

i=1

i=1

n

n

n

n

n

i=1

i=1

i=1

i=1

P =1+ 4∑pi 4 −4∑pi −3∑pi −8(∑pi 2 )2 +8(∑pi 2 )(∑pi3) + 2(∑pi3)2

25.10.2004

5

i=1

6


20

Celková pravděpodobnost vyloučení pro více lokusů se potom vypočte vždy podle vzorce

Mezipopulační genetická diverzita – Genetické vzdálenosti mezi plemeny

P = 1 − (1 − P1)(1 − P 2).....(1 − P k )

• Nei standard • Cavalli-Sforza

Důležité pro design setů polymorfních lokusů pro ověřování parentity (nyní podle mikrosatelitů, připravuje se přechod k SNP)

• Reynolds, Weyr, Cockerham • a mnoho dalších

25.10.2004


21

25.10.2004


Nei standard: ΣΣ p1mi

Cavalli-Sforza :

p2mi

m i

D = - ln ( --------------------------------------- ) [ΣΣ p2mi2 ]1/2 [ΣΣ p1mi2 ] 1/2 m i


D2 = 4 Σ [1 - Σ p1mi 1/2 p2mi ½ ] / Σ (am- 1) m

i

m

m i

m je suma přes lokusy, i přes alely na m-tém lokusu, p1mi je frekvence i-té alely na m-tém lokusu v populaci 1. 25.10.2004

22

23

m je suma přes lokusy, i přes alely na m-tém lokusu, a je počet alel na m-tém lokusu 25.10.2004


24

Pravděpodobnost identity dvou jedinců náležejících dvěma různým populacím :

Reynolds, Weyr, Cockerham:

Σ Σ [ p1mi 2 D2

=

m i

- p2mi 2

]2

n i −1 n i ⎞ ⎛ ni 2 2 G2 = ∏ ⎜⎜ ∑ a ij b ij + 4∑ ∑ a ij b ij a ik b ik ⎟⎟ j=1 k = j+1 i =1 ⎝ j=1 ⎠ r

-----------------------------------------2 Σ [ 1 - Σ p1mi p2mi ] m

i

r počet lokusů, ni počet alel na i-tém lokusu, aij , aik frekvence j-té a k-té alely na i-tém lokusu v 1. populaci, bij , bik frekvence ve 2. populaci 25.10.2004


25

25.10.2004

Výběr vhodné metody

Rozlišení populací probíhá jako důsledek těchto procesů:

• stejný rozsah vzorku – distance je negativně korelována s velikostí vzorku. Pokud není rozsah stejný, doporučuje se provést bootstrapping.


26

Výběr vhodné metody

• musí být zaručena náhodnost výběru

25.10.2004


1/ náhodný tlak 2/ migrace 3/ mutace 4/ selekce

27

25.10.2004


28

Výběr vhodné metody • Neiova standartní distance - pro nekonečný isoalelický model mutace, tj. všechny lokusy mají stejný podíl neutrálních mutací, genetická variabilita na počátku je v rovnováze mezi mutací a genetickým tlakem a efektivní velikost každé populace zůstává stejná • Cavalli-Sforzova a Reynoldsova distance - neexistence mutací, tj. veškeré změny ve frekvencích alel způsobeny genetickým driftem, nepředpokládají neměnnost početního rozsahu populací a jejich stejnou velikost • DA Neiova distance – vhodná bez ohledu na mutační model 25.10.2004


Fylogenetické stromy v používaném software vychází z biologických modelů. Procesy, které vedou rozlišení druhů a rozlišení plemen v rámci druhu se však liší, získané výsledky proto nesmí být „přeinterpretovány“.

29

25.10.2004


30

Dendrogram Neighbor-Joining, vstupní distance Cavalli-Sforza, všechny lokusy (použit statistický balík Phylip) české strakaté kříženci německá červinka

Příklady dendrogramů

polská červinka česká červinka černostrakaté německé černostrakaté

25.10.2004


31

25.10.2004


32

Dendrogram CONTML, všechny lokusy

Dendrogram Neighbor-Joining, vstupní distance Cavalli-Sforza, proteinové markery

české strakaté

německá červinka polská červinka

něm. červinka pol. červinka

kříženci kříženci

česká červinka česká červinka

české strakaté černostrakaté

černostrakaté

německé černostrakaté

25.10.2004

německé černostrakaté


33

25.10.2004


34

Dendrogram Neighbor-Joining, Nei distance, mikrosatelity, proveden bootstrap (stat. balík Phylip)

Dendrogram CONTML, proteinové markery

německá červinka polská červinka černostrakaté česká červinka kříženci české strakaté německé černostrakaté

25.10.2004


35

25.10.2004


36

Dendrogram Neighbor-Joining, Nei distance, mikrosatelity Nebyl proveden bootstrap, plemeno německá červinka (GerRed) je proto více vzdáleno od polské červinky (PolRed) v důsledku malého rozsahu výběrového souboru.

Příčiny omezování genetické diverzity • nižší užitkovost • obliba chovatelů (módní vlny) • strukturální změny • umělá inseminace - ohrožuje diverzitu i ve velkých populacích

25.10.2004


37

25.10.2004


38

Závěr • diverzita má zásadní význam pro budoucí šlechtění

Důvody pro ochranu genetické diverzity

• důležité je uchování diverzity v komerčních populacích

• uchování genetické diverzity pro budoucí

• uchování malých původních plemen jako rezervoáru původního genofondu

šlechtění • uchování kulturního dědictví

25.10.2004


• analýza genetické diverzity a její využití ve šlechtění slibuje podstatné zrychlení šlechtitelského pokroku 39

25.10.2004


40

Genetická diverzita. doc. Ing. Jindřich. ich Čítek, CSc. Genetickou diverzitu chápeme jako různost mezi živými organismy, která je geneticky fixovaná

Recommend Documents