Populatsioonigeneetika 2014 (0)

Nädal 1
1. Mis tüüpi küsimustele populatsioonigeneetika vastust otsib. Kirjelda üldiselt põhilist töövõtet. Too näiteid erinevatest populatsioonigeneetika mudelitest. Mis on mudeli parameeter ja tema hinnang? Mis tegurid võivad viimast mõjutada. ( Sille )
Populatsioonigeneetika uurib populatsioonide varieeruvuse muutumist ajas: selgitab, kuidas praegune varieeruvus tekkinud on, ja ennustab seda, milliseks varieeruvus tulevikus saab. Uurib erinevaid tegureid, mis varieeruvust mõjutavad (nagu loodusliku valiku toimumine, geneetiline triiv , mutatsioonid , geenisiire , Mendeli pärilikkuse seadused, paarumismustrid, populatsioonide struktureeritus). Varieeruvus kui alleeli/genotüüpide/haplotüüpide sageduse muutumine. Põhilise töövõttena luuakse mudel (kasutades teatud eelduseid ja teadmisi vastavat protsessi mõjutavate tegurite kohta) ning selle tulemusi võrreldakse reaalsete populatsioonide vaatlemisel saadud tulemustega. Kui need langevad kokku, võib öelda, et mudel vastab antud populatsioonis toimunud protsessile. Samuti saab kasutada simnulatsioone, et uurida alleelisageduste muutuste dünaamikat pika aja jooksul. Parameeter on mudeli võrrandis olev muutuja või konstant, mis esindab mingit populatsiooni tunnust, see ei arvesta mõõtmisvigu, nt alleelisagedus. Parameetri hinnang on reaalne arv, mille leiame populatsiooni vaatlemisel või arvutame statistika abil andmetest välja – see on lähend tõelisele parameetri suurusele, seda tähistatakse väikese katusega parameetri kohal ( ̂ ). Hinnangud on alati ligikaudsed ning neid mõjutab varieeruvus. Mida suurem (juhuslik) valim , seda väiksem on valimiveast tekkiv varieeruvus parameetri hinnangu puhul. Esineda võib ka nihe ( bias ) ehk süstemaatiline viga. Mudelid: nt kuidas muutub alleelisagedus populatsioonis, kui on teada populatsiooni suurus ja toimib ainult triiv; Hardy - Weinbergi tasakaalu mudel; Wright- Fisheri ideaalpopulatsiooni mudel.
2. Millised olid (on) neli murrangulist faasi populatsioonigeneetika arengus. Kuidas olid omavahel seotud neil perioodidel kasutada olnud andmed ja avastused. (Sille)
1) Kuni 1960: Kasutati fenotüübilisi andmeid (tigude mustrid , lilleõite värv), mis käitusid Mendeli I seaduse järgi ja kasutati neid alleelide andmetena. Modernses evolutsioonilises sünteesis ühendati Mendeli seadused ja biomeetrikute saadud pidevad andmed looduslike populatsioonide kohta. Kadus vastuolu kahe koolkonna vahel.
2) 1960-1980: Molekulaarsete andmete kogumise andmed, nt valkude elektroforeesilt. Avastati, et mutatsioone on rohkem, kui arvati, ja tekkis Neutraalne molekulaarse evolutsiooni teooria (NMET) ja Peaaegu neutraalne molekulaarse evolutsiooni teooria (PNMET). Samuti molekulaarse kella teooria.
3) Alates 1980: Andmed DNA-s leiduvate mutatsioonide kohta (PCR, Sangeri sekveneerimine, restriktsioonanalüüs, mikrosatelliitide analüüs). Kasutati palju mtDNA ja Y kromosoomi andmeid. Tulemusena sündis koalestsentsiteooria ja kirjeldati suhteliselt täpselt paljude looduslike populatsioonide demograafiline ajalugu, sh inimese puhul. (Meetoditena feneetika: erinevuste uurimine, fülogeneetika: erinevuste tekkimise uurimine.)
4) Alates 2000: Uued sekveneerimistehnikad on võimaldanud saada rohkem genoomseid andmeid, ka genotüpiseerimiskiipide kasutuselevõtt. Populatsioonigeneetika plahvatuslik areng – praegu on andmeid rohkem, kui teadlased neid analüüsida jõuavad.
3. Hardy Weinbergi tasakaaluvõrrandi ajalooline kontekst ja tähtsus.
Hardy Weinbergi seadus põrmustas väite, et mendellik pärilikkusemehhanism garanteerib, et alleelisagedused jäävad konstantseks läbi põlvkondade ja seega geneetiline varieeruvus ei kao populatsioonist sugugi kiiresti. Kui on täidetud kõik Hardy Weinbergi seaduse eeldused, siis säilib geneetiline varieeruvus lõpmatult. Nii aitas Hardy Weinberg -i seadus aktsepteerida looduslikku valikut kui usutavat seletust evolutsioonilistele muutustele mendelliku pärilikkuse korral. ME.
4. Lahka eeldusi , millele peab populatsioon vastama, et me saaks loota , et sealsed genotüübisagedused on Hardy Weinbergi tasakaaluasendis. Mis suunas oleks genotüübisagedused HW tasakaalust erinevad iga eelduse olulise rikkumise korral eraldi.
Hardy Weinbergi tasakaalu eelduseks on, et organismid on diplodsed, paljunemine on suguline, generatsioonid ei ole kattuvad, toimub vaba ristumine , populatsioon on lõpmata suu, sugude vahel eil ole alleelisageduste erinevusi, ei ole migratsiooni , ei ole mutatsioone (a->A), ei ole looduslikku valikut. ME.
Eeldused: (Sille)
• Organismid on diploidsed: kui on haploidsed, siis annab eellane täpselt oma genotüübi edasi ja nende sagedus sõltub sellest, kui palju indiviidid sigivad .
• Paljunemine on suguline: kui pole suguline paljunemine, siis kandub genotüüp vanemalt järglasele otse edasi ja selle sagedus sõltub, kui palju teatud indiviidid sigivad.
• Generatsioonid ei ole kattuvad: kui kattuvad, võivad ka vanemad järglastega lapsi saada ja mudel tuleks keerulisem.
• Toimub vaba ristumine: kui seda ei ole, on näiteks assortatiivne ristumine, siis suureneb homosügootsete genotüüpide hulk.
• Populatsioon on lõpmata suur: kui on piisavalt väike, et hakkaks mõju avaldama geneetiline triiv, siis võivad genotüüpide sagedused lihtsalt juhuslikult muutudaa, sest alleelide sagedused muutuvad juhuse tõttu.
• Sugude vahel ei ole alleelisageduste erinevusi: kuna ühel sool võib olla sigimisel eelis, siis võib alleelisagedus muutuda ja seega ka genotüübisagedus .
• Ei ole migratsiooni: kui on, siis võib vabalt genotüüpide sagedus juhuslikult muutuda ja populatsioon ei jõua H-W tasakaalu, kui migratsioon toimub pidevalt (nii sisse- kui väljavool ).
• Ei ole mutatsioone: mutatsioonide tõttu võib alleelisagedus muutuda ja seega ka genotüüpide sagedus.
• Ei ole looduslikku valikut: kui on, siis võib nt heterosügootsus olla eelistatud ( sirprakuline aneemia , dominantseid homosügoote vähem, aga dominantsus ära ei kao ka.)
5. Kirjelda Hardy Weinbergi tasakaaluvõrrandi peamiseid kasutusalasid tänapäeval. Milline on üldine empiiriline tähelepanek, mis lubab HW-d kasutada suurte populatsioonide (nagu inimene) struktuuri uurimisel ? Mis võiks selle põhjus olla? (Sille)
Tohutute andmehulkade juures mida täna produtseeritakse on HWE üks kvaliteedi kontrolli etappe. Kui ikka mingi lookus on 99% heterosügootne, siis on ilmselt tegemist genotüpiseerimise/sekveneerimise veaga. (700 täisgenoomi andmetes: 40 miljonit varieeruvat saiti ja 14 000 neist viskasime HWE testiga välja). Assotsiatsiooni analüüsides, kui küsitakse, kas mõni geneetiline tunnus korreleerub mõne (haiguse) fenotüübiga, on mudeli eelduses HWE (vähemalt kontrollide osas). Haplotüüpide leidmisel kasutatakse EM algoritmi , mis eeldab, et haplotüüp on HWEs. Kohtumeditsiin (DNA profileerimine). Paljudes populatsiooni geneetika meetodites mudeli osana – näiteks STRUCTURE ja sarnased. Ja looduskaitsegeneetikas.
H-W tasakaalu võib kasutada, hoolimata sellest, et kõik eeldused kindlasti pole täidetud (nt populatsioon on lõpliku suurusega, inimestel 7 miljardit; kindlasti toimuvad mutatsioondie teke ja migratsioon inimpopulatsioonide vahel), sest erinevad eeldused, mis puuduvad, mingis mõttes nagu tasakaalustavad teineteist. Seetõttu tundub andmete järgi populatsioon H-W tasakaalus olevat. (Inimeste puhul võib öelda, et mutatsioonide mõju on VÄGA väike ja samuti enamikule lookustele ei mõju ka looduslik valik).
6. Mis on DNA profileerimine, kuidas see käib ja millised on raskuskohad/probleemid?
DNA profileerimisel võrreldakse kuriteopaigalt leitud ja kahtlusaluse (või otsitakse andmebaasist) käest võetud DNA profiili. DNA profiil on mitme lookuse genotüüpide jada/muster või lihtsalt genotüüp.
Kui profiilid on identsed, siis mis on tõenäosus, et selle põhjuseks on juhus?
Arvutame, mis on selle profiili esinemissagedus populatsioonis. Selleks kasutame HW tasakaalu eeldust ja arvutame meile eelnevalt teada olevate alleelisageduste alusel DNA profiili genotüüpide sagedused. Tuletades meelde Mendeli sõltumatu lahknemise seadust saame DNA profiili ennustatava sageduse meie populatsioonis leitud genotüüpide sageduste korrutisena. Kui see on imepisike – näiteks, et võiks esineda 1/50 miljardist, siis võime olla üsna kindlad, et kahtlusalune viibis sündmuskohal. Vaja on kasutada paljude alleelidega lookusi ja palju lookusi. Lisaks on vaja teada ka populatsiooni üldist alleelset jaotust.
DNA profileerimise probleemideks on, kas on olemas piisav info alleelisagedustest populatsioonis (parameeter – hinnang), segunenud populatsioonid. Lisaks on probleem, kui kahtlusalune on geneetiline segu erinevatest populatsioonidest. ME.
Nädal 2
1. Arutle , mis on peamine juhusliku geneetilise triivi põhjus (põhjused)? Milline on triivi peamine (peamised) mõju (mõjud) populatsioonile? [ Katre ]
Juhuslikku geneetilist triivi põhjustavad eelkõige muutused väikestes populatsioonides, näiteks pudelikaelaefekt ( drastiline populatsiooni vähenemine) või asutajaefekt (populatsioon saab alguse väga vähesest arvust indiviididest). Geneetiline triiv viib alleelide või genotüüpide fikseerumiseni või kadumiseni populatsioonis. Triiv suurendab inbriidingu koefitsenti ja teatud alleelide eemaldamisel populatsiooni homosügootsust. Alleelisageduste kõikumine on suurim just väikestes populatsioonides. Sellistel juhtudel on oht, et haruldased alleelid lähevad populatsioonist kaduma ja geneetiline mitmekesisus väheneb. Triiv võib põhjustada ka uute populatsioonide teket, mis on oma algsest geneetilisest populatsioonist hoopis erinevad. See on viinud hüpoteesini, et geneetiline triiv mängib olulist rolli uute liikide evolutsioneerumisel.
2. Milline on põhiline juhusliku geneetilise triivi mudel? Millised on eeldused, mille korral see mudel kehtib? [Katre]
Wright-Fisheri või Fisher -Wrighti mudel. Siin toimub triiv ideaalses populatsioonis ehk Wright-Fisheri populatsioonis. N diploidset indiviidi, kellel on kokku 2N geeni moodustavad väga suure hulga gameete, mille hulgast valitakse 2N ja kombineeritakse need sügootideks ning järgmiseks põlvkonnaks. Sugusid ei eristata, iseviljastumine on lubatud sama tõenäosusega, mis viljastumine teise indiviidiga, 1/N. Kõik isendid panustavad järgmisesse põlvkonda gameete sama suure tõenäosusega. Praegu ei huvita meid sügoodid/genotüübid, vaid ainult alleelisageduste muutus juhuse läbi.
Eeldused:
• Populatsiooni suurus on lõplik, selles on 2N geeni.
• Ei arvesta ploidsust (eeldab haploidsust). Diploidse pop. puhul võetakse N(geen)=2N(indiv)
• Alleeli sattumise tõenäosus järgmisse põlvkonda sõltub ainult tema sagedusest vanempopulatsioonis, s.t. et looduslik valik puudub
• Ei mõju ükski teine evolutsioonitegur peale juhusliku gen.triivi
• Põlvkonnad ei kattu – kõik isendid sigivad korraga ja ainult üks kord
•NB! Hardy-Weinberg: Populatsioon on lõpmata suur ja diploidne
Geenitriivi modelleeritakse W-F mudelis binoomjaotusega.
3. Miks on juhuslik geneetiline triiv väiksemas populatsioonis suurema „jõuga“? Mis juhtub alleelisagedustega läbi põlvkondade (üldprintsiip)? Millist tõenäosusjaotust saab kasutada alleelisageduste muutuse tõenäosuse arvutamiseks ühe põlvkonnavahetuse jooksul?
Geenitriiv on alleelide sageduse juhuslik muutumine põlvkondades. Alleel segregeerub populatsioonis seni kuni fikseerub või läheb kaduma. Efekt on seda suurem, mida väiksem populatsioon. Väikeses populatsioonis panustab iga alleel rohkem alleelisagedusse, seega ka iga juhuslik muutus on suurema osatähtsusega ja mõjutab alleelisagedust rohkem kui suures populatsioonis.
Geenitriivi tulemus pole ennustatav täpselt, vaid ainult tõenäosuslikult. Seda saab teha statistilise binoomjaotuse (“mündiviskejaotus”) mudeli abil. Binoomjaotus ehk nn mündiviskejaotus: kaks alleeli oleksid nagu „kull“ ja „kiri“ ja münti visatakse 2N korda. Tõenäosus, et järgmisse põlvkonda valitakse A alleeli i korda, kui selle sagedus eelmises põlvkonnas oli p, on
[JB]
4. (A) Millised on geenitriivi ja populatsiooni suuruse vahelised seosed? (B) Kas (kuidas) alleeli sagedus mõjutab selle fikseerumise tõenäosust triivi tõttu?
A). Geenitriivi mõju on suurem väikestes populatsioonides – s.t. alleelisagedused muutuvad kiiremini. Populatsiooni suurus ei mõjuta alleeli fikseerumise ja kadumamineku tõenäosust vaid ainult protsesse toimumise kiirust.
B). Triivi mõju on suurim sama suurte alleelisageduste korral (p=0,5), sest siis on triivist tulenev alleelisageduste muutumine juhuslik. Kui alleeli algsagedus p0 pole 0,5, siis pole fikseerumise ja kadumamineku tõenäosused enam võrdsed ehk triivi mõju on vähenenud ja alleelisageduste juhuslik muutlikus on vähenenud. Väiksem alleeli sagedus suurendab kadumamineku ja suurem sagedus fikseerumise tõenäosust. ME.
5. Kuidas mõjutab (kasvatab või kahandab) juhuslik geenitriiv geneetilist diversiteeti populatsioonide sees ja vahel? [Katre]
Mida väiksem geneetiline diversiteet (st väga erinevad alleelisagedused), seda väiksem on triivi mõju. Triiv aga on juhuslikud muutused alleelisagedustes põlvkonnast põlvkonda, mis on tingitud populatsiooni suuruse lõplikusest. Geneetilise triivi tagajärjel võib osa alleele (geenivariante) kaduda, niiet geneetiline mitmekesisus väheneb. Geenitriivi mõju on seda suurem, mida väiksem on populatsioon.
6. Seleta mõistet molekulaarne kell. Kui konstantne üldiselt selle kiirus on eri organismide vahel ja millest see sõltub?
Molekulaarne kell on molekulaarse evolutsiooni konstantsus. Tegelikkuses eri liikide vahel päris konstantne ei pruugi olla. Sõltub näiteks paljunemisviisist (suguline või mitte-suguline). ME.
Kell ei ole piisavalt konstantne - piisab kui populatsioonisuurused ajas muutuvad, et kell ka kaasa jõnksuks. Sama loogika: kui populatsiooni suurus langeb muutub üha suurem osa kergelt kahjulikke mutatsioone neutraalseks ja võivad fikseeruda mistõttu evol. kiirus tõuseb. [Katre]
7. Millest on tingitud molekulaarse kella põlvkonnaefekt? Milline on ligikaudne mutatsioonikiirus inimesel 1 põlvkonna kohta? [Katre]
Põlvkonnapikkus mõjutab kella tiksumist. Kellal on põlvkonnaefekt. Oluline on mitooside hulk gameedist gameedini ja neid on pikema põlvkonna pikkusega liikidel küll rohkem aga see ei kompenseeri põlvkonna pikkuse vahet.
Põlvkonnaefekti suurem mõju sünonüümsele kui mittesünonüümsele kellale:
Pika generatsiooniajaga liikidel:
a) kopeeritakse DNAd aasta kohta vähem, kuid
b) nende liikide üldiselt väiksemad populatsiooni suurused panevad piisavalt kergelt kahjulikud mutatsioonid käituma kui neutraalsed.
Seega „a” aeglustab ja „b” kiirendab mittesünonüümset kella.
Inimesel 1,2x108 mutatsiooni aluspaari kohta põlvkonnas (Kong et al., 2012; arvestab , et isalt rohkem mutatsioone kui emalt).
8. Millised on erinevad mutatsioonikiiruse määramise viisid? Millised võivad olla mutatsioonikiiruse ühikud? Katre
Mutatsioonikiirusi saab tänapäeval määrata genoomi sekveneerimist kasutades; molekulaarse kella abil sündmusi detekteerides; fülogeneesipuu põhjal hinnates; sugupuid uurides.
Mutatsioonikiirus näitab, kui sageli uus mutatsioon tekib ühe DNA koopia kohta. Mutatsioonide absoluutarv populatsioonis sõltub pop. suurusest .
Mutatsioonikiiruse ühikuks on mut/bp/gen ehk mutatsiooni aluspaari kohta põlvkonnas.
9. Milline on erineva kohastumusliku mõjuga mutatsioonide sageduste põhimõtteline jaotus kohastumusliku mõju skaalal letaalne-kahjulik-neutraalne-kasulik? Millise mõjuga mutatsioone on enim ja kuidas seda lühidalt seletada?Marili
Mutatsioonide mõju kohasusele (väljendub järglaste arvus) on raske mõõta, sest:
• mutatsioonid on haruldased,
• enamasti on nende mõju väike ja see on alati sõltuv keskkonnast (sh geneetilisest), kus seda mõõdetakse
Kas uus mutatsioon fikseerub, läheb kaotsi või jääb tasakaalu-sagedusele?
Mutatsioonikiirus näitab, kui sageli uus mutatsioon tekib ühe DNA koopia kohta. Mutatsioonide absoluutarv populatsioonis sõltub pop. suurusest.
Uus mutantne alleel võib lihtsamini kaotsi minna kui tavaliseks muutuda. Muidugi pole ka fikseerumine välistatud.
•Mutantnse alleeli sageduse muutus, kui muteerumine on ainus evolutsioonitegur
•Mutatsiooni kaotsiminek triivi tõttu lõpliku suurusega populatsioonis
•Mutatsiooni kaotsiminek mendellikus segregatsioonis
•Mutatsiooni kaotsiminek loodusliku valiku tõttu (enamik mutatsioone on kahjulikud)
10. Kuidas leida kaht sekventsi eristavate mutatsioonide keskmist oodatavat arvu, kui mutatsioonikiirus ja lahknemise aeg on teada? Kuidas arvutada järjestuste lahknemise aega?Marili
Kaht sekventsi eristavate mutatsioonide keskmine oodatav arv on
d = 2µt
kus t on on lahknemise aeg (kas aastates või generatsioonides).
Kordaja 2 on vajalik, sest lahknemisest peale on mutatsioonid kogunenud mõlemasse sekventsi (liiki/populatsiooni).
Kui on teada mutatsioonikiirus µ ja lahknemise aeg, saame arvutada ja leida eristavate mutatsioonide keskmise oodatava arvu:
d = 2µt
Kui on teada mutatsioonikiirus µ ja sekventse eristav mutatsioonide arv dAB, siis saame arvutada lahknemise aja tAB:
tAB = 2µ/dAB
Nädal 3
1. Selgita mõisteid genealoogia , geeniliin, viimane ühine esivanem. Kuidas mõjutab rekombinatsioon sama organismi eri lookuste genealoogiaid? Natalja
Genealoogia - perekonna või geneetilise lookuse põlvenemissuhete kirjeldus. Geeniliin - homoloogsete DNA lõikude ehk lookuste põlvenemisliin. Viimane ühine ellane MRCA - noorim kõigi kaasaegse valimi liinide ehk geenikoopiate ühine eellane minevikus. Rekombinatsiooni korral on igal lookusel oma genealoogia (geenipuude konfliktid)
2. Kirjelda liinide sorteerumist populatsioonides geenitriivi tagajärjel! Kas koalestsentsiteooria modelleerib kõigi populatsiooni geeniliinide põlvnemist? Mis ajalises suunas mudel töötab? Natalja
Selle geeni viimane ühine eellane asus indiviidis, kes pärandas vähemalt kaks koopiat sellest geenist ja nende järeltulijad on tänaseni säilinud. Geenitriivi tagajärjel osad liinid jäävad, teised kaovad.Lõpuks jääb alles ainult 1 liin, teised kaovad. Liinide sorteerumise tulemusel muutuvad alampopulatsioonid üksteisest erinevaks. Ei; töötab minevikust kuni viimase õhise eellase leidmiseni.
3. Selgita kahe liini koalestseerumist ja oodatavat koalestsentsiaega sõltuvalt populatsiooni efektiivsest suurusest! Natalja
Selleks, et selgitada kahe liini koalestseerumist, tuleb teha koalestseerumise mudel, millega saab ennustada koalestsentsi aegu ja seda, kui varieeruvad nad on. Selleks, et teada oodatavat aega koalestseerumiseni, on vaja teada koalestseerumiste sagedust, mis on üksüheses vastavuses geenitriivi kiirusega ehk populatsiooni efektiivse suurusega. W-F populatsioonis on see N=Ne. Sageduse ja ooteaja vahel esineb pöördvõrdeline seos – kui sagedus on 1/10-le, siis ooteaeg on 10 aastat. Koalestsentside sagedus= tõenäosus, et kahel geenil on eelmises põlvkonnas ühine eellane. Kuna koalestsentsi tõenäosus igas põlvkonnas on 1/2N, siis keskmiselt tuleb oodata 2N põlvkonda kuni kaks liini koalestseeruvad. Valem: P=1/2Ne
4. Kuidas arvutada keskmist oodatavat TMRCA ehk puu sügavust, kasutades suhtelist aega populatsioonisuuruse suhtes? Miks on genealoogiliste puude kõrgusel suur hajuvus ? Natalja
Sellepärast, et viimane koalestsentsiaeg on pikk ja jaotuvus on ebasümeetriline. Lisaks on usaldusintervall 95%, mis annab Ne-le väga laiad piirid, mis muudabki genealoogilise puu hästi hajusaks.
5. Kirjelda liinide koalestseerumist populatsiooni kasvamise /kahanemise korral! Kuidas see mõjutab genealoogia puu kuju? Natalja
Keskmine aeg, mis kulub esimese koalestsentsini k liini puhul, on 2N/((k(k-1)/2). Populatsiooni suurenedes see aeg suureneb, seega koalestseerumise kiirus väheneb võrdeliselt populatsiooni suurenemisega.
Näiteks kahe liini puhul, kui 2N=10, siis aega koalestsentsini kulub 10/(2*1/2)=10 põlvkonda. Kui 2N=20, kulub aega 20 põlvkonda ehk 2 korda suurema populatsiooni korral on koalestseerumise kiirus 2 korda aeglasem.
Kui populatsioon kasvab, siis ajas tagasi vaadates ta hoopis kahaneb. Väiksemas populatsioonis on koalestseerumised sagedamad kui suures. Seega mida rohkem ajas tagasi minna, seda sagedasemini toimuvad koalestseerumised võrreldes konstantse populatsiooniga. Populatsiooni kahanemisega on siis vastupidi. Kahanemine peab olema drastiline, et see erineks püsiva suurusega populatsioonist, sest enamus koalestsentse toimub niikuinii tänapäevale lähemal, siis kui vaadeldavate liinide hulk on veel suur.
6. Mis on lõputute saitide mudel ja milleks seda vaja on? Kas saame alati eeldada selle kehtimist? Natalja
Iga geen on tehtud saitide järjestusest ja igal korral kui mutatsioon toimub, ta mõjutab saitile, mis eelnevalt oli mõjutamata.
7. Selgita populatsiooni diversiteediparameetrit Θ ( teeta ) ja seda defineerivat valemit! Mis on lihtsaim viis teeta väärtuse hindamiseks DNA järjestuste alusel?
Teeta on kahe järjestuse vaheline keskmine erinevus. Kuna keskmiselt elas kahe geeni ühine eelasgeen 2Ne põlvkonda tagasi, siis järelikult lahutab kahte geeni 2 korda 2Ne põlvkonda ehk 4Ne põlvkonda. Kui teame mutatsioonide tekkesagedust ühes põlvkonnas, siis saame arvutada välja teeta ehk kahe järjestuse vahelist keskmist erinevust θ=4Neμ.
8. Selgita lühidalt, mis on “skyline” mudel populatsiooni efektiivse suuruse hindamiseks.
Ne= uk(k-1)/2. Ne pop.suurus ajal; u aja pikkus; k liinide arv. Lävendist lühemad intervallid liidetakse naabriga.
9. Mis on populatsiooni efektiivne suurus Ne? Nimeta mõned Ne alaliigid.
Ne on indiviidide arv Wright-Fisheri ideaalpopulatsioonis, millel puhul on geenitriiv sama kiirusega, kui vaadeldavas reaalses populatsioonis.
10. Miks enamasti populatsiooni efektiivne suurus ei ole võrdne reaalse indiviidide arvuga (tsensuse suurusega)?
•Kui populatsioonis alleelisagedused triivivad aeglaselt, siis evolutsioneerub see populatsioon nagu oleks ta suur – rohkem geenivariante, väiksem roll juhusel.
•Kui muutused triivi mõjul toimuvad kiiresti, siis populatsiooni tegelik suurus evolutsiooniliselt ei loe ja geneetiliselt käitub ta nagu pisike populatsioon – rohkem juhuslikke alleelikaotusi, väiksem varieeruvus.
•Ne erineb tegelikust N-st siis, kui mudelpopulatsiooni eeldused pole täidetud: sugude suhe pole 1:1, järglaste arv varieerub pop-s rohkem (või vähem) kui mudelpop-s.
11. Kuidas sõltub koalestsentsi efektiivne populatsiooni suurus Ne DNA järjestuste andmetest, kui on teada mutatsioonikiirus?
DNA järjestuste alusel saame rekonstrueerida nii genealoogiat kui populatsiooni suurust.Ne =Teta/4mikro
12. Kuidas sõltub (inbriidingu) efektiivne populatsiooni suurus Ne isaste ja emaste arvudest populatsioonis (valemid pole kohustuslikud)?
Põhjustab languse Ne-s, sest ühe soo puhul valitakse gameete väiksema hulga indiviidide seast.
13. Kuidas sõltub (jäglaste arvu) hajuvuse efektiivne populatsiooni suurus Ne perekonna suuruse jaotusest populatsioonis (valemid pole kohustuslikud)?
Järsk pop suuruse kahanemine omab ebaproportsionaalset mõju geenitriivile ja seetõttu on Ne sel juhul leitav pop suuruse harmoonilise keskmisena.
Nädal 4.
1. Kuidas hinnatakse ja interpreteeritakse geenidiversiteeti?
Geenidiversiteediks nimetatakse ennustatavat heterosügootsust. Interpreteeritav kui tõenäosus, et kaks suvaliselt valitud geenikoopiat esindavad eri alleele. Kasutatav ka haploidsete organismide puhul, nagu näiteks E. coli. ME.
2. Missugused on mittejuhusliku ristumise põhitüübid, milles need väljenduvad?
Positiivne assortatiivne ristumine, kus partnerid eelistavad teineteist.
Negatiivne assortatiivne ristumine, kus partnerid eelistavad endast erineva fenotüübiga ja seega ka genotüübiga indiviide. ME.
3. Kuidas muudab positiivne assortatiivne ristumine alleelisagedusi?
Kui ristuvad (lähedalt) suguluses olevad indiviidid, siis on tegu veresugulaste ristumisega ehk biparentaalse inbriidinguga.
See suurendab tõenäosust, et järglaskond on homosügootsem, kui juhusliku ristumise puhul.
Sest sugulased on juba definitsiooni kohaselt suurema tõenäosusega kandmas samalt vanemalt pärit alleeli.
Selle tõttu on lähisugulaste vahel ristumine üks assortatiivse ristumise erijuhte.
4. Mida näitab fikseerumisindeks F? Mida näitavad indeksi positiivsed ja negatiivsed väärtused?
F võrdleb, kui palju on tegelikus populatsioonis heterosügootsust võrreldes eeldatava heterosügootsuse hulgaga juhusliku ristumise puhul. Negatiivsed väärtused näitavad, et heterosüüte on ülehulgas. Positiivsed väärtused näitavad, et homosügoote on rohkem. ME.
5. Mida tähendab populatsiooni struktureeritus, mis seda võib üldiselt põhjustada? ( Carolin )
Genotüübisagedused on HW tasakaalus siis, kui populatsioon on vabalt ristuv ehk panmiktiline. Tegelikult ei ole tõenäosused suurtes populatsioonides vabalt ristuda alati ühetaolised. Üheks oluliseks põhjuseks on asukoht: tõenäosus, et kaks indiviidi ristuvad, on sageli seotud nende asukohaga populatsioonis.
Populatsiooni struktuur on ristumistõenäosuste heterogeensus populatsioonis. Populatsiooni struktureeritust põhjustab piiratud geenisiire, mis viib alleelisageduste heterogeensuseni populatsioonis.
Kahe alampopulatsiooni vahel toimub siiski geenisiire (gene flow) ehk geneetiline segunemine , kuigi piiratult. Igasugune migratsioon ei ole veel geenisiire. Geenisiirde puhul peab migreerunud isend kontributeerima oma geene järglaskonda.
Populatsioonis, mis on mõjutatud kaugusest sõltuva isolatsiooniga, areneb välja genotüüpide ruumiline grupeerumine ja seega ka alleelisagedused grupeeruvad ruumiliselt kokku. Lokaalsetes piirkondades hakkab üks või teine alleelisagedus lähenema fikseerumisele. Homosügootsuse aste sellisel juhul tõuseb.
6. Mis on populatsiooni struktureerituse kasulikud ning ka kahjulikud küljed evolutsioonis?
Alampopulatsioonide alleelide sageduste erinevus põhjustab heterosügootsuse vähenemise struktuuri igal tasemel. Struktureeritus võib olla nii kasulik kui kahjulik – isoleeritus takistab uudsete ja kasulike/kahjulike alleelide kiiret levikut, aga samas geneetiline isolatsioon võimaldab kujuneda välja sõltumatud alleelisagedused, mis on tarvilikud lokaalsete valikutingimustega toimetulekuks.
[JB]
7. Osata arvutada ja interpreteerida fikseerumisindekseid Fis, Fst, Fit diploidse organismi ühel kahealleelsel lookusel kahe või kolme populatsiooni vahel.
FIS on iga alampopulatsiooni sisese heterosügootsuse keskmine erinevus vaadeldud ja HW eeldatava heterosügootsuse vahel, mis tuleneb mittejuhuslikust ristumisest. Suhteline erinevus indiviidide ja alampopulatsioonide vahel. Alampopulatsioonis võib avaldada mõju LV, triiv, inbreeding, mistõttu heterosügootsus võib olla nii negatiivne kui positiivne, seega -1≤FIS≤1. Kui FIS>0, siis on alampopulatsioonides heterosügootide defitsiit.
FST on alampopulatsioonides alleelisageduste divergeerumise tõttu toimuv heterosügootsuse vähenemine. See on erinevus (suhe) alampopulatsioonide keskmistatud heterosügootsuse ja tervikpopultatsiooni eeldatava heterosügootsuse vahel. Väärtus lõigus [0,1], kuna struktuur tähendab alati heterosügootsuse puudujääki. Kui FST>0, siis on kahel alampopulatsioonil keskmiselt vähem heterosügootsust, kui kogu populatsioon oleks panmiktiline.
FIT on ühest alampopulatsioonist juhuslikult valitud genotüübi kahe alleeli oleku korrelatsioon, arvestades mittejuhusliku ristumise võimalust populatsiooni siseselt ja alleelide sageduste erinevust alampopulatsioonide vahel; ehk kogupopulatsiooni ja keskmistatud alampopulatsioonide vahe (HI) suhe kogupopulatsiooni HT. Kui FIT>0, siis on homosügootsust nii palju % võrra rohkem, kui võiks eeldada panmiktilisest tervikpopulatsioonist samade alleelisageduste juures.
[JB]
8. Seletada, mida kujutavad endast heterosügootsusindeksid (HI, HS ja HT).
HI on keskmine vaadeldud heterosügootsus iga alampopulatsiooni sees.
HS on keskmine alampopulatsioonide eeldatav heterosügootsus eeldades panmiksiat iga alampopulatsiooni sees (siin leitaske eeldatav 2pq iga alampopulatsiooni jaoks ja siis keskmistatakse).
HT on kogu populatsiooni eeldatav heterosügootsus eeldades panmiksiat iga alampopulatsiooni sees ja et alampopulatsioonide vahel poleks alleelisagedustest kõrvalekaldeid. ME.
9. Osata seletada, mida tähendavad Fst väärtused null ja üks. Tuua näide.
Fst väärtused varieeruvad nullist üheni.
Fst=0, tähendab panmiksiat - kahe populatsiooni vahel toimub juhuslik ristumine, vaba ristumine. Igas alampopulatsioonis on sama palju heterosügoote kui teises ehk kõikides alampopulatsioonides on samad alleelisagedused.
Fst=1, tähendab, et kaks populatsiooni ei ristu ja populatsiooni geneetiline varieeruvus seletatakse ära populatsiooni struktuuriga. Alampopulatsioonid on nii eristunud, et puuduvad segregeeruvad alleelid alampopulatsioonide vahel.
10. Osata seletada Wahlundi efekti mõistet.
Wahlundi efekt viitab suure populatsiooni heterosügootsuse vähenemisele tema subpopulatsioonide struktuuri tõttu. Kui kahel või enamal subpopulatsioonil on erinevad alleelisagedused, siis üleüldine populatsiooni heterosügootsus väheneb. Suurenenud homosügootsuse sagedust subpopulatsioonides nimetataksegi Wahlundi efektiks.
11. Mida tähendab termin „isolate breaking“? Kuidas see väljendub alleeli ja fenotüübisageduste muutustes?
Isolate breaking – heterosügootide hulga tõus, kus ühinevad reaalselt kaks isolatsioonis olnud populatsiooni.
Homosügootide osakaal väheneb rohkem, kui lihtsalt aritmeetiliselt keskmist võttes.
Kui eraldi elavad alampop , siis neil on alleeli sagedused, siis kuidas on alleeli sagedused kokku liitunud järgmises populatsioonis.
Alleeli a sagedus ühinenud populatsioonid = (1+0)/2 =0,5 , A sagedus ühinenud populatsioonis (1+0)/2=0,5.
NB! Siin eeldatakse, et arvutamise lihtsustamiseks on populatsioonid võrdse suurusega.
Genotüüpide sagedused uues moodustunud populatsioonis: AA on ¼, Aa ½, aa ¼
Homosügootsus tekkinud pop-s: G=¼+¼=½ vs varasem 1 mõlemas alampop-s.
Genotüübi aa sagedus enne ühinemist ja vaba ristumist (keskmine kahe eraldioleva populatsiooni peale (1+0)/2=½)
Nüüd ¼ peale vaba ristumist ühinenud populatsioonis. 2x langenud.
12. Mis on põhilised eeldused mudelis „manner-saar“ (migratsioon, teised evolutsioonitegurid)?
Eeldused:

• on üks suur populatsioon (continent population), kus alleelisagedused püsivad enam-vähem muutumatuna lühikese perioodi vältel
  
• on väiksem populatsioon ( island population), mis saab suurelt populatsioonilt igas põlvkonnas immigrante
  
• Saare populatsioon asendatakse igas põlvkonnas m hulga migrantindiviididega. Ja algne asustus väheneb iga põlvkond 1-m ulatuses.
  
• Siin mudelis eeldatakse, et see proportsioon algseid elanikke lahkub saarelt või sureb, kui lahkub kontinendi populatsiooni, siis on see nii suur, et nende hulk ei mõjuta suure populatsiooni alleelisagedusi.
  
• Mudelis ei lubata samuti geenitriivi, looduslikku valikut, mutatsioone ja eeldatakse juhuslikku ristumist mõlemis populatsioonis.
  

13. Osata kasutada mudelit ülesande lahendamisel (valem antakse ette). TRIIN

14. Teada mudeli tähtsaimat tegurit ja osata lugeda graafikut . ( Ahto )
Pcont, sest see määrab ära sageduste muutuse?
Graafiku näide:
Alleelisageduste erinevuste ulatus ei mõjuta aega, kuni jõutakse tasakaalu lähedusse populatsioonide vahel.
15. Teada „kahe saare mudelit“ ja osata lugeda graafikuid (valemid antakse vajadusel ette, peab aru saama nende sisust ja vajadusel osata rakendada). (Ahto)
„Kahe saare mudel“ on sarnane „mandrilt- saarele mudeliga“, kuid erinevus on selles, et mõlemad populatsioonid on sama suured. Seega toimub alleelisageduste muutus mõlemas populatsioonis ning lisandub teine migratsioonikoefitsient.
Uuritava alleeli sagedus populatsioon 1s ja 2s põlvkonnas t=1:
Näide graafikust:
Vasakul on m1>2 (migratsioon esimesest populatsioonist teise) ja m2>1 (teisest esimesse) võrdsed. Paremal joonisel ei ole võrdsed: m2>1 = 0.1 ja m1>2 = 0.05, siin on geenisiirde kiirus assümmeetriline.Kui m1 ja m2 pole võrdsed, siis sellisel juhul alleelisageduste tasakaal nihkub selles suunas, millisel populatsioonil on väiksem immigratsioonitase.
16. Osata interpreteerida Fst=1/(1+4Nm) graafikut ja valemit. Kuidas aru saada tegurist Nm ja mida need Fst väärtused kirjeldavad ? (Ahto)
Nm: 2N on alleelide koguhulk diploidses alampopuatsioonis. Igas põlvkonnas m osa alleelidest vahetub migrantalleelide vastu, seega migrantalleelide koguhulk on 2Nm, mis võrdub ka Nm diploidse organismi alleelide koguarvuga. Seega on Nm alampopulatsiooni sisenevate migrantide absoluutarv igas põlvkonnas.
Kui Nm=0,25 (üks migrant igas neljandas põlvkonnas), Nm=0,5 (üks migrant igas teises põlvkonnas), Nm=1 üks migrant igas põlvkonnas.
Graafik :
FST - alampopulatsioonides alleelisageduste divergeerumise tõttu toimuv heterosügootsuse vähenemine. See on erinevus (suhe )alampopulatsioonide keskmistatud heterosügootsuse ja tervikpopultatsiooni eeldatava heterosügootsuse vahel. Väärtus lõigus [0,1], kuna struktuur tähendab alati heterosügootsuse puudujääki.
17. Osata lahendada lihtsamaid ülesandeid, näited 12.loengus. (Ahto)
Indiaanlaste Hopi hõimu kuulub 6000 inimest. Teadaolevalt 26 neist on fenotüübilt albiinod. Albinism on retsesiivne kahealleelne tunnus. Kui suur % rahvast ei ole albinismi põhjustava alleeli kandjad ? Kui suur % kannab mainitud alleeli?
Paa = 26/6000 = 0,43%
PA = 1-0,066 = 0,934
Kandjad (heterosügoodid):
PAa = 2*0,934*0,066 = 12,3%
1000 pealises lambakarjas esineb alleel d sagedusega 0.5. Neile tuuakse juurde 100 lammast teisest populatsioonist, kus alleel d esineb sagedusega 0.25. Milline on alleeli d sagedus peale ühte põlvkonda vaba ristumist?
Pisland = Pcont+(Pislandt=0 – Pcont)(1-m)t = 0,25+(0,5-0,25)(1-0,009) 1= 0,498
Juhul kui migratsioon tuleb 0,009, pole kindel, et on õige. - Kas m leidmisel mitte ei tule kasutada suhet uue populatsiooni arvust ehk 100/1100=0,0909 ? Sellisel juhul tuleks d alleeli sageduseks 0,4775.
Ühel üksikul saarel elab 500 inimest – mehi naisi võrdselt, kellest 10 on sinisilmsed (avalduvad ainult retsessiivsetel homosügootidel). Teisel üksikul saarel on aga 500 pruunisilmset, kelle hulgas pole iialgi sinisilmseid olnud (eeldame, et neil sinisilmsuse alleeli pole üldse) . Nüüd on ärimeestel saari vaja ja inimesed saadetakse asumisele kolmandale saarele, kus nad kõik üksteisegega vabalt tutvuda saavad. Kui palju sinisilmseid võiks teoreetiliselt järgmises põlvkonnas sündida, eeldusel , et kõik muud tingimused rahuldavad Hardy - Weinbergi seaduse ideaaltingimusi?
NB! Kui lihtsalt liita, siis oleks 10/1000 ehk 1%, aga see on vale.
aa - sinisilmsed
auus = (0,141+0)/2 = 0,071 (jagatud kahega sellepärast, et kaks populatsiooni on ühesuured ning sagedus läks 2 korda väiksemaks)
aauus = 0,0712 = 0,005 = 0,5%
Vastus. Teoreetiliselt võiks sinisilmseid järgmises põlvkonnas olla 0,5%.
Nädal 5 (valik)
1. Mis on loodusliku valiku toimumise eeltingimused?
Looduslik valik toimub, kui populatsioonis on fenotüübilist muutlikkust, fenotüüpide vahel on erinevausi sigimisedukuses ja fenotüübid on vähemalt osaliselt geneetiliselt määratud. ME.

2. Millest sõltub populatsiooni arvukus järgnevas põlvkonnas? Meenutage lihtsat valemit.
Populatsiooni arvukus järgnevas põlvkonnas sõltub indiviidide arvust olevikus (Nt) ja populatsiooni arvukuse suurenemise lõplikust kiirusest (λ.)
Kui on rohkem sünde, kui surmasid, siis on λ > 1 ja arvukus suureneb. Populatsiooni kokkukuivamisel on λ Nt+1= λNt
3. Kui meil on tegemist loodusliku valiku ja klonaalse sigimisega (haploidne populatsioon), siis mida näitab alljärgnev pilt? Mis juhtub lõpuks kummagi genotüübiga (A ja a)? Millal võib olukord muutuda?

4. Millest sõltub alleeli A sagedus põlvkonnas (t+1)?
5. Millistest faktoritest sõltub suhteline kohasus (relative fitness )?
6. Defineerige selektsioonikoefitsent. Mida see näitab?
Kohasuse vastandväärtuseks on selektsioonikoefitsient (s), millega hinnatakse mingi genotüübi suhtelise eliminatsiooni intensiivsust. See seostub kohasusega kui täiendsuurus: w + s = 1; w = 1 – s; s = 1 – w. Maksimaalse kohasusega genotüübi puhul s = 0, letaalse
genotüübi puhul s = 1.
wa/wA=1-s
Selektsioonikoefitsient summeerib paljunemiskiiruste erinevuse nii, et on lihtne arvutada selle erinevuse mõju alleelisagedusele:
fA(1)=NA/NA+(1-s)Na
7. Millest sõltub alleelisageduse graafiku tõus? Millisel puhul on tõus järsem/laugem?
fA(t) = fA(0)/ ( fA(0) + (1-s)t * fa(0) )
8. Mis põhimõtteline vahe on genoomi edasipärandamisel haploidselt ja diploidselt paljunevatel organismidel? Johanna
Valik diploidides on sarnane valikule haploidsetes organismides, kuid diploidid ei anna genotüüpi järglasele otse edasi. Selle asemel nad paarituvad ja annavad igale järglasele edasi vaid pool oma genoomist. Valik tuleneb erineva genotüüpidega indiviidide erinevas ellujäämise võimes.
9. Mida näitab selektsioonikoefitsent diploidses organismis? Mille suhtes see defineeritakse?
Selektsioonikoefitsent genotüübi ellujäämise võime kohta on selle genotüübiga indiviidi ellujäämisvõime (v) suurus kõige kõrgema ellujäämisvõimega genotüübi suhtes.
Nt: Kui AA indiviidid on kõige kõrgema ellujäämisvõimega, siis Aa ja aa selektsioonikoefitsendid on: vAa/vAA=1–sAa ning vaa/vAA=1-­saa.
10. Kuidas arvutatakse genotüüpide ja alleelide sagedused ajahetkel t diploidses organismis?

11. Kuidas mõjutavad dominantsussuhted genotüüpide ellujäämisvõimet ja alleeli sagedust järgmises põlvkonnas? Dominantne kasulik alleel, retsessiivne kasulik alleel, aditiivne dominantne alleel.
Dominantne kasulik alleel A
vAA=vAa=1, vaa=1-s
Retsessiivne kasulik alleel A
vAA=1, vAa=vaa=1-s
Aditiivne dominantne alleel A
saa=2sAa.
vAA=1,vAa=1-­s,vaa=1-­2s
Iga kahjuliku alleeli koopia vähendab ellujäämise võimet s-­i võrra, võrreldes AA indiviididega.
12. Kasutage simulaatorit: http://sites.sinauer.com/evolution3e/exercise1201.html
ja vaadake, kuidas mõjub genotüüpide algsageduste ja kohasuste muutmine alleelide sagedusele ja sageduse muutuse kiirusele.
13. Millega on määratud madala sagedusega alleeli ellujäämisvõime?
Madala sagedusega alleeli muutus on määratud heterosügootide ellujäämisvõime (vAa) suhtega teise homosügoodi ellujäämisvõimesse (vaa). Haruldase alleeli suhtes on homosügoote väga vähe, valdav osa alleelist asub heterosügootides ja seega homosügootide vaa ei mõjuta (alguses) alleeli sagedust.
14. Millist tüüpi valikut alljärgnevad joonised kirjeldavad? Y- telg – aeg, x-telg – fenotüübi joatus populatsioonis. (Mustad täpid tähistavad enne paljunemist väljasurevaid indiviide). Millised vastavat tüüpi valiku puhul alleelisageduseid kirjeldavad graafikud?

stabiliseeriv- heterosügootide eelistamine vAAvaa

lõhestav- heterosügoote tõrjuv, emb- kumb alleel fikseerub, sõltuvalt algsest alleelisagedusest, madala sagedusega alleelid lähevad kaduma vAA>vAavAa>vaa
15. Milliste mutatsioonide suhtes on puhastav valik tõhusam? Miks? (Kreete)
Puhastav ehk negatiivne valik (ka taustvalik) on tõhusam kahjulike mutatsioonide suhtes. Puhastav valik eemaldab kahjulikke mutatsioone ning vähendab seeläbi populatsiooni geneetilist varieeruvust.
Neutraalsed mutatsioonid ei ole valiku all? [JB]
16. Miks on populatsioonis alles kahjulikke alleele? Mis põhjusel võib kahjulik mutatsioon olla populatsioonis sage, mis seda mõjutab? (Kreete)
Populatsioonis võivad kahjulikud alleelid alles olla mitmetel põhjustel. Näiteks võib nende püsimise eest vastutav olla heterosügootide eelistamine - 2 koopia kahjuliku alleeli kandmine oleks kahjulik, kuid vaid ühe kahjuliku alleeli kandmine ei pruugi n.ö halba mõju avaldada ja seetõttu ei ole see ka elimineerunud (sirprakulise aneemia näide). Teine põhjus peitub selles, et looduslik valik ei ole jõudnud veel kahjulikku alleeli eemaldada. Ka mutatsioonid võivad kahjulikke alleele populatsioonis alles hoida - pidevalt tekib uusi mutatsioone, mille tõttu kahjulikud alleelid püsivad. Lisaks võivad kahjulikud alleelid populatsioonis püsida, kuna nad ei vähenda fitnessi - antud alleelide kahjulik mõju ilmneb alles peale reproduktsiooni, kui alleel on juba järglasele edasi kantud.
17. Millest sõltub alleeli tasakaalusagedus autosoomse retsessiivse alleeli korral? (Kreete)
Alleeli sagedus sõltub põlvkonna jooksul sltub dominantsussuhetest. Resessiivse alleli puhul on selle sagedus alguses pikalt madal, tulenevalt selles, et heterosügootses olekus on alleeeli kasulik mõju varjatud ning see tuleb esile alles homosügootses olekus. Alleeli kasulikkus on looduslikule valikule “näha” vaid siis kui selle sagedus on tõusnud piisavalt kõrgele ( muuhulgas triivi mõjul) ja see esineb homosügootidena.
...
18. Tooge näide heterosügootide eelistamisest inimpopulatsioonis. (Kreete)
Heterosügootide eelistamine tähendab, et heterosügootidel on suhteliselt kõrgem fitness kui sama alleeli kas dominantsetel või retsessiivsetel homosügootidel. Selle näiteks võib tuua sirprakulise aneemia, mille puhul erütrotsüüdid ei ole mitte tavapäraselt ümmargused vaid sirbikujulised (sellised erütrotsüüdid jäävad kinni kapillaaridesse ning võivad viia organpuudulikkuseni). Sirprakulise aneemia põhjustajaks on nn hemoglobiin S. Seda alleeli kandjate hulka hinnatakse Aafrika mõnedes piirkondades 10-20 protsendini. Haigust põhjustava alleeli eelis seisneb selles, et inimesed, kel on vaid 1 koopia antud alleeli, omavad kaitset malaaria eest.
AA - normaalsed erütrotsüüdid, malaaria vastu kaitsetud.
SA - 50% sirbikujulised erütrotsüüdid, 50% normaalsed erütrotsüüdid, kaitse malaaria vastu
SS - sirprakuline aneemia.
2012. aastal oli kokku ca 207 malaariajuhtumit ja 627 000 malaariassurma. USAs: 90 000 - 100 000 malaariahaiget; 1:500 afroameerika sünnist; 1:36 000 hispaania taustaga sünnist; 1:12 afroameeriklasest on S alleeli kandja.
Teiseks näiteks heterosügootide eelistamisest on tsüstiline fibroos , mille puhul esineb organismis sekreetide viskoossuse tõus, millele järgneb näärmete juhade ummistumine, mis omakorda põhjustab kudedes haiguslike muutuste (õõned, sidekoestumine) teket. Tsüstilise fibroosi esinemissagedus Euroopas on 1:2000 vastsündinu kohta (Eests 1:4500). Kahe “haige” alleeli kandjatel esineb tsüstiline fibroos, kuid vaid ühe alleeli kandjad omavad kaitset koolera ja tüüfuse vastu.
19. Millest sõltub uute mutatsioonide fikseerumistõenäosus populatsioonis (nii neutraalsed kui ka valiku all olevad alleelid)? Agnes
Positiivse valiku all olev uus mutatsioon fikseerub suurema tõenäosusega. Kui kasulik alleel on algselt madala sagedusega, siis võib see ikkagi kaduma minna. Valemi järgi saab öelda, et mutatsioonide fikseerumise tõenäosus sõltub selektsioonikoefitsiendist (s) ja populatsioonisuurusest (N). Kui alleel on kasulik, siis s>0 ja kui kahjulik siis s 0, siis u(s,N) > 1/(2N) → kasulike alleelide asenduskiirus suurem

kui s

peaaegu neutraalsete alleelide asenduskiirus peaaegu μ

tugevalt kasulike alleelide asenduskiirus r(s,N) = 4Nμs

tugevalt kahjulike alleelide asenduskiirus põhimõtteliselt 0
Asenduskiiruseid on kaks: sünonüümne (ei muuda valgu järjestuses aminohapet) ja mittesünonüümne (muudavad valgu järjestuses aminohapet).
21. Mis on koodonikasutuse kallutatus ? Kas see suurendab või vähendab neutraalsete positsioonide arvu? Miks? Agnes
Mutatsiooniline surve, kui mõne nukleotiidi muteerumine mõneks teiseks on tõenäosem kui teised mutatsioonid (nt metüleeritud CG>TG). Koodonkasutuse kallutatus vähendab tõeliselt neutraalsete positsioonide arvu.
22. Selgitage selective sweep ’i nähtust. Mis on osaline sweep? Kas selective sweep suurendab või vähendab heterosügootsust valiku all oleva lookuse läheduses? Mis tüüpi valikuga on tegu? Agnes
Selective sweep – kasulik alleel fikseerub. Osaline sweep – kasuliku alleeli sagedus on oluliselt tõusnud, kuid see pole veel fikseerunud. Selective sweep vähendab heterosügootsust valiku all oleva lookuse läheduses. Tegu on positiivse valikuga, kuna kasulik alleel fikseerub?
23. Kas associative overdominance suurendab või vähendab heterosügootsust valiku all oleva lookuse läheduses? Miks? Mis tüüpi valikuga on tegu? Agnes
See on tasakaalustav valik, mis säilitab mingis lookuses heterosügootsust. Heterosügootidel on eelis, seega suurendab heterosügootsust valiku all oleva lookuse läheduses ( aheldunud neutraalsetes lookustes).
24. Kas sugudevaheline suhe on evolutsiooniliselt stabiilne või mitte? Miks? Marian
Enamikul liikidel, kus isendid jagunevad emasteks ja isasteks, on sugudevaheline suhe ~1:1.
Sugudevaheline suhe on evolutsiooniliselt stabiilne juhul, kui seda muutvate mutatsioonide sagedus ei tõuse. Vastasel juhul ebastabiilne.
Kui populatsioonis on rohkem emaseid kui isaseid , on valikueelis mutatsioonidel, mis suurendavad isaste osakaalu, ja vastupidi.
Nt kui populatsioonis (N = 1000) on 600 isast ja 400 emast, on igal isasel igast emasest väiksem tõenäosus olla järglase vanem, kuna igal järglasel on ainult üks ema ja isa.
Ainult siis, kui emaseid ja isaseid on võrdsel hulgal, ei suurene mutatsioonide sagedus, mis muudavad sugudevahelist suhet → sugudevaheline suhe on evolutsiooniliselt stabiilne.

25. Miks esineb loodusliku valiku mõjul loomapopulatsioonides alati konflikti lahendamist nii tõelise kui ka rituaalse võitluse teel? Marian
Üks osa looduslikust valikust on iga isendi olelusvõitlus – konkurents liigikaaslastega, mis võib olla kaudne või otsene.
Otsene konkurents – konflikt:
•tõeline võitlus (risk saada haavata/surma)
•rituaalne võitlus (risk palju väiksem)
Kõigile oleks parem, kui keegi ei võitleks kunagi tõeliselt.
•Selline populatsioon on evolutsiooniliselt ebastabiilne: mutatsiooni sagedus, mis paneb selle kandjad alati võitlema, tõuseb, sest selle mutatsiooni kandjad võidaksid iga võitluse.
•Samamoodi on evolutsiooniliselt ebastabiilne populatsioon, milles kõik alati võitlevad: mutatsiooni sagedus, mis paneb selle kandjad mitte kunagi võitlema, tõuseb, sest selle mutatsiooni kandjatel ei ole ohtu viga saada.

26. Selgitage altruismi ja sugulasvaliku seost. Mida postuleerib Hamiltoni reegel? Marian
Altruistlik käitumine – kasulik teistele, mingil määral kahjulik isendile, kes nii käitub.
Altruismi evolutsiooni üks seletus – sugulasvalik.
Sugulasvalik – valik, mis sõltub nii kulukusest isendile kui ka kasust tema lähisugulastele.
Altruistlikku käitumist põhjustava mutatsiooni sagedus tõuseb, kui sugulase kasvanud ellujäämisvõimalus on suurem kui altruisti kahanenud ellujäämisvõimalus:
c 3,84 siis ei kehti selliste genotüüpide puhul 0 hüpotees ning populatsioon ei ole H-W tasakaalus.

Kui meil on dialleelse lookuse puhul 3 võimalikku genotüüpi, siis kui palju on trialleelse lookuse puhul? Kui palju on genotüüpe võimalik kuue-alleelse lookuse puhul? Homosügootsete genotüüpide arv võrdub siin alleelide arvuga. Seega on juurde vaja leida heterosügootsete genotüüpide arv. Siin on kasulik valemit kasutada. (Carolin)
Valem A(A+1)/2
A - alleelide arv
Genotüüpide arv trialleelse lookuse puhul: 3(3+1)/2 = 12/2 = 6 genotüüpi
Genotüüpide arv kuue-alleelse lookuse puhul: 6(6+1)/2= 42/2 = 21 genotüüpi

Kuriteopaigalt leiti bioloogilist materjali, millest eraldati DNA ja määrati DNA profiil ( paneel a) 5 STR (mikrosatelliidi) lookuse genotüüpide näol. Profiili võrreldi andmebaasiga ja leiti identne proov. Kõigis lookustes oli sama genotüüp – ehk korduste arvud. Kasutades vastavate alleelide sagedustabelit referentspopulatsioonis (paneel b) arvuta selle profiili esinemistõenäosus populatsioonis ning seeläbi võimalus, et profiilide kokkulangemine (samasus) oli juhuslik. Peame aga meeles, et DNA profiili sobivuse tõttu saame ainult väita, et proovi andnud isik viibis sündmuskohal. Vaid selle alusel ei ole võimalik kedagi süüdi mõista. (Carolin)
Paneel B
Paneel B Genotüübisagedused
Lookus genotüüp
D3S1358 15, 17 2pq = 2*0,2463*0,2118 = 0,1043
vWA 15, 16 2pq = 2*0,1122*0,2015 = 0,0452
D8S1179 13, 15 2pq = 2*0,3393*0,1097 = 0,0744
D21S11 28, 31 2pq = 2*0, 1658 *0,0714 = 0,0237
D18S51 20, 20 p2 = 0,02552 = 0,00065 ( homosügoot )
Profiili ennustatava sageduse antud populatsioonis saame arvutada genotüüpide sageduste korrutisena. Kui see on imepisike (1/50 miljardist), siis võime olla üsna kindlad, et kahtlusalune viibis sündmuskohal.
Tõenäosus, et need 5 lookust esinevad sündmuskohal vastavates kombinatisoonides:
0,1043*0,0452*0,0744*0,0237*0,00065 = 0,0000000054 = 0,00000054%
1/0,0000000054 = 185 185 185
Sellist profiili võib esineda antud populatisoonis ühel inimesel 185 185 185 inimesest arvestades H-W võrrandit. Seega esineb üsna suur tõenäosus, et kahtlusalune viibis kuriteopaigal.