Genetica di Popolazioni 2

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Genetica di Popolazioni 2

  1. 1. Genetica di popolazioni 2: Hardy-Weinberg
  2. 2. http://utenti.unife.it/guido.barbujani/index.php?lng=it&p=5
  3. 3. Programma del corso 1. Diversità genetica 2. Equilibrio di Hardy-Weinberg 3. Inbreeding 4. Linkage disequilibrium 5. Mutazione 6. Deriva genetica 7. Flusso genico e varianze genetiche 8. Selezione 9. Mantenimento dei polimorfismi e teoria neutrale 10. Introduzione alla teoria coalescente 11. Struttura e storia della popolazione umana + Lettura critica di articoli
  4. 4. Sintesi 1. Una popolazione è caratterizzata dalle frequenze dei diversi genotipi e dei diversi alleli al suo interno 2. Una popolazione si dice panmittica o in equilibrio quando le sue frequenze genotipiche possono essere predette sulla base delle frequenze alleliche, e le frequenze alleliche non cambiano attraverso le generazioni 3. I fattori che provocano scostamento dall’equilibrio comprendono unione non casuale dei gameti, mutazione, selezione, migrazione e gli effetti del caso 4. Popolazioni in equilibrio non si evolvono. I fattori che provocano scostamento dall’equilibrio sono i fattori dell’evoluzione
  5. 5. Brachidattilia. Frequenza fra lo 0.1% e il 2% Megan Fox Udny Yule, 1908: Come mai la brachidattilia è rara? Essendo un carattere mendeliano dominante, non dovrebbe diffondersi nelle popolazioni?
  6. 6. Frequenze Un locus: frequenza allelica genotipi: AA, Aa, aa oppure H1H7, H4H4, H1H2 oppure *6*9, *7*10, *7*7 Due o più loci: frequenza aplotipica fase genotipi: A2B1C2/A1B1C1, o 212/111 A2B2C2/A1B2C1, o 222/121 Si può immaginare la frequenza di un aplotipo come la frequenza dei gameti che portano quella combinazione di alleli
  7. 7. Elettroforesi L’elettroforesi separa macromolecole in relazione alla loro carica o alle loro dimensioni
  8. 8. Frequenze alleliche F S S FS S FS F FS FS S fenotipo osservato FF SS SS FS SS FS FF FS FS SS genotipo dedotto Freq. genotipiche: FF=0,2 FS=0,4 SS=0,4 Freq. alleliche: f(F)=p, f(S)=q p = (NF + ½ NH) / NT p+q=1 = (2NF + NH)/2NT p = (2 + 2)/10 = 0,4 p= (4 + 4)/20 = 0,4 q = (4 + 2)/10 = 0,6 q = (8 + 4)/20 = 0,6 p+q = 0,4 + 0,6 = 1
  9. 9. Accoppiamento casuale o random mating MATING MAT. FREQ.    PROGENIE    AA x AA ( 2)( 2) p p p4 AA p4 AA x Aa ( 2)( p 2pq) 2p3q p3q AA x aa ( 2)( 2) p q p2q2 Aa x AA (2pq)(p2) 2p3q Aa x Aa (2pq)(2pq) 4p2q2 Aa x aa (2pq)(q2) 2pq3  aa x AA ( 2)( 2) q p Aa    aa    p3q    p2q2    p3q p3q    p2q2 2p2q2  p2q2     pq3  pq3 p2q2    p2q2  aa x Aa ( 2)( q 2pq) 2pq3     pq3  aa x aa ( 2)( 2) q q q4              pq3 q4
  10. 10. E alla fine nella progenie f(AA) = p4 + 2p3q + p2q2= p2 (p2+ 2pq +q2) = p2 f(Aa) = 2p3q + 4p2q2 + 2pq3 = 2pq (p2 + 2pq +q2) = 2pq f(aa) = p2q2 + 2pq3 + q4 = q2 (p2 + 2pq +q2) = q2 Cioè esattamente le frequenze che si ottengono immaginando di accoppiare a caso I gameti del pool genico parentale
  11. 11. L’equilibrio di Hardy-Weinberg Dopo una generazione di accoppiamento casuale: Genotipo AA Aa aa Frequenza p2 2pq q2
  12. 12. Generazione f(AA) f(Aa) f(aa) f(a) 0 d h r 1 p2 2pq 2 p2 2pq q2 p 3 p2 2pq q2 p p q2 p Dopo una generazione di accoppiamento casuale, le frequenze genotipiche dipendono solo dalle frequenze alleliche, e le frequenze alleliche non cambiano: Equilibrio di Hardy-Weinberg
  13. 13. Per ogni frequenza allelica ci sono moltissime combinazioni di frequenze genotipiche, ma solo una è quella di equilibrio F(AA) F(Aa) 40 37 32 20 16 10 1 0 0 6 16 40 48 60 78 80 F(aa) 60 57 52 40 36 30 21 20 p 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
  14. 14. Dopo la prima generazione di panmissia p, q p2, 2pq, q2 Quindi, in una popolazione panmittica: •Le frequenze genotipiche dipendono esclusivamente dalle frequenze alleliche della generazione precedente •Le frequenze alleliche non cambiano attraverso le generazioni Quindi, se c’è equilibrio non c’è evoluzione, e viceversa
  15. 15. Un esempio: Fenotipo della resistenza all’AIDS • • • La chemochina CCR5 è il co-recettore (insieme a CD4) che molti ceppi di virus HIV (ceppi R5) usano per entrare nei linfociti T e infettarli. L’allele Δ32 del locus CCR5 ha una delezione e produce una proteina che non permette l’entrata del virus nelle cellule T. Individui eterozigoti per Δ32 hanno una resistenza parziale all’infezione da ceppi R5, e individui omozigoti sono resistenti (anche se non completamente) all’infezione.
  16. 16. Il gene CCR5 e il suo allele mutato Δ 32
  17. 17. Gli omozigoti Δ32 Δ32 sono molto più rari degli eterozigoti. Qual è la frequenza degli alleli normale e Δ32 ? Allele normale = A Allele Δ32 = a 1000 francesi di cui 795 AA = 1590 alleli A 190 Aa = 190 alleli A + 190 alleli a 15 aa = 30 alleli a Totale alleli 1780 A(CCR5) e 220 a (Δ 32)
  18. 18. Dalle frequenze di genotipi osservate passiamo alle frequenze relative dividendo per la grandezza totale del campione: Es: 795 AA / 1000 = 0.795 = F(AA) 0.190 = F (Aa) 0.015 = F(aa) (0.795 + 0.190 + 0.015 =1) Frequenze relative degli alleli: F(A) = 1780 / 2000 = 0.89 F (a) = 220 /2000 = 0.11 (0.89 + 0.11 = 1) Esempi. Come calcolare le frequenze alleliche: 2.2 del Relethford; Come calcolare le frequenze alleliche per un locus con 3 alleli: 2.3
  19. 19. Le frequenze dei genotipi nel campione sono quelle che potremmo attenderci nel caso di unione casuale dei gameti? p = 0.89 e q = 0.11 Se le unioni sono casuali: la frequenza del genotipo AA dovrebbe essere = 0.89 x 0.89 = 0.793 La frequenza del genotipo Aa dovrebbe essere = 0.89 x 0.11 x 2 = 0.196 La frequenza del genotipo aa dovrebbe essere = 0.11 x 0.11 = 0.012 AA Aa aa Frequenze osservate 795 190 15 Frequenze attese 792 196 12 Sono significative queste differenze?
  20. 20. E se gli alleli sono più di 2? p p q r q r
  21. 21. E se gli alleli sono più di 2? p q r p q r Gli omozigoti attesi hanno frequenza = al quadrato della frequenza allelica
  22. 22. E se gli alleli sono più di 2? p q r p q r Gli eterozigoti attesi hanno frequenza = al doppio prodotto delle frequenze alleliche
  23. 23. Uno strumento per verificare se c’è equilibrio: http://www.oege.org/software/hwe-mr-calc.shtml
  24. 24. Condizioni per l’equilibrio di HardyWeinberg • • • • • • • • Organismo diploide, riproduzione sessuata Generazioni non sovrapposte Unione casuale Popolazione grande Mutazione trascurabile Migrazione trascurabile Mortalità indipendente dal genotipo Fertilità indipendente dal genotipo
  25. 25. Se non si incontrano queste condizioni: • • • • • • Unione casuale Popolazione grande Mutazione trascurabile Migrazione trascurabile Mortalità indipendente dal genotipo Fertilità indipendente dal genotipo In caso si studi più di un locus: • Associazione casuale degli alleli sui cromosomi Inbreeding Deriva genetica Mutazione Migrazione Selezione Selezione Linkage disequilibrium
  26. 26. Sintesi 1. Una popolazione è caratterizzata dalle frequenze dei diversi genotipi e dei diversi alleli al suo interno 2. Una popolazione si dice panmittica o in equilibrio quando le sue frequenze genotipiche possono essere predette sulla base delle frequenze alleliche, e le frequenze alleliche non cambiano attraverso le generazioni 3. I fattori che provocano scostamento dall’equilibrio comprendono unione non casuale dei gameti, mutazione, selezione, migrazione e gli effetti del caso 4. Popolazioni in equilibrio non si evolvono. I fattori che provocano scostamento dall’equilibrio sono i fattori dell’evoluzione

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