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Gen pop8selezione

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Gen pop8selezione

  1. 1. Genetica di popolazioni 8: Selezione
  2. 2. 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
  3. 3. Media: 202 Media: 385
  4. 4. Quattro condizioni della selezione darwiniana 1. Variabilità 2. Eredità 3. Diversa speranza di progenie 4. Adattamento
  5. 5. Selezione su caratteri quantitativi: le forme che hanno fitness più alta diventano più comuni speciazione?
  6. 6. Selezione e variazione delle frequenze alleliche: melanismo Frequenza della forma melanica (DD e Dd) in Nord America (Grant & Wiseman 2002 )
  7. 7. 1. Variabilità Fr = 3/8, H = 21/32
  8. 8. 2. Eredità
  9. 9. 3. Diversa speranza di progenie
  10. 10. 3. Diversa speranza di progenie
  11. 11. 4. Adattamento Fr = 5/8 (3/8), H = 17/32 (21/32)
  12. 12. Fitness Misura la speranza di progenie. Ha due componenti, legate a differenze in fertilità e mortalità Genotipo AA Aa aa Vita riproduttiva media 2.0 1.8 1.4 Fitness di sopravvivenza 2.0/2.0 =1.0 1.8/2.0 =0.9 1.4/2.0 =0.7 Genotipo AA Aa aa N medio discendenti 2.4 2.4 3.0 Fitness riproduttiva 2.4/3.0 =0.8 2.4/3.0=0.8 3.0/3.0=1.0
  13. 13. Fitness Genotipo AA Aa aa Fitness riprod. 0.8 0.8 1.0 Fitness sopravv. 1.0 0.9 0.7 Prodotto 0.8 0.72 0.7 Fitness totale ω 0.8/0.8=1.0 0.72/0.8=0.9 0.7/0.88 Complessivamente: Coefficiente di selezione: s = 1 – ω
  14. 14.   Birmingham Dorset Genotipo DD + Dd dd DD + Dd dd Rilasciate 154 64 406 393 Ricatturate 82 16 19 54 Sopravvivenza 0.53 0.25 0.047 0.137 ω 1 0.47 0.343 1 Misure sperimentali della fitness in Biston betularia
  15. 15. 1. Selezione contro il recessivo: Δq<0, Δq=0 per q=0
  16. 16. Δq = - (spq2 ) / (1-sq2 )
  17. 17. 2. Selezione contro il dominante: Δp<0, Δp=0 per p=0
  18. 18. 3. Vantaggio dell’eterozigote: Δp< o >0, Δp=0 per sp=tq qeq=s/(s+t) peq=t/(s+t)
  19. 19. Vantaggio dell’eterozigote: equilibrio stabile
  20. 20. Anemia falciforme
  21. 21. Correlazione fra la frequenza di HbS e la presenza di malaria endemica wHb/Hb = 0.88; wHb/HbS = 1.0 wHbS/HbS = 0.14
  22. 22. Stima empirica dei coefficienti di selezione per HbS in Nigeria
  23. 23. 4. Svantaggio dell’eterozigote: Δp<0 o >0, Δp=0 per p=q=0.5
  24. 24. Svantaggio dell’eterozigote: equilibrio instabile
  25. 25. Effetti della selezione: Un’equazione generale Genotype         AA                  AB                BB         Total  ______________________________________________________ (1) Frequency p2 + 2pq + q2 = 1 before selection (2) Fitness W0                   W1                  W2 (3) Relative p2 W0 + 2pqW1 + q2 W2 = Contribution (4) Frequency p2 W0 / + 2pqW1 / + q2 W2 / = / = 1 after selection
  26. 26. Effetti della selezione: Riassunto Contro il recessivo Δq<0 Perdita dell’allele Contro il dominante Δp<0 Perdita dell’allele A vantaggio dell’eterozigote Δp< o > 0 Equilibrio A svantaggio dell’eterozigote Δp< o > 0 Fissazione dell’allele più frequente Dipendente dalla frequenza Δp< o > 0 Equilibrio
  27. 27. Equilibrio selezione-mutazione al locus DMD portatrici affetti Gen. P0 A B Gen P1 trasmissione A/2 A/2 Gen P1 mutazione 2μ μ Equilibrio: A = A/2 + 2μ, B = A/2 + μ A = 4μ B = 3μ Con μ=10-4 , E( aff) = 1/3333 In Veneto, aff=33.2 x 10-5 ≈ 1/3000
  28. 28. Teorema fondamentale della selezione naturale (Fisher 1930) “Il tasso di incremento della fitness in una popolazione in qualunque momento è pari alla varianza genetica della sua fitness in quel momento” N di individui in due colture come stima della fitness
  29. 29. Test di selezione: Tajima In assenza di ricombinazione, se un locus si è evoluto in condizioni di neutralità, due statistiche (numero di siti polimorfici; mismatch medio) sono entrambi funzione di 4Nμ. Se S è il numero di siti polimorfici, e K il mismatch medio S/ a1 = K, e d = K – (S/ a1) La statistica di Tajima è D = d / Var(d) Il test di Tajima calcola la differenza, D, fra due stime di 4Nμ (basate rispettivamente su numero di siti polimorfici e mismatch medio) e la confronta con una distribuzione casuale. In una popolazione all’equilibrio fra deriva e mutazione E(π) = a1 4Nμ E(k) = 4Nμ
  30. 30. Test di selezione: Tajima D>0 Eccesso di mismatch: selezione stabilizzante D<0 Eccesso di siti polimorfici: selezione diversificante
  31. 31. Un esempio. DNA di 5 individui Position 12345 67890 12345 67890 Person Y 00000 00000 00000 00000 Person A 00100 00000 00100 00010 Person B 00000 00000 00100 00010 Person C 00000 01000 00000 00010 Person D 00000 01000 00100 00010
  32. 32. You vs A Person Y 00000 00000 00000 00000 Person A 00100 00000 00100 00010 3 polymorphisms You vs B Person Y 00000 00000 00000 00000 Person B 00000 00000 00100 00010 2 polymorphisms You vs C Person Y 00000 00000 00000 00000 Person C 00000 01000 00000 00010 2 polymorphisms And so on, for 10 comparisons
  33. 33. The average number of pairwise differences is And the number of polymorphic sites is 4: Position 12345 67890 12345 67890 Person Y 00000 00000 00000 00000 Person A 00100 00000 00100 00010 Person B 00000 00000 00100 00010 Person C 00000 01000 00000 00010 Person D 00000 01000 00100 00010 d = 2 − 4 = − 2 Test di equilibrio deriva - mutazione
  34. 34. Expanding population Stationary population Un problema col test di Tajima past present
  35. 35. Nucleotide substitutions in the chromosomes of different individuals Only a few are shared Many are shared
  36. 36. Unimodal Multimodal Peak age of expansion Many peaks◄► Tajima’s D < 0 Tajima D >0 (= diverisfying selection) (= stabilizing selection) Distributions of pairwise sequence differences, or mismatch distributions
  37. 37. Link utili per fare esercizio http://darwin.eeb.uconn.edu/simulations/simulations.html http://cc.oulu.fi/~jaspi/popgen/popgen.htm
  38. 38. Ma perché, dopo tutta questa selezione, non siamo diventati perfetti?
  39. 39. 1. L’ambiente cambia “Stone agers in the fast lane” “Red queen” hypothesis (Leigh Van Valen, John Maynard Smith) "Well, in our country," said Alice, still panting a little, "you'd generally get to somewhere else—if you ran very fast for a long time, as we've been doing.“ "A slow sort of country!" said the Queen. "Now, here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place. If you want to get somewhere else, you must run at least twice as fast as that!"
  40. 40. L’alce irlandese E un possibile motivo della sua estinzione
  41. 41. 2. Selezione sessuale In specie sessualmente dimorfiche le femmine scelgono il partner in base a criteri che possono promuovere o meno l’adattamento. Due ipotesi principali: 1. “Good genes” 2. “Sexy sons”
  42. 42. Malte Andersson (1982) Nell’uccello vedova Euplectes jacksoni, la scelta della femmina dipende dalla lunghezza della coda del maschio (sexy sons)
  43. 43. La colorazione di molti pesci e uccelli risente della presenza di parassiti e quindi segnala alla femmina lo stato di salute del maschio (good genes) Bill Hamilton
  44. 44. http://pandasthumb.org/archives/2009/03/population-gene.html Programmi online di simulazione: una popolazione
  45. 45. http://www.radford.edu/~rsheehy/Gen_flash/popgen/ Programmi online di simulazione: più popolazioni
  46. 46. Programmi online di simulazione: più popolazioni http://www.cbs.umn.edu/populus/
  47. 47. Sintesi • La selezione naturale dipende dal diverso successo riproduttivo (fitness) dei diversi genotipi • Il cambiamento delle frequenze alleliche sotto selezione dipende dalla fitness dei diversi genotipi • La selezione naturale tende generalmente a ridurre la diversità entro popolazioni; l’eterosi e la selezione dipendente dalla frequenza possono mantenere un polimorfismo • La fitness media di una popolazione tende ad aumentare indefinitamente • Il risultato finale non è però un adattamento perfetto, perché l’ambiente non è costante e perché meccanismi di selezione sessuale possono agire in senso diverso • Il test di Tajima permette di confrontare con dati relativi a tratti di genoma non soggetti a ricombinazioni le attese di un modello neutrale, in cui agiscono solo mutazione e deriva

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