Programma 1

(a) Diversità genetica

(b) Equilibrio di Hardy-Weinberg

(c) Linkage disequilibrium

(d) Mutazione

Linkage e linkage disequilibrium

• Linkage: l’associazione fisica degli alleli sui cromosomi

• Linkage disequilibrium: l’associazione non casuale degli alleli di diversi loci nei gameti

Il linkage è una causa (non la sola) del linkage disequilibrum

Il genoma umano è diviso in blocchi di aplotipi, al cui interno la ricombinazione è rara

Nove diversi blocchi di aplotipi in questa regione

Alla sua comparsa, una nuova mutazione è in LD (grigio) con tutti I loci dello stesso cromosoma. Attraverso le generazioni la ricombinazione

riduce progressivamente l’area di LD. Contano soprattutto:

1. Tasso di ricombinazione 2. Numero di generazioni

Origini del linkage disequilibrium (LD)

Quindi: Equilibrio di Hardy-Weinberg e linkage disequilibrium

• Basta una generazione di accoppiamento casuale per raggiungere l’equilibrio di HW a un locus

• Se si studiano più loci, possono essere necessarie parecchie generazioni per il linkage equilibrium, cioé perché gli alleli siano associati casualmente nei gameti

Attraverso le generazioni, il LD si riduce in maniera esponenziale

cromosomi in LD

ricombinazione r (1-r) non ricombinazione

cromosomi con assoc. cromosomi in LD

casuale degli alleli

LD fra due loci al tempo t: Dt = (1-r)t D0

E attraverso le generazioni si riduce anche l’area di LD

Nature Reviews Genetics 4; 701-709 (2003)

D = p11 – pA1pB1 = p11p22 – p12p21

Se pA1= pB1 = 0.50

Dmax = 0.50 - 0.25 = 0.25 (p11=0.5, p22=0.5)

Dmin = 0.00 - 0.25 = -0.25 (p12=0.5, p21=0.5)

Se pA1≠ 0.50 o pB1 ≠ 0.50, p. es. 0.20 e 0.80

Dmax = 0.20 - 0.16 = 0.04 (p11=0.2, p22=0.2, p12=0.6)

Dmin = 0.00 - 0.16 = -0.16 (p12=0.8, p21=0.2)

Il valore assoluto di D dipende dalle frequenze alleliche, il suo segno dalle etichette arbitrarie

attribuite agli alleli (1 o 2)

Non tutti i geni sono trasmessi indipendentemente, perché ci sono più loci che cromosomi

da Kidd et al. 1999

Le associazioni di alleli in aplotipi variano attraverso le popolazioni

24 = 16 possibili aplotipi

I livelli di linkage disequilibrium variano attraverso le popolazioni

Linkage disequilibrium mapping: LD fra il locus per una reading disability su 6p21.3 e 29 STR

Arabidopsis, Nordborg et al. 2005

Solo una frazione degli aplotipi possibili è presente nelle popolazioni

Crawford et al. 2004

Ma una larga parte degli aplotipi presenti è condivisa fra popolazioni

Una media di 5.3 blocchi di aplotipi per ogni regione di genoma (15 Mb complessivamente)

Bibliografia

Programma 1

(a) Diversità genetica

(b) Equilibrio di Hardy-Weinberg

(c) Linkage disequilibrium

(d) Mutazione

Se la mutazione è unidirezionale può alterare le frequenze alleliche, ma non

di moltoAllele A1

mutazione μ (1-μ) non mutazione

Allele A2 Allele A1

qt = qt-1 + μ(1-qt-1)

Se la mutazione è bidirezionale può alterare le frequenze alleliche, ma non

di molto

1-μ μ 1-ν ν

t-1

t

pt = (1-μ) pt-1 + ν(1-pt-1) pt ≈ p0 –tμ

pt-1 1- pt-1

Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν)

Cambiamenti nella frequenza allelica per effetto di un processo di mutazione bidirezionale; μ = 0.00003, ν = 0.00001

generazioni 10000 20000 30000 40000

Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν) = 0.25

Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν)

Tre modelli di mutazione

Alleli infiniti: ogni evento mutazionale genera un allele diverso

Siti infiniti: ogni evento mutazionale colpisce un sito diverso

Stepwise: ogni evento mutazionale allunga o accorcia di un repeat un locus STR o VNTR

Il livello di eterozigosi è associato in

modo non banale al tasso di mutazione

Ma l’eterozigosi riflette l’equilibrio fra la comparsa di nuovi alleli dovuta alla mutazione e la loro perdita dovuta alla deriva

Il livello di eterozigosi è associato in

modo non banale al tasso di mutazione Hatt = (4Neµ) / (4Neµ + 1)

Popolazione grande: (4Neµ) ≈ (4Neµ + 1)Popolazione piccola: (4Neµ) < (4Neµ + 1)

Es.: con µ= 10-7 , Ne = 106   Neµ = 0.1 e

Hatt = (0.4)/(0.4 + 1) = 0.29

Nell’uomo Hoss   = 0.20 

Sintesi 1

• Alla base dell’analisi genetica sta la variabilità, misurabile con vari indici

• Si possono prevedere le condizioni in cui una popolazione è in equilibrio

• Popolazioni in equilibrio non si evolvono; i fattori che provocano scostamento dall’equilibrio sono i fattori dell’evoluzione

Sintesi 2

• Basta una generazione di accoppiamento casuale per raggiungere l’equilibrio di Hardy-Weinberg, ma non il linkage equilibrium

• Il linkage disequilibrium è causato dalla mutazione e ridotto dalla ricombinazione

• La mutazione avviene a bassa frequenza e quindi ha solo un debole impatto diretto sulla diversità genetica (e un forte impatto sulla divergenza fra sequenze)

• Per descrivere gli effetti della mutazione esistono vari modelli: ad alleli infiniti, a siti infiniti, stepwise