Gen Pop7selez
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Genetica di popolazioni 7
Programma del corso
1. Diversità genetica2. Equilibrio di Hardy-Weinberg3. Unione assortativa4. Linkage disequilibrium5. Mutazione6. Deriva genetica7. Flusso genico e varianze genetiche8. Selezione9. Mantenimento dei polimorfismi e teoria neutrale10. Introduzione al coalescente11. Evidenze genetiche sull’evoluzione umana
Quattro condizioni della selezione darwiniana
1. Variabilità2. Eredità3. Diversa speranza di progenie4. Adattamento
Selezione su caratteri quantitativi:le forme che hanno fitness più alta diventano più comuni
speciazione?
Selezione e variazione delle frequenze alleliche: melanismo
Frequenza della forma melanica (DD e Dd) in Nord America (Grant & Wiseman 2002 )
1. Variabilità
Fr = 3/8, H = 21/32
2. Eredità
3. Diversa speranza di progenie
3. Diversa speranza di progenie
4. Adattamento
Fr = 5/8 (3/8), H = 17/32 (21/32)
FitnessMisura 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 1.4Fitness 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 3.0Fitness riproduttiva 2.4/3.0 =0.8 2.4/3.0=0.8 3.0/3.0=1.0
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
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
1. Selezione contro il recessivo: Δq<0, Δq=0 per q=0
Δq = - (spq2) / (1-sq2)
2. Selezione contro il dominante: Δp<0, Δp=0 per p=0
3. Vantaggio dell’eterozigote: Δp< o >0, Δp=0 per sp=tq
qeq=s/(s+t) peq=t/(s+t)
Vantaggio dell’eterozigote: equilibrio stabile
Anemia falciforme
Correlazione fra la frequenza di HbS e la presenza di malaria endemica
wHb/Hb = 0.88; wHb/HbS = 1.0 wHbS/HbS = 0.14
Stima empirica dei coefficienti di selezione per HbS in Nigeria
4. Svantaggio dell’eterozigote: Δp<0 o >0, Δp=0 per p=q=0.5
Svantaggio dell’eterozigote: equilibrio instabile
Effetti della selezione: Un’equazione generale
Genotype AA AB BB Total ______________________________________________________
(1) Frequency p2 + 2pq + q2 = 1before selection
(2) Fitness W0 W1 W2
(3) Relative p2W0 + 2pqW1 + q2W2 =
Contribution
(4) Frequency p2W0/ + 2pqW1/ + q2W2/ = / = 1
after selection
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
Equilibrio selezione-mutazione al locus DMD
Femmine portatrici
Maschi 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 = 3μCon μ=10-4, E(maff) = 1/3333In Veneto, maff=33.2 x 10-5 ≈ 1/3000
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
Test di selezione: TajimaIn 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 mutazioneE(π) = a1 4Nμ E(k) = 4Nμ
Test di selezione: Tajima
D>0Eccesso di mismatch:selezione stabilizzante
D<0Eccesso di siti polimorfici:selezione diversificante
Expanding population Stationary population
Un problema col test di Tajima
past
present
Nucleotide substitutions in thechromosomes of different
individuals
Only a few are shared Many are shared
Unimodal MultimodalPeak ◄► age of expansion Many peaksTajima’s D < 0 Tajima D >0(= diverisfying selection) (= stabilizing selection)
Distributions of pairwise sequence differences, or mismatch distributions
Link utili per fare esercizio
http://darwin.eeb.uconn.edu/simulations/simulations.html
http://cc.oulu.fi/~jaspi/popgen/popgen.htm
Ma perché, dopo tutta questa selezione, non siamo diventati
perfetti?
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!"
L’alce irlandese
E un possibile motivo della sua estinzione
2. Selezione sessualeIn specie sessualmente dimorfiche le
femmine scelgono il partner in base a criteri che possono promuovere o meno l’adattamento. Due ipotesi principali:
2. “Good genes”3. “Sexy sons”
Malte Andersson (1982)
Nell’uccello vedova Euplectes jacksoni, la scelta della femmina dipende dalla lunghezza della coda del maschio (sexy sons)
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
Sintesi • La selezione naturale dipende dal diverso successo
riproduttivo (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 un adattamento perfetto, perché l’ambiente non è costante e perché meccanismi di selezione sessuale possono agire in senso diverso
Effetti della selezione:
siccome q = f(BB) + (1/2) f(AB)
q' = q2W2/ + (1/2) 2pqW1/ = q(qW2 + pW1)/
allora Δ q = q' - q = qafter - qbefore
= Δq = [pq] (q)(W2 - W1) + (p)(W1 - W0)
Effetti della selezione 1
Δ q = [pq] (q)(W2 - W1) + (p)(W1 - W0)
Caso 1: selezione contro il recessivo. W0 = W1 > W2
Δq = [pq] (q)(W2 - W1) = pq2 (W2-W1)
Siccome W1 > W2 e p e q sono positivi, Δq è negativo.
Maggiore la differenza di fitness, maggiore l’intensità di selezione
Effetti della selezione 2
Δ q = [pq] (q)(W2 - W1) + (p)(W1 - W0)
Caso 2: eterosi. W0 < W1 > W2 [1-s, 1, 1-t]
Δq = [pq] qt + ps e Δq=0 per qt = ps
qeq=s/(s+t) peq=t/(s+t)