SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 17
Univerzitet u Tuzli
Prirodno-matematički fakultet
Odsjek: Primijenjena biologija
Seminarski rad iz predmeta Opća genetika
''Genetičko opterećenje populacije''
Mentor: Dr.sc Rifet Terzić, prof. Pripemila: Kadrić Melisa
Tuzla, 20.12.2016
2
Contents
1. UVOD.......................................................................................................................................3
2. RAZRADA TEME.....................................................................................................................4
2.1 Faktori genetičkog opterećenja .............................................................................................4
2.2 Matematička formulacija za genetička opterećenja..................................................................7
2.3 Kategorije genetičkih opterećenja ..........................................................................................7
2.4 Mutaciona genetička opterećenja ...........................................................................................7
2.5 Segregaciona genetička opterećenja .......................................................................................8
2.6 Supstituciona genetička opterećenja.......................................................................................9
2.7 Holdejnova dilema..............................................................................................................10
2.9 Holdejnova matematika ......................................................................................................11
2.10 Problem genetičkih opterećenja .........................................................................................12
2.1 Gametski disekvilibrijum (gametska neravnoteža) ................................................................13
2.12 Faktori koji utiču na gametski disekvilibrijum ....................................................................13
3. ZAKLJUČAK..........................................................................................................................15
4. LITERATURA........................................................................................................................17
3
1. UVOD
U prirodi jedinke jedne vrste uvijek žive u grupama na određenomprostorui
predstavljaju jednu populaciju. Najznačajniji odnos koji se uspostavlja među
jedinkama jedne populacije je reproduktivni odnos zbog čega u populaciji
postoji stalna razmjena genetičkog materijala između jedinki koje je čine.
Populacijska genetika je oblast genetike koja proučava nasljedne pojave i
procesena razini reprodukcijski povezanih grupa organizama. Istražuje i
modelira moguće odnoseu genetičkoj strukturi populacije, faktorima održavanja
i narušavanja njene ravnoteže, dinamiku i prirodu tih promjena. Ukratko, to je
nauka koja proučava genetičku raznolikost individua i skupina
posmatrane vrste organizama. Temelje koncepta genetičkih opterećenja je
postavio Haldane 1937 godine. Crow (1958) je definisao genetičko opterećenje
kao proporcionalno smanjenje prosječne adaptivne vrijednosti (ili druge
mjerljive veličine) populacije relativno u odnosuna genotip koji posjeduje
maksimalnu ili optimalnu vrijednost. Genetičko opterećenje se obilježava
simbolom L i matematički se definicija može predstaviti kao L= Wmax-W/
Wmax odnosno, ako se „najboljem“ genotipu dodjeli adaptivna vrijednost
jednaka 1, tada je L=1- W. Genetičko opterećenje se definiše kao proporcija sa
kojom se smanjuje adaptivna vrijednost (fitness) optimalnih i prosječnih
genotipova uslijed prisustva štetnih gena (letalni, semiletalni, subvitalni). Postoji
mutaciono i segregaciono genetsko opterećenje. Svaka jedinka čiji je fitnes
manji od maksimalnog (W<1) je dio genetičkih opterećenja populacije.
Genetička opterećenja su mjera prosječnogindividualnog odstupanja od
optimalnog fenotipa u konkretnim uslovima životne sredine.
4
2. RAZRADA TEME
2.1 Faktori genetičkog opterećenja
Bez postojanja genetičke varijabilnosti ne bi bilo ni evolucije. Mutacije su
evolutivni faktor koji generiše genetičku varijabilnost, i bez kojeg ne bi bilo
opstanka u promjenljivim uslovima spoljašnje sredine. Sa druge strane, i pored
njihove važne uloge u evoluciji živih sistema, većina mutacija je štetna. Nove
mutacije većinom smanjuju adaptivnu vrijednost jedinki, pa prirodna selekcija
djeluje tako da im smanjuje učestalost u populacijama. Svi štetni aleli nastali
mutacijama ne mogu biti odmah eliminisani, pa se zbog toga smanjuje prosječna
adaptivna vrijednost populacije. Ovakav efekat štetnih mutacija se naziva
mutaciono genetičko opterećenje. Haldane (1937) je izveo da je redukcija
adaptivne vrijednosti uslijed prisustva genetičkih opterećenja (L) proporcionalna
udvostručenojvrijednosti stopemutacije L=2u, ako se posmatra jedan lokus, sa
nepotpunom dominansom, kod diplodnih organizama. On je takođe ukazao da
mutaciona opterećenja mogu biti veoma velika, ako se uzmu u obzir mutacije
cijelog genoma. Ako se stopaštetnih mutacija cijelog genoma označava kao U,
onda je prosječna adaptivna vrijednost populacije 𝑊 = 𝑒 −U , dok je genetičko
opterećenje 𝐿 = 1 − 𝑊 = 1 − 𝑒 −𝑈 . Po njegovim pretpostavkama, prosječna
jedinka pri mutaciono-selekcionom balansu (kada bi se u prosjeku desila jedna
štetna mutacija po genomu po generaciji) ima za oko 60% nižu adaptivnu
vrijednost u odnosuna onu koja bi se očekivala pri uslovima bez mutacija. Ovaj
zaključak je postao osnovaza mnoge druge evolutivne fenomene, kao što su
izumiranje populacija, evolucija seksualne naspram aseksualne reprodukcije,
inbriding depresija, evolucija samooplodnje u odnosuna
stranooplodnju..Genetička opterećenja o kojima su pisali Haldane (1937), Crow
(1948) i Muller (1950) se odnosena opterećenja izazvana mutacijama, pa se
stoga nazivaju mutacionim genetičkim opterećenjima. Pored njih, u zavisnosti
od uzroka smanjenja prosječne adaptivne vrijednosti populacije, genetička
5
opterećenja mogu biti segregaciona, inkompatibilna, drift, migraciona,
substituciona. U kojoj mjeri će štetni aleli redukovati prosječnu adaptivnu
vrijednost populacije zavisi od toga na koje komponente adaptivne vrijednosti
utiču. Teško je predvidjeti veličinu promjene u adaptivnim vrijednostima, ako se
izuzmu krajnje ekstremni mogući ishodi, tipa da su mutacije selektivno
neutralne, ili da su letalne. Selekcioni pritisak može biti različite jačine, a krajnji
efekat na prosječnu adaptivnu vrijednost populacije zavisi od mnogo drugih. Na
prosječnu adaptivnu vrijednost populacije utiče i način njene procjene. Kako je
prosječna adaptivna vrijednost određena primarno adaptivnom vrijednošću ženki
kod većine vrsta, svaki zaključak treba izvesti sa predostrožnošću. Posljednjih
godina se vode polemike oko različitih stopamutacija kod mužjaka i kod ženki i
da li je selekcija protiv štetnih alela jača kod mužjaka nego kod ženki . Ove
potencijalne razlike među polovima mogu, stoga, različito oblikovati prosječne
adaptivne vrijednosti populacije. Posljedica svake štetne mutacije, i kod muškog
i kod ženskog pola, jeste smanjenje adaptivne vrijednosti jedinke, jer negativan
efekat na adaptivnu vrijednost definiše mutaciju kao štetnu. Da li neka mutacija
djeluje na isti način, tj. da li ima isti efekat i na mužjaka i ženku je pitanje koje
zahtjeva eksperimentalnu procedurusa poznatim mutacijama radi upoređivanja.
Međutim, i ovaj pristup nosi određena ograničenja, između ostalog zbog malog
broja fenotipski vidljivih mutacija i poznatog efekta na adaptivnu vrijednost.
Drugi mogući pristup je mjerenje efekta štetnih mutacija kod visoko
inbridingovanih linija, preko procijena inbriding depresije. Razlika u
hromozomskoj konstituciji između mužjaka i ženki, odnosno razlika u polnim
hromozomima, je u ovom pristupu ograničenje, i činjenica za potencijalno loše
procjenjivanje s obzirom da bi se kod heterogametnog pola mutirani aleli
eksprimirali u hemizigotnom stanju. Dosadašnji rezultati svakako potvrđuju isti
pravac djelovanja štetnih mutacija kod oba pola, odnosno, smanjenje neke od
komponenti adaptivne vrijednosti. Oni takođe ukazuju na tendenciju da je
selekcioni pritisak snažniji kod mužjaka, što bi bilo u skladu sa teorijom o ulozi
6
seksualne selekcije u redukciji genetičkih opterećenja i uspješnošćuu parenju
mužjaka, kao bitnom komponentom njihove adaptivne vrijednosti. Sve je više
podataka koji ukazuju na veću stopumutacija kod mužjaka, u poređenju sa
ženkama. Odnos stopemutacija mužjaka i stopemutacija ženki u prosjeku
iznosi oko 5 (α=5). Ova procjena se zasniva većinom na podacima dobijenim
ispitivanjem kičmenjačkih vrsta. Raniji podacina Drosophila nisu ukazivali na
razlike u stopama mutacije među polovima, ali nove procjene takođe potvrđuju
višu stopukod mužjaka, i to dva puta. Faktori koji leže u osnovi razlika između
polova jesu češćediobe muških gameta, samim tim i veći broj replikacija, pa se
povećava i vjerovatnoća nastanka mutacija. Pored razlika u veličini stope
mutacija koje postojeizmeđu različitih vrsta, smatra se i da različiti genotipovi
jedne vrste mogu imati različite stopemutacija. Jedinke se mogu razlikovati u
genetičkom kvalitetu, pa su jedinke lošijeg genetičkog kvaliteta, uslijed
posjedovanja štetnih alela obično i lošijeg fenotipskog stanja. Štetne mutacije
mogu imati efekat na ćelije i njihova stanja, metabolizam, što može voditi
sukcesivnim koracima i do grešaka u samoj replikaciji i reparaciji, pa bi krajnji
efekat bio i povećanje stopemutacija. Sharp i Agrawal (2012) su pokazali da
genotipovi “lošijeg kvaliteta” (genotipovi koji sadrže veći broj štetnih mutacija)
kod D. melanogaster imaju povećanu stopumutacije.
Veličina genetičkih opterećenja zavisi i od faktora spoljašnje sredine, naročito
pri stresnim promjenama sredine, u kojima bi bile izraženije razlike između
jedinki populacije. Kad bi mutaciona stopagenoma bila konstantna, onda bi
genetička opterećenja u ravnoteži bila ista kako u populaciji sa aseksualnim tako
i sa seksualnim tipom razmnožavanja.
7
2.2 Matematička formulacija za genetička opterećenja
L = (Wmax – W)/Wmax
Wmax = 1 ; L = 1 - W
2.3 Kategorije genetičkihopterećenja
a) Ulazna (input) genetička opterećenja – smanjenje prosječnogfitnesa uslijed
uvođenja novih genetičkih varijanti, koje uslovljavaju pojavu genotipova sa
nižim fitnesom.
Mutaciona genetička opterećenja – mutacioni proces može održavati u
populaciji alel koji svojim nosiocima smanjuje fitnes.
Migraciona genetička opterećenja – imigranti uvode u genski fond populacije
alele koji svojim nosiocima smanjuju fitnes.
b) Balansna genetička opterećenja – smanjenje prosječnogfitnesa uslijed
mehanizama koji održavaju genetičku varijabilnost populacije.
Segregaciona opterećenja – u slučaju heteroze, homozigoti imaju niži fitnes, a
uvijek su prisutni u populaciji (segregacija – Mendelova pravila).
Rekombinaciona opterećenja – rekombinacije stvaraju nove kombinacije gena
koje mogu imati niži fitnes.
Heterogeno sredinska opterećenja – genotipovi žive i u mikrostaništima u
kojima imaju niži fitnes.
c) Supstituciona genetička opterećenja (cijena prirodne selekcije) – cijena koju
populacija plaća da bi došlo do zamjene jednog genskog alela drugim
(povoljnijim), tj. da bi povećala svoj prosječan fitnes.
2.4 Mutaciona genetička opterećenja
Nastaju zbog prisustva genskih alela koji se u populaciji održavaju putem
balansa između stopemutacije (u) i koeficijenta selekcije (s). Mnogi elementi
8
genetičkog opterećenja manifestuju se još u prenatalnom periodu svake
generacije, ali se najčešće registruju kongenitalno. Kongenitalne anomalije ili
„urođene nepravilnosti” su anomalije oblika, strukture ili funkcije koje postoje
na rođenju i dovodedo smanjenja fizičke i mentalne sposobnosti.
Ako su mutacije neutralne, tj. ne utiču na fitnes svojih nosilaca, ne učestvuju u
genetičkim opterećenjima populacije.
Primjer 1.) Kodominantne interakcije alela
W = 1 – sq, q = 2u/s
L = s·2u/s L = 2u
Zaključak je da mutaciona opterećenja zavise samo od stopamutacija.
Za veći broj lokusa koji su međusobno nezavisni, ukupno genetičko opterećenje
je:
L = n·u n – broj lokusa ; u – prosječna stopamutacija po lokusu
2.5 Segregaciona genetičkaopterećenja
Na određenom lokusu postojiheteroza.
WAA = 1-s1, WAa = 1, Waa = 1-s3
Homozigoti su dio genetičkih opterećenja i uvijek prisutni u populaciji zbog
slobodnogkombinovanja i segregiranja alela (Mendelova pravila).
W = 1 – s1p2– s3q2
U ravnoteži: q = s1/(s1+s3) p = s3/(s1+s3)
W = 1 – s1s3/(s1+s3)
L = s1s3/(s1+s3)
9
Primjer 1.) Srpastaanemija kod ljudi
Slika br. 1 Srpasti eritrociti
s1= 0.15, s3= 1 ⇒ L = 0.1
10% ljudi u populaciji u ravnoteži umrijeće prije polne zrelosti ili od malarije ili
od anemije ili će imati smanjenu fertilnost (genetička smrt). Za veći broj
nezavisnih alela sa heterozom efekat genetičkih opterećenja bio bi ogroman.
Npr. 20 nezavisnih gena, s1 i s3 kao kod srpasteanemije, samo 0,920= 12%
jedinki bi preživelo.
Npr. 1000 polimorfnih lokusa kod Drosophila, s1= s3= 0.01. Za jedan lokus L=
0.005, za 1000 lokusa preživjelo bi 0.9951000= 0.7% jedinki. Ni jedna
populacija ne bi mogla da podnesetako velika opterećenja.
2.6 Supstituciona genetičkaopterećenja
U populaciji postojejedinke sa genetičkom varijantom koja obezbjeđuje
preživljavanje u novim sredinskim uslovima.
Stanište koje naseljava jedna populacija se značajno izmijeni: velika količina
kiše, pad temperature, pojava novog predatora ili novog patogena, naglo opadne
količina hrane i slično. U populaciji postoje jedinke sa genetičkom varijantom
koja obezbjeđuje preživljavanje u novim sredinskim uslovima. Npr. pri pojavi
10
novog predatora, jedinke koje bolje vide, brže trče ili imaju bolju kamuflažu,
bolje će preživljavati u novim uslovima. Npr. pri velikom sniženju temperature,
genetičke varijante koje uslovljavaju duže krzno, obezbjediće bolje
preživljavanje. Prije promjene sredine, takve genetičke varijante su bile rijetke,
jer nisu davale nikakvu prednostsvojim nosiocima, ili su čak bile štetne, a
održavale su se u populaciji mutacionim procesom. Nakon promjene sredine,
takve genetičke varijante će povećavati svoju učestalost, jer će njihovi nosioci
bolje preživljavati i ostavljati više potomaka (selekcija favorizuje te varijante).
Nakon X generacija, nove genetičke varijante biće fiksirane, tj. zamjeniće stare
(supstitucija).Supstitucija podrazumijeva da će tokom generacija doćido velike
“genetičke smrti” onih jedinki koje nemaju favorizovane alele. Ove smrti, do
kojih ne bi došlo bez promjene sredine, Holdejn je nazvao “cijena supstitucije”
ili “cijena prirodne selekcije”.
Svi genotipovi koji nemaju favorizovan alel su dio genetičkih opterećenja.
Holdejn je pretpostavio da postoji određen procenat jedinki koje populacija
može, u ovoj zamjeni, žrtvovati, a da nema opasnostipo opstanak populacije. To
određuje brzinu kojom se zamjena može odigrati, a ta brzina pozitivno zavisi i
od reproduktivnog potencijala vrste.
2.7 Holdejnova dilema
Da li su genetičke promjene u populaciji brže ako se dešavaju na većem broju
lokusa istovremeno?
(Odgovor:NE ) Do brzih genetičkih promjena u populaciji može doćisamo ako
se zamjene odvijaju istovremeno kod malog broja gena. Holdejn je smatrao da
su geni međusobno nezavisni što podrazumjeva multiplikativni model
genetičkih opterećenja (L1·L2·L3·.....Ln; n- broj lokusa). To podrazumijeva
ogromna genetička opterećenja; jedan genotip može nositi na jednom lokusu
povoljan alel, ali ne može biti favorizovan zbog neto negativnog efekta na
drugim lokusima.
11
2.8 Genetička smrt
Cijena koju populacije plaćaju uslijed postojanja homozigota u uslovima
heteroze, okupiranja različitih mikrostaništa, supstitucije alela djelovanjem
prirodne selekcije, itd., manifestuje se preko tzv. genetičke smrti. Genetička
smrt ne podrazumijeva isključivo fizičku smrt jedinke, već može biti izražena
preko sterilnosti, smanjene fertilnosti, nemogućnosti pronalaženja partnera, ili
bilo kojih uzroka smanjenja reproduktivne sposobnostigenotipova sa nižim
fitnesom.
2.9 Holdejnova matematika
Npr. selekcija protiv recesivnog alela (alel A zamenjuje alel a):
WAA=1, WAa=1, Waa=1-s
W = 1 – sq2 L = sq2
U narednoj generaciji biće eliminisano sq2N jedinki
Ukupna smrtnost D= ∑sq2= -ln p0
Cijena kompletne zamjene iznosi: D·N
Npr. korisna mutacija A, početna učestalost p0=5·10-5,
N = 100 ⇒ D = 9.9 ≈ 10, D·N = 1000
Populacija mora da plati cijenu zamjene 10 puta veću od svoje veličine.
Pretpostavka je da populacija može da žrtvuje samo 10% svojih članova,
odnosno 100 generacija je potrebno da se izvrši kompletna supstitucija. Prema
Holdejnu D ima vrijednosti od 10 do 100, a reprezentativna vrijednost je 30. Za
D = 30, za zamjenu alela na jednom lokusu je potrebno 300 generacija, a da bi 2
populacije potpuno divergirale po 1000 lokusa potrebno je 300 000 generacija.
Po Holdejnu, za formiranje vrsta je potrebno 500 000 godina !!!!
12
2.10 Problemgenetičkihopterećenja
Procjena veličine genetičkog opterećenja npr. svjetskog stanovništva i njegovih
pojedinih dijelova ima izuzetan teorijski i praktični (medicinski) značaj. Prema
prikazanim modelima, genetička opterećenja su jako velika u populacijama u
kojima postojivarijabilnost. Kako se u prirodnim populacijama održava
genetička varijabilnost uz velika genetička opterećenja? Koncepcija genetičkih
opterećenja je bila dobarargument “neutralistima” da je varijabilnost u prirodi
selektivno neutralna, tj. samo strukturna.
Neutralisti Selekcionisti
Aleli najčešće nemaju fenotipski i
selektivni efekat.
Aleli imaju fenotipski efekat na
osnovu koga djeluje selekcija, čak
i kada su njeni efekti mali.
Genetički drift je najvažniji za
održavanje određene učestalosti
neutralnih alela kroz generacije.
Prirodna selekcija je najvažnija za
determinaciju alelskih učestalosti.
Genetička varijabilnost je samo
strukturna (neutralna).
Genetička varijabilnost je
funkcionalna i neophodna za
evolucione promjene.
13
2.1 Gametskidisekvilibrijum (gametska neravnoteža)
Neslučajne kombinacije genskih alela različitih genskih lokusa. Neke alelske
kombinacije različitih lokusa se pojavljuju u populaciji češće nego što je očekivano
na osnovu alelskih učestalosti (H-W učestalosti). Parametar (koeficijent)
gametskog disekvilibrijuma ( D ) je mjera odstupanja dobijenih od očekivanih
učestalosti gameta (mjera odstupanja od gametskog ekvilibrijuma).
2.12 Faktorikojiutiču na gametskidisekvilibrijum
Faktori koji utič u na gametski disekvilibrijum su sledeći:
REKOMBINACIJE – smanjuju disekvilibrijum. Geni koji su blisko locirani na
hromozomu pokazuju tendenciju da se vezano naslijeđuju (manja je učestalost
rekombinacija između njih).
Slika br.2 Rekombinacije
EPISTAZE – epistatičke interakcije između gena povećavaju GD, jer određene
kombinacije alela na različitim lokusima imaju veći fitnes; selekcija favorizuje
takve kombinacije; postojaćetendencija da se one nepromijenjene prenose u
naredne generacije; takve neslučajne kombinacije alela biće češćenego što se
očekuje (imamo GD).
14
Kako se gametski ekvilibrijum uočava na populacionom nivou?
Primjer 1) Heterostilija kod Primula vulgaris. Najviše su zastupljena 2 tipa cvijeta
– dugačak tučak + niske antere i nizak tučak + visoke antere. Ranije se mislilo da
se radi o 2 osobine determinisane jednim genom (plejotropija), ali se pokazalo da
su tu 2 gena koja se ponašaju kao supergen: gen G (aleli G i g) i gen A (aleli A i a).
Selekcija održava GD jer druge varijante dovodedo samooprašivanja i time do
posledica inbridinga.
Slika br.3 Heterostilija kod Primula vulgaris
15
3. ZAKLJUČAK
Populacijska genetika je oblast genetike koja proučava nasljedne pojave i procese
na razini reprodukcijski povezanih grupa organizama. To je nauka koja
proučava genetičku raznolikost individua i skupina posmatrane vrste organizama.
Temelje koncepta genetičkih opterećenja je postavio Haldane 1937 godine. Crow
(1958) je definisao genetičko opterećenje kao proporcionalno smanjenje prosječne
adaptivne vrijednosti (ili druge mjerljive veličine) populacije relativno u odnosuna
genotip koji posjeduje maksimalnu ili optimalnu vrijednost. Genetičko opterećenje
se obilježava simbolom L i matematički se definicija može predstaviti kao L=
Wmax-W/ Wmax odnosno, ako se „najboljem“ genotipu dodjeli adaptivna
vrijednost jednaka 1, tada je L=1- W. Genetičko opterećenje se definiše kao
proporcija sa kojom se smanjuje adaptivna vrijednost (fitness) optimalnih i
prosječnih genotipova uslijed prisustva štetnih gena (letalni, semiletalni,
subvitalni). Postoji mutaciono i segregaciono genetsko opterećenje. Svaka jedinka
čiji je fitnes manji od maksimalnog (W<1) je dio genetičkih opterećenja
populacije. Bez postojanja genetičke varijabilnosti ne bi bilo ni evolucije. Mutacije
su evolutivni faktor koji generiše genetičku varijabilnost, i bez kojeg ne bi bilo
opstanka u promjenljivim uslovima spoljašnje sredine. Sa druge strane, i pored
njihove važne uloge u evoluciji živih sistema, većina mutacija je štetna. Veličina
genetičkih opterećenja, pored mutacija zavisi i od faktora spoljašnje sredine,
naročito pri stresnim promjenama sredine, u kojima bi bile izraženije razlike
između jedinki populacije. Kad bi mutaciona stopagenoma bila konstantna, onda
bi genetička opterećenja u ravnoteži bila ista kako u populaciji sa aseksualnim tako
i sa seksualnim tipom razmnožavanja. Procjena veličine genetičkog opterećenja
npr. svjetskog stanovništva i njegovih pojedinih dijelova ima izuzetan teorijski i
praktični (medicinski) značaj.
16
Cijena koju populacije plaćaju uslijed postojanja homozigota u uslovima heteroze,
okupiranja različitih mikrostaništa, supstitucije alela djelovanjem prirodne
selekcije, itd., manifestuje se preko tzv. genetičke smrti. Genetička smrt ne
podrazumijeva isključivo fizičku smrt jedinke, već može biti izražena preko
sterilnosti, smanjene fertilnosti, nemogućnosti pronalaženja partnera, ili bilo kojih
uzroka smanjenja reproduktivne sposobnostigenotipova sa nižim fitnesom.
Populacija mora da plati cijenu zamjene 10 puta veću od svoje veličine.
Pretpostavka je da populacija može da žrtvuje samo 10% svojih članova, odnosno
100 generacija je potrebno da se izvrši kompletna supstitucija. Prema Holdejnu D
ima vrijednosti od 10 do 100, a reprezentativna vrijednost je 30. Za D = 30, za
zamjenu alela na jednom lokusu je potrebno 300 generacija, a da bi 2 populacije
potpuno divergirale po 1000 lokusa potrebno je 300 000 generacija. Po Holdejnu,
za formiranje vrsta je potrebno 500 000 godina.
17
4. LITERATURA
 Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike,
Beograd, 1986.
 Mrežni udžbenik iz Genetike, prof. dr. sc. Mirjana Pavlica
 file:///C:/Users/Melisa/Downloads/Savic%20Veselinovic%20Marija.pdf

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

ŽIvotna sredina i životno stanište
ŽIvotna sredina i životno staništeŽIvotna sredina i životno stanište
ŽIvotna sredina i životno staništeIvana Damnjanović
 
црвене књиге флоре и фауне
црвене књиге флоре и фаунецрвене књиге флоре и фауне
црвене књиге флоре и фаунеDjurdjica Simin
 
Типови наслеђивања особина
Типови наслеђивања особинаТипови наслеђивања особина
Типови наслеђивања особинаVioleta Djuric
 
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucijeltixomir
 
Evolucija čoveka, 7. razred
Evolucija čoveka, 7. razredEvolucija čoveka, 7. razred
Evolucija čoveka, 7. razredplavaplaneta
 
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstva
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstvaTipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstva
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstvaAlleteja
 
Veliki mozak
Veliki mozakVeliki mozak
Veliki mozakdr Šarac
 
Elektromagnetno oscilovanje
Elektromagnetno  oscilovanjeElektromagnetno  oscilovanje
Elektromagnetno oscilovanjeNastavnik fizike
 
Monogensko nasleđivanje
Monogensko nasleđivanjeMonogensko nasleđivanje
Monogensko nasleđivanjedr Šarac
 
Nasledjivanje pola
Nasledjivanje polaNasledjivanje pola
Nasledjivanje polaEna Horvat
 
populaciona genetika
populaciona genetikapopulaciona genetika
populaciona genetikaOmer Husovic
 
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3dr Šarac
 
Биљни хормони
Биљни хормониБиљни хормони
Биљни хормониjasminas
 

Mais procurados (20)

ŽIvotna sredina i životno stanište
ŽIvotna sredina i životno staništeŽIvotna sredina i životno stanište
ŽIvotna sredina i životno stanište
 
црвене књиге флоре и фауне
црвене књиге флоре и фаунецрвене књиге флоре и фауне
црвене књиге флоре и фауне
 
Типови наслеђивања особина
Типови наслеђивања особинаТипови наслеђивања особина
Типови наслеђивања особина
 
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije
2. Lamarkova i darvinova teorija evolucije
 
Evolucija čoveka, 7. razred
Evolucija čoveka, 7. razredEvolucija čoveka, 7. razred
Evolucija čoveka, 7. razred
 
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstva
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstvaTipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstva
Tipovi nasleđivanja pola i polno vezana svojstva
 
Šta je genetika
Šta je genetikaŠta je genetika
Šta je genetika
 
Veliki mozak
Veliki mozakVeliki mozak
Veliki mozak
 
Genetika uvod, pravila nasledjivanja, odnosi medju alelima
Genetika uvod, pravila nasledjivanja, odnosi medju alelimaGenetika uvod, pravila nasledjivanja, odnosi medju alelima
Genetika uvod, pravila nasledjivanja, odnosi medju alelima
 
Elektromagnetno oscilovanje
Elektromagnetno  oscilovanjeElektromagnetno  oscilovanje
Elektromagnetno oscilovanje
 
Monogensko nasleđivanje
Monogensko nasleđivanjeMonogensko nasleđivanje
Monogensko nasleđivanje
 
Lešne promene
Lešne promeneLešne promene
Lešne promene
 
Nasledjivanje pola
Nasledjivanje polaNasledjivanje pola
Nasledjivanje pola
 
populaciona genetika
populaciona genetikapopulaciona genetika
populaciona genetika
 
Bakterijske kolonije
Bakterijske kolonijeBakterijske kolonije
Bakterijske kolonije
 
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3
Problemi u vezi sa periodom odrastanja 3
 
Biodiverzitet
BiodiverzitetBiodiverzitet
Biodiverzitet
 
Evolucija primata
Evolucija primataEvolucija primata
Evolucija primata
 
Биљни хормони
Биљни хормониБиљни хормони
Биљни хормони
 
Teorije evolucije
Teorije evolucijeTeorije evolucije
Teorije evolucije
 

Semelhante a Geneticko opterecenje populacija

Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjena
Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjenaUticaj sredine na izazivanje naslednih promjena
Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjenaOlivera Lučić
 
Genska terapija kancera
Genska terapija kanceraGenska terapija kancera
Genska terapija kanceraMelisa Kadric
 
Genetika - Genotoksičnost i mutagenost
Genetika - Genotoksičnost i mutagenostGenetika - Genotoksičnost i mutagenost
Genetika - Genotoksičnost i mutagenostDenisKrii
 
Metode humane genetike
Metode humane genetikeMetode humane genetike
Metode humane genetikemaryk26
 
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanje
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanjeMetode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanje
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanjeslavicalukac1
 

Semelhante a Geneticko opterecenje populacija (6)

Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjena
Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjenaUticaj sredine na izazivanje naslednih promjena
Uticaj sredine na izazivanje naslednih promjena
 
Genska terapija kancera
Genska terapija kanceraGenska terapija kancera
Genska terapija kancera
 
Brakovi u srodstvu
Brakovi u srodstvuBrakovi u srodstvu
Brakovi u srodstvu
 
Genetika - Genotoksičnost i mutagenost
Genetika - Genotoksičnost i mutagenostGenetika - Genotoksičnost i mutagenost
Genetika - Genotoksičnost i mutagenost
 
Metode humane genetike
Metode humane genetikeMetode humane genetike
Metode humane genetike
 
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanje
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanjeMetode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanje
Metode humane genetike i autozomno-dominantno nasljedjivanje
 

Mais de Melisa Kadric

Uticaj sna na fizioloske procese
Uticaj sna na fizioloske proceseUticaj sna na fizioloske procese
Uticaj sna na fizioloske proceseMelisa Kadric
 
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomiji
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomijiPrimjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomiji
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomijiMelisa Kadric
 
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnji
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnjiGajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnji
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnjiMelisa Kadric
 
Odredivanje bioloskog profila osobe
Odredivanje bioloskog profila osobeOdredivanje bioloskog profila osobe
Odredivanje bioloskog profila osobeMelisa Kadric
 
Sest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaSest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaMelisa Kadric
 
Kultura biljnih celija i tkiva
Kultura biljnih celija i tkivaKultura biljnih celija i tkiva
Kultura biljnih celija i tkivaMelisa Kadric
 
Deforestacija i posumljavanje
Deforestacija i posumljavanjeDeforestacija i posumljavanje
Deforestacija i posumljavanjeMelisa Kadric
 
Ekosistem stajacih voda
Ekosistem stajacih vodaEkosistem stajacih voda
Ekosistem stajacih vodaMelisa Kadric
 
Genska terapija kancera
Genska terapija kanceraGenska terapija kancera
Genska terapija kanceraMelisa Kadric
 
Sest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaSest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaMelisa Kadric
 
Bioloski profil osobe
Bioloski profil osobeBioloski profil osobe
Bioloski profil osobeMelisa Kadric
 

Mais de Melisa Kadric (19)

Rekombinantna dna
Rekombinantna dnaRekombinantna dna
Rekombinantna dna
 
Razvoj ekologije
Razvoj ekologijeRazvoj ekologije
Razvoj ekologije
 
Danio rerio
Danio rerioDanio rerio
Danio rerio
 
Uticaj sna na fizioloske procese
Uticaj sna na fizioloske proceseUticaj sna na fizioloske procese
Uticaj sna na fizioloske procese
 
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomiji
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomijiPrimjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomiji
Primjena fiziologije biljaka u poljoprivredi i agronomiji
 
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnji
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnjiGajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnji
Gajenje mikroorganizama u industrijskoj proizvodnji
 
Leukemija
LeukemijaLeukemija
Leukemija
 
Mikotoksini
MikotoksiniMikotoksini
Mikotoksini
 
Odredivanje bioloskog profila osobe
Odredivanje bioloskog profila osobeOdredivanje bioloskog profila osobe
Odredivanje bioloskog profila osobe
 
Sest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaSest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranja
 
Kultura biljnih celija i tkiva
Kultura biljnih celija i tkivaKultura biljnih celija i tkiva
Kultura biljnih celija i tkiva
 
Deforestacija i posumljavanje
Deforestacija i posumljavanjeDeforestacija i posumljavanje
Deforestacija i posumljavanje
 
Genetika leukemije
Genetika leukemijeGenetika leukemije
Genetika leukemije
 
Ekosistem stajacih voda
Ekosistem stajacih vodaEkosistem stajacih voda
Ekosistem stajacih voda
 
Genska terapija kancera
Genska terapija kanceraGenska terapija kancera
Genska terapija kancera
 
Rekombinantna DNA
Rekombinantna DNARekombinantna DNA
Rekombinantna DNA
 
Mikotoskini
MikotoskiniMikotoskini
Mikotoskini
 
Sest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranjaSest masovnih izumiranja
Sest masovnih izumiranja
 
Bioloski profil osobe
Bioloski profil osobeBioloski profil osobe
Bioloski profil osobe
 

Geneticko opterecenje populacija

  • 1. Univerzitet u Tuzli Prirodno-matematički fakultet Odsjek: Primijenjena biologija Seminarski rad iz predmeta Opća genetika ''Genetičko opterećenje populacije'' Mentor: Dr.sc Rifet Terzić, prof. Pripemila: Kadrić Melisa Tuzla, 20.12.2016
  • 2. 2 Contents 1. UVOD.......................................................................................................................................3 2. RAZRADA TEME.....................................................................................................................4 2.1 Faktori genetičkog opterećenja .............................................................................................4 2.2 Matematička formulacija za genetička opterećenja..................................................................7 2.3 Kategorije genetičkih opterećenja ..........................................................................................7 2.4 Mutaciona genetička opterećenja ...........................................................................................7 2.5 Segregaciona genetička opterećenja .......................................................................................8 2.6 Supstituciona genetička opterećenja.......................................................................................9 2.7 Holdejnova dilema..............................................................................................................10 2.9 Holdejnova matematika ......................................................................................................11 2.10 Problem genetičkih opterećenja .........................................................................................12 2.1 Gametski disekvilibrijum (gametska neravnoteža) ................................................................13 2.12 Faktori koji utiču na gametski disekvilibrijum ....................................................................13 3. ZAKLJUČAK..........................................................................................................................15 4. LITERATURA........................................................................................................................17
  • 3. 3 1. UVOD U prirodi jedinke jedne vrste uvijek žive u grupama na određenomprostorui predstavljaju jednu populaciju. Najznačajniji odnos koji se uspostavlja među jedinkama jedne populacije je reproduktivni odnos zbog čega u populaciji postoji stalna razmjena genetičkog materijala između jedinki koje je čine. Populacijska genetika je oblast genetike koja proučava nasljedne pojave i procesena razini reprodukcijski povezanih grupa organizama. Istražuje i modelira moguće odnoseu genetičkoj strukturi populacije, faktorima održavanja i narušavanja njene ravnoteže, dinamiku i prirodu tih promjena. Ukratko, to je nauka koja proučava genetičku raznolikost individua i skupina posmatrane vrste organizama. Temelje koncepta genetičkih opterećenja je postavio Haldane 1937 godine. Crow (1958) je definisao genetičko opterećenje kao proporcionalno smanjenje prosječne adaptivne vrijednosti (ili druge mjerljive veličine) populacije relativno u odnosuna genotip koji posjeduje maksimalnu ili optimalnu vrijednost. Genetičko opterećenje se obilježava simbolom L i matematički se definicija može predstaviti kao L= Wmax-W/ Wmax odnosno, ako se „najboljem“ genotipu dodjeli adaptivna vrijednost jednaka 1, tada je L=1- W. Genetičko opterećenje se definiše kao proporcija sa kojom se smanjuje adaptivna vrijednost (fitness) optimalnih i prosječnih genotipova uslijed prisustva štetnih gena (letalni, semiletalni, subvitalni). Postoji mutaciono i segregaciono genetsko opterećenje. Svaka jedinka čiji je fitnes manji od maksimalnog (W<1) je dio genetičkih opterećenja populacije. Genetička opterećenja su mjera prosječnogindividualnog odstupanja od optimalnog fenotipa u konkretnim uslovima životne sredine.
  • 4. 4 2. RAZRADA TEME 2.1 Faktori genetičkog opterećenja Bez postojanja genetičke varijabilnosti ne bi bilo ni evolucije. Mutacije su evolutivni faktor koji generiše genetičku varijabilnost, i bez kojeg ne bi bilo opstanka u promjenljivim uslovima spoljašnje sredine. Sa druge strane, i pored njihove važne uloge u evoluciji živih sistema, većina mutacija je štetna. Nove mutacije većinom smanjuju adaptivnu vrijednost jedinki, pa prirodna selekcija djeluje tako da im smanjuje učestalost u populacijama. Svi štetni aleli nastali mutacijama ne mogu biti odmah eliminisani, pa se zbog toga smanjuje prosječna adaptivna vrijednost populacije. Ovakav efekat štetnih mutacija se naziva mutaciono genetičko opterećenje. Haldane (1937) je izveo da je redukcija adaptivne vrijednosti uslijed prisustva genetičkih opterećenja (L) proporcionalna udvostručenojvrijednosti stopemutacije L=2u, ako se posmatra jedan lokus, sa nepotpunom dominansom, kod diplodnih organizama. On je takođe ukazao da mutaciona opterećenja mogu biti veoma velika, ako se uzmu u obzir mutacije cijelog genoma. Ako se stopaštetnih mutacija cijelog genoma označava kao U, onda je prosječna adaptivna vrijednost populacije 𝑊 = 𝑒 −U , dok je genetičko opterećenje 𝐿 = 1 − 𝑊 = 1 − 𝑒 −𝑈 . Po njegovim pretpostavkama, prosječna jedinka pri mutaciono-selekcionom balansu (kada bi se u prosjeku desila jedna štetna mutacija po genomu po generaciji) ima za oko 60% nižu adaptivnu vrijednost u odnosuna onu koja bi se očekivala pri uslovima bez mutacija. Ovaj zaključak je postao osnovaza mnoge druge evolutivne fenomene, kao što su izumiranje populacija, evolucija seksualne naspram aseksualne reprodukcije, inbriding depresija, evolucija samooplodnje u odnosuna stranooplodnju..Genetička opterećenja o kojima su pisali Haldane (1937), Crow (1948) i Muller (1950) se odnosena opterećenja izazvana mutacijama, pa se stoga nazivaju mutacionim genetičkim opterećenjima. Pored njih, u zavisnosti od uzroka smanjenja prosječne adaptivne vrijednosti populacije, genetička
  • 5. 5 opterećenja mogu biti segregaciona, inkompatibilna, drift, migraciona, substituciona. U kojoj mjeri će štetni aleli redukovati prosječnu adaptivnu vrijednost populacije zavisi od toga na koje komponente adaptivne vrijednosti utiču. Teško je predvidjeti veličinu promjene u adaptivnim vrijednostima, ako se izuzmu krajnje ekstremni mogući ishodi, tipa da su mutacije selektivno neutralne, ili da su letalne. Selekcioni pritisak može biti različite jačine, a krajnji efekat na prosječnu adaptivnu vrijednost populacije zavisi od mnogo drugih. Na prosječnu adaptivnu vrijednost populacije utiče i način njene procjene. Kako je prosječna adaptivna vrijednost određena primarno adaptivnom vrijednošću ženki kod većine vrsta, svaki zaključak treba izvesti sa predostrožnošću. Posljednjih godina se vode polemike oko različitih stopamutacija kod mužjaka i kod ženki i da li je selekcija protiv štetnih alela jača kod mužjaka nego kod ženki . Ove potencijalne razlike među polovima mogu, stoga, različito oblikovati prosječne adaptivne vrijednosti populacije. Posljedica svake štetne mutacije, i kod muškog i kod ženskog pola, jeste smanjenje adaptivne vrijednosti jedinke, jer negativan efekat na adaptivnu vrijednost definiše mutaciju kao štetnu. Da li neka mutacija djeluje na isti način, tj. da li ima isti efekat i na mužjaka i ženku je pitanje koje zahtjeva eksperimentalnu procedurusa poznatim mutacijama radi upoređivanja. Međutim, i ovaj pristup nosi određena ograničenja, između ostalog zbog malog broja fenotipski vidljivih mutacija i poznatog efekta na adaptivnu vrijednost. Drugi mogući pristup je mjerenje efekta štetnih mutacija kod visoko inbridingovanih linija, preko procijena inbriding depresije. Razlika u hromozomskoj konstituciji između mužjaka i ženki, odnosno razlika u polnim hromozomima, je u ovom pristupu ograničenje, i činjenica za potencijalno loše procjenjivanje s obzirom da bi se kod heterogametnog pola mutirani aleli eksprimirali u hemizigotnom stanju. Dosadašnji rezultati svakako potvrđuju isti pravac djelovanja štetnih mutacija kod oba pola, odnosno, smanjenje neke od komponenti adaptivne vrijednosti. Oni takođe ukazuju na tendenciju da je selekcioni pritisak snažniji kod mužjaka, što bi bilo u skladu sa teorijom o ulozi
  • 6. 6 seksualne selekcije u redukciji genetičkih opterećenja i uspješnošćuu parenju mužjaka, kao bitnom komponentom njihove adaptivne vrijednosti. Sve je više podataka koji ukazuju na veću stopumutacija kod mužjaka, u poređenju sa ženkama. Odnos stopemutacija mužjaka i stopemutacija ženki u prosjeku iznosi oko 5 (α=5). Ova procjena se zasniva većinom na podacima dobijenim ispitivanjem kičmenjačkih vrsta. Raniji podacina Drosophila nisu ukazivali na razlike u stopama mutacije među polovima, ali nove procjene takođe potvrđuju višu stopukod mužjaka, i to dva puta. Faktori koji leže u osnovi razlika između polova jesu češćediobe muških gameta, samim tim i veći broj replikacija, pa se povećava i vjerovatnoća nastanka mutacija. Pored razlika u veličini stope mutacija koje postojeizmeđu različitih vrsta, smatra se i da različiti genotipovi jedne vrste mogu imati različite stopemutacija. Jedinke se mogu razlikovati u genetičkom kvalitetu, pa su jedinke lošijeg genetičkog kvaliteta, uslijed posjedovanja štetnih alela obično i lošijeg fenotipskog stanja. Štetne mutacije mogu imati efekat na ćelije i njihova stanja, metabolizam, što može voditi sukcesivnim koracima i do grešaka u samoj replikaciji i reparaciji, pa bi krajnji efekat bio i povećanje stopemutacija. Sharp i Agrawal (2012) su pokazali da genotipovi “lošijeg kvaliteta” (genotipovi koji sadrže veći broj štetnih mutacija) kod D. melanogaster imaju povećanu stopumutacije. Veličina genetičkih opterećenja zavisi i od faktora spoljašnje sredine, naročito pri stresnim promjenama sredine, u kojima bi bile izraženije razlike između jedinki populacije. Kad bi mutaciona stopagenoma bila konstantna, onda bi genetička opterećenja u ravnoteži bila ista kako u populaciji sa aseksualnim tako i sa seksualnim tipom razmnožavanja.
  • 7. 7 2.2 Matematička formulacija za genetička opterećenja L = (Wmax – W)/Wmax Wmax = 1 ; L = 1 - W 2.3 Kategorije genetičkihopterećenja a) Ulazna (input) genetička opterećenja – smanjenje prosječnogfitnesa uslijed uvođenja novih genetičkih varijanti, koje uslovljavaju pojavu genotipova sa nižim fitnesom. Mutaciona genetička opterećenja – mutacioni proces može održavati u populaciji alel koji svojim nosiocima smanjuje fitnes. Migraciona genetička opterećenja – imigranti uvode u genski fond populacije alele koji svojim nosiocima smanjuju fitnes. b) Balansna genetička opterećenja – smanjenje prosječnogfitnesa uslijed mehanizama koji održavaju genetičku varijabilnost populacije. Segregaciona opterećenja – u slučaju heteroze, homozigoti imaju niži fitnes, a uvijek su prisutni u populaciji (segregacija – Mendelova pravila). Rekombinaciona opterećenja – rekombinacije stvaraju nove kombinacije gena koje mogu imati niži fitnes. Heterogeno sredinska opterećenja – genotipovi žive i u mikrostaništima u kojima imaju niži fitnes. c) Supstituciona genetička opterećenja (cijena prirodne selekcije) – cijena koju populacija plaća da bi došlo do zamjene jednog genskog alela drugim (povoljnijim), tj. da bi povećala svoj prosječan fitnes. 2.4 Mutaciona genetička opterećenja Nastaju zbog prisustva genskih alela koji se u populaciji održavaju putem balansa između stopemutacije (u) i koeficijenta selekcije (s). Mnogi elementi
  • 8. 8 genetičkog opterećenja manifestuju se još u prenatalnom periodu svake generacije, ali se najčešće registruju kongenitalno. Kongenitalne anomalije ili „urođene nepravilnosti” su anomalije oblika, strukture ili funkcije koje postoje na rođenju i dovodedo smanjenja fizičke i mentalne sposobnosti. Ako su mutacije neutralne, tj. ne utiču na fitnes svojih nosilaca, ne učestvuju u genetičkim opterećenjima populacije. Primjer 1.) Kodominantne interakcije alela W = 1 – sq, q = 2u/s L = s·2u/s L = 2u Zaključak je da mutaciona opterećenja zavise samo od stopamutacija. Za veći broj lokusa koji su međusobno nezavisni, ukupno genetičko opterećenje je: L = n·u n – broj lokusa ; u – prosječna stopamutacija po lokusu 2.5 Segregaciona genetičkaopterećenja Na određenom lokusu postojiheteroza. WAA = 1-s1, WAa = 1, Waa = 1-s3 Homozigoti su dio genetičkih opterećenja i uvijek prisutni u populaciji zbog slobodnogkombinovanja i segregiranja alela (Mendelova pravila). W = 1 – s1p2– s3q2 U ravnoteži: q = s1/(s1+s3) p = s3/(s1+s3) W = 1 – s1s3/(s1+s3) L = s1s3/(s1+s3)
  • 9. 9 Primjer 1.) Srpastaanemija kod ljudi Slika br. 1 Srpasti eritrociti s1= 0.15, s3= 1 ⇒ L = 0.1 10% ljudi u populaciji u ravnoteži umrijeće prije polne zrelosti ili od malarije ili od anemije ili će imati smanjenu fertilnost (genetička smrt). Za veći broj nezavisnih alela sa heterozom efekat genetičkih opterećenja bio bi ogroman. Npr. 20 nezavisnih gena, s1 i s3 kao kod srpasteanemije, samo 0,920= 12% jedinki bi preživelo. Npr. 1000 polimorfnih lokusa kod Drosophila, s1= s3= 0.01. Za jedan lokus L= 0.005, za 1000 lokusa preživjelo bi 0.9951000= 0.7% jedinki. Ni jedna populacija ne bi mogla da podnesetako velika opterećenja. 2.6 Supstituciona genetičkaopterećenja U populaciji postojejedinke sa genetičkom varijantom koja obezbjeđuje preživljavanje u novim sredinskim uslovima. Stanište koje naseljava jedna populacija se značajno izmijeni: velika količina kiše, pad temperature, pojava novog predatora ili novog patogena, naglo opadne količina hrane i slično. U populaciji postoje jedinke sa genetičkom varijantom koja obezbjeđuje preživljavanje u novim sredinskim uslovima. Npr. pri pojavi
  • 10. 10 novog predatora, jedinke koje bolje vide, brže trče ili imaju bolju kamuflažu, bolje će preživljavati u novim uslovima. Npr. pri velikom sniženju temperature, genetičke varijante koje uslovljavaju duže krzno, obezbjediće bolje preživljavanje. Prije promjene sredine, takve genetičke varijante su bile rijetke, jer nisu davale nikakvu prednostsvojim nosiocima, ili su čak bile štetne, a održavale su se u populaciji mutacionim procesom. Nakon promjene sredine, takve genetičke varijante će povećavati svoju učestalost, jer će njihovi nosioci bolje preživljavati i ostavljati više potomaka (selekcija favorizuje te varijante). Nakon X generacija, nove genetičke varijante biće fiksirane, tj. zamjeniće stare (supstitucija).Supstitucija podrazumijeva da će tokom generacija doćido velike “genetičke smrti” onih jedinki koje nemaju favorizovane alele. Ove smrti, do kojih ne bi došlo bez promjene sredine, Holdejn je nazvao “cijena supstitucije” ili “cijena prirodne selekcije”. Svi genotipovi koji nemaju favorizovan alel su dio genetičkih opterećenja. Holdejn je pretpostavio da postoji određen procenat jedinki koje populacija može, u ovoj zamjeni, žrtvovati, a da nema opasnostipo opstanak populacije. To određuje brzinu kojom se zamjena može odigrati, a ta brzina pozitivno zavisi i od reproduktivnog potencijala vrste. 2.7 Holdejnova dilema Da li su genetičke promjene u populaciji brže ako se dešavaju na većem broju lokusa istovremeno? (Odgovor:NE ) Do brzih genetičkih promjena u populaciji može doćisamo ako se zamjene odvijaju istovremeno kod malog broja gena. Holdejn je smatrao da su geni međusobno nezavisni što podrazumjeva multiplikativni model genetičkih opterećenja (L1·L2·L3·.....Ln; n- broj lokusa). To podrazumijeva ogromna genetička opterećenja; jedan genotip može nositi na jednom lokusu povoljan alel, ali ne može biti favorizovan zbog neto negativnog efekta na drugim lokusima.
  • 11. 11 2.8 Genetička smrt Cijena koju populacije plaćaju uslijed postojanja homozigota u uslovima heteroze, okupiranja različitih mikrostaništa, supstitucije alela djelovanjem prirodne selekcije, itd., manifestuje se preko tzv. genetičke smrti. Genetička smrt ne podrazumijeva isključivo fizičku smrt jedinke, već može biti izražena preko sterilnosti, smanjene fertilnosti, nemogućnosti pronalaženja partnera, ili bilo kojih uzroka smanjenja reproduktivne sposobnostigenotipova sa nižim fitnesom. 2.9 Holdejnova matematika Npr. selekcija protiv recesivnog alela (alel A zamenjuje alel a): WAA=1, WAa=1, Waa=1-s W = 1 – sq2 L = sq2 U narednoj generaciji biće eliminisano sq2N jedinki Ukupna smrtnost D= ∑sq2= -ln p0 Cijena kompletne zamjene iznosi: D·N Npr. korisna mutacija A, početna učestalost p0=5·10-5, N = 100 ⇒ D = 9.9 ≈ 10, D·N = 1000 Populacija mora da plati cijenu zamjene 10 puta veću od svoje veličine. Pretpostavka je da populacija može da žrtvuje samo 10% svojih članova, odnosno 100 generacija je potrebno da se izvrši kompletna supstitucija. Prema Holdejnu D ima vrijednosti od 10 do 100, a reprezentativna vrijednost je 30. Za D = 30, za zamjenu alela na jednom lokusu je potrebno 300 generacija, a da bi 2 populacije potpuno divergirale po 1000 lokusa potrebno je 300 000 generacija. Po Holdejnu, za formiranje vrsta je potrebno 500 000 godina !!!!
  • 12. 12 2.10 Problemgenetičkihopterećenja Procjena veličine genetičkog opterećenja npr. svjetskog stanovništva i njegovih pojedinih dijelova ima izuzetan teorijski i praktični (medicinski) značaj. Prema prikazanim modelima, genetička opterećenja su jako velika u populacijama u kojima postojivarijabilnost. Kako se u prirodnim populacijama održava genetička varijabilnost uz velika genetička opterećenja? Koncepcija genetičkih opterećenja je bila dobarargument “neutralistima” da je varijabilnost u prirodi selektivno neutralna, tj. samo strukturna. Neutralisti Selekcionisti Aleli najčešće nemaju fenotipski i selektivni efekat. Aleli imaju fenotipski efekat na osnovu koga djeluje selekcija, čak i kada su njeni efekti mali. Genetički drift je najvažniji za održavanje određene učestalosti neutralnih alela kroz generacije. Prirodna selekcija je najvažnija za determinaciju alelskih učestalosti. Genetička varijabilnost je samo strukturna (neutralna). Genetička varijabilnost je funkcionalna i neophodna za evolucione promjene.
  • 13. 13 2.1 Gametskidisekvilibrijum (gametska neravnoteža) Neslučajne kombinacije genskih alela različitih genskih lokusa. Neke alelske kombinacije različitih lokusa se pojavljuju u populaciji češće nego što je očekivano na osnovu alelskih učestalosti (H-W učestalosti). Parametar (koeficijent) gametskog disekvilibrijuma ( D ) je mjera odstupanja dobijenih od očekivanih učestalosti gameta (mjera odstupanja od gametskog ekvilibrijuma). 2.12 Faktorikojiutiču na gametskidisekvilibrijum Faktori koji utič u na gametski disekvilibrijum su sledeći: REKOMBINACIJE – smanjuju disekvilibrijum. Geni koji su blisko locirani na hromozomu pokazuju tendenciju da se vezano naslijeđuju (manja je učestalost rekombinacija između njih). Slika br.2 Rekombinacije EPISTAZE – epistatičke interakcije između gena povećavaju GD, jer određene kombinacije alela na različitim lokusima imaju veći fitnes; selekcija favorizuje takve kombinacije; postojaćetendencija da se one nepromijenjene prenose u naredne generacije; takve neslučajne kombinacije alela biće češćenego što se očekuje (imamo GD).
  • 14. 14 Kako se gametski ekvilibrijum uočava na populacionom nivou? Primjer 1) Heterostilija kod Primula vulgaris. Najviše su zastupljena 2 tipa cvijeta – dugačak tučak + niske antere i nizak tučak + visoke antere. Ranije se mislilo da se radi o 2 osobine determinisane jednim genom (plejotropija), ali se pokazalo da su tu 2 gena koja se ponašaju kao supergen: gen G (aleli G i g) i gen A (aleli A i a). Selekcija održava GD jer druge varijante dovodedo samooprašivanja i time do posledica inbridinga. Slika br.3 Heterostilija kod Primula vulgaris
  • 15. 15 3. ZAKLJUČAK Populacijska genetika je oblast genetike koja proučava nasljedne pojave i procese na razini reprodukcijski povezanih grupa organizama. To je nauka koja proučava genetičku raznolikost individua i skupina posmatrane vrste organizama. Temelje koncepta genetičkih opterećenja je postavio Haldane 1937 godine. Crow (1958) je definisao genetičko opterećenje kao proporcionalno smanjenje prosječne adaptivne vrijednosti (ili druge mjerljive veličine) populacije relativno u odnosuna genotip koji posjeduje maksimalnu ili optimalnu vrijednost. Genetičko opterećenje se obilježava simbolom L i matematički se definicija može predstaviti kao L= Wmax-W/ Wmax odnosno, ako se „najboljem“ genotipu dodjeli adaptivna vrijednost jednaka 1, tada je L=1- W. Genetičko opterećenje se definiše kao proporcija sa kojom se smanjuje adaptivna vrijednost (fitness) optimalnih i prosječnih genotipova uslijed prisustva štetnih gena (letalni, semiletalni, subvitalni). Postoji mutaciono i segregaciono genetsko opterećenje. Svaka jedinka čiji je fitnes manji od maksimalnog (W<1) je dio genetičkih opterećenja populacije. Bez postojanja genetičke varijabilnosti ne bi bilo ni evolucije. Mutacije su evolutivni faktor koji generiše genetičku varijabilnost, i bez kojeg ne bi bilo opstanka u promjenljivim uslovima spoljašnje sredine. Sa druge strane, i pored njihove važne uloge u evoluciji živih sistema, većina mutacija je štetna. Veličina genetičkih opterećenja, pored mutacija zavisi i od faktora spoljašnje sredine, naročito pri stresnim promjenama sredine, u kojima bi bile izraženije razlike između jedinki populacije. Kad bi mutaciona stopagenoma bila konstantna, onda bi genetička opterećenja u ravnoteži bila ista kako u populaciji sa aseksualnim tako i sa seksualnim tipom razmnožavanja. Procjena veličine genetičkog opterećenja npr. svjetskog stanovništva i njegovih pojedinih dijelova ima izuzetan teorijski i praktični (medicinski) značaj.
  • 16. 16 Cijena koju populacije plaćaju uslijed postojanja homozigota u uslovima heteroze, okupiranja različitih mikrostaništa, supstitucije alela djelovanjem prirodne selekcije, itd., manifestuje se preko tzv. genetičke smrti. Genetička smrt ne podrazumijeva isključivo fizičku smrt jedinke, već može biti izražena preko sterilnosti, smanjene fertilnosti, nemogućnosti pronalaženja partnera, ili bilo kojih uzroka smanjenja reproduktivne sposobnostigenotipova sa nižim fitnesom. Populacija mora da plati cijenu zamjene 10 puta veću od svoje veličine. Pretpostavka je da populacija može da žrtvuje samo 10% svojih članova, odnosno 100 generacija je potrebno da se izvrši kompletna supstitucija. Prema Holdejnu D ima vrijednosti od 10 do 100, a reprezentativna vrijednost je 30. Za D = 30, za zamjenu alela na jednom lokusu je potrebno 300 generacija, a da bi 2 populacije potpuno divergirale po 1000 lokusa potrebno je 300 000 generacija. Po Holdejnu, za formiranje vrsta je potrebno 500 000 godina.
  • 17. 17 4. LITERATURA  Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.  Mrežni udžbenik iz Genetike, prof. dr. sc. Mirjana Pavlica  file:///C:/Users/Melisa/Downloads/Savic%20Veselinovic%20Marija.pdf