Transcript N AA

Populasyon genetiği
Cenk Aral
Moleküler Biyoloji AD
Popülasyonlar ve Gen Havuzları
• Popülasyon; aynı türe ait, aynı coğrafyada
yaşayan ve potansiyel olarak birbirleri ile
eşleşebilen bireylerden oluşur.
• Popülasyonlar dinamiktir;
– Doğum/ölüm oranlarında değişim
– Göç
– Diğer popülasyonlarla karışma vs…
• Gen havuzu popülasyondaki tüm allellerin
toplamıdır.
Popülasyon genetiği
• Genlerin popülasyondaki dağılımı, gen ve
genotip frekanslarının nasıl korunduğu ve
değiştiğini konu alan çalışmalardır
Kullanım alanları:
– Genetik danışma
– Genetik tarama programlarında
– Adli vakalarda DNA testleri
Fenotip, genotip ve allel frekansları
• Genetik danışma isteyen her ailede, her
bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi
belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru
tanımlayabiliriz.
• Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan
sorumlu genotip bilinmemektedir.
Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece
hastalığın fenotipidir.
Fenotip, genotip ve allel frekansları
• Genetik danışma isteyen her ailede, her
bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi
belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru
tanımlayabiliriz.
• Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan
sorumlu genotip bilinmemektedir.
Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece
hastalığın fenotipidir.
Genotip frekanslarından allel
frekanslarının hesaplanması
• Genotip frekansları bize allel frekanslarını
hesaplama olanağı sağlar
HIV direncinin genetiği
• AIDS’ e neden olan HIV virüsünün belli suşları
için giriş noktası görevi yapan hücre yüzeyi
sitokin reseptörünü kodlayan CCR5 geni.
• Bu gende 32 bç bir delesyon fonksiyonel
olmayan bir allel yaratır (CCR5)
• CCR5 için homozigot olan bireyler hücre
yüzeyinde hiç reseptör bulundurmazlar ve
HIV dirençlidirler.
HIV direncinin genetiği
Genotip
Sayı
Genotip frekansı
CCR5/CCR5
647
0.821
CCR5/CCR5
134
0.170
CCR5/CCR5
7
0.009
Toplam= 788
1
Allel
Allel frekansı
CCR5
0.906
CCR5
0.094
Toplam= 1
HIV direncinin genetiği
ÖZET
• 2 alleli (A ve a) olan bir gen için:
NAA = AA homozigotlarının sayısı
NAa = heterozigotların sayısı
Naa = aa homozigotlarının sayısı
• NAA + NAa + Naa = N popülasyondaki birey sayısı
• p = A allelinin frekansı ve q = a allelinin frekansı
ise;
– p = (2NAA + NAa) / 2N
– q = (2Naa + NAa) / 2N
– p+q = 1
Allel frekanslarında genotip
frekanslarının hesaplanması
• Farklı olarak, allel frekanslarını bildiğimiz bir popülasyonda
genotip frekanslarını hesaplamak çok kolay değildir, çünkü
allellerin genotipler arasındaki dağılımını bilmiyoruz.
• 1908-İngiliz matematikçi Geoffrey Hardy ve Alman fizikçi
Wilhem Weinberg bugün Hardy-Weinberg kanunu olarak
bilinen matematiksel formülü geliştirmişlerdir.
• Hardy-Weinwerg kanunu
Hardy-Weinberg kanunu çeşitli
varsayımlar üzerine kurulmuştur
• Tüm genotipler eşit hatta kalma oranına ve
üreme başarısına sahiptir (seleksiyon yoktur)
• Yeni allel oluşturacak veya birini diğerine
dönüştürecek mutasyonlar yoktur
• Göç yoktur
• Popülasyon sınırsız büyüklüğe sahiptir,
böylece rastgele etkiler ve hatalar yok sayılır
• Popülasyondaki bireyler rastgele eşleşirler
• Sayılan varsayımlara uygun bir popülasyon şu
özelliklere sahiptir:
– Bir popülasyondaki allel frekansları nesilden nesile
değişmez; yani popülasyon evrimleşmez
– Bir nesil rastgele eşleşmelerin ardından genotip frekansları
allel frekanslarından tahmin edilebilir.
• Allel frekansı nesilden nesile aynı kalan ve genotip
frekansı allel frekansından hesaplanabilen bir
popülasyon “Hardy-Weinberg dengesi”
durumundadır
Hardy-Weinberg dengesinde allel
ve genotip frekansları
p2 (AA)
2pq (Aa)
q2 (aa)
X’ e bağlı genler
Erkekler
Genotip
Fenotip
İnsidans
X+
Normal
p= 0.92
Xcb
Renk körü
q= 0.08
Kadınlar
Genotip
Fenotip
İnsidans
X+/X+
Normal
p2=(0.92)2=0.8464
X+/Xcb
Normal
2pq=2(0.92)(0.08)=0.1472
Normal toplam= p2+2pq= 0.9936
Xcb/Xcb
Renk körü
q2= (0.08)2= 0.0064
Darwin önermeleri
• Varyasyon: Popülasyon içindek bireyler arasında
farklılıklar vardır
• Kalıtsallık: Bu farklılıklar ebeveynlerden yavrulara
geçer
• Doğal seçilim (Seleksiyon): Bazı varyantlar
hayatta kalma ve/veya üreme bakımından
diğerlerinden daha başarılıdır (fitness)
Doğal seçilim
• A allel frekansı= 0.5 ve a allel frekansı 0.5 ise
genotip frekansları 100 bireylik popülasyonda
Hardy-Weinberg’e göre 25 AA, 50 Aa ve 25 aa
olur.
Doğal seçilim
• AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte (n=25)
• Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40)
• aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20)
• Her birey havuza iki gamet vereceğine göre;
2(25)+2(45)+2(20)= 180 gamet
A alleli için = AA  50 A ve Aa 45 ve
p=(50+45)/180 = 0.53
a alleli için= Aa  45 a ve aa  40
q= (45+40)/180= 0.47
Sonuç= A frekansı artmış ve a frekansı azalmıştır
Uyumluluk (Fitness)
• Bir bireyin gelecek nesillere olan genetik katkısı
“uyumluluk” olarak adlandırılır. Yüksek oranda
hayata kalış ve/veya üreme oranı olan
genotipler yüksek uyumluluğa sahip, tersi ise
düşük uyumluluğa sahiptir.
• AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte (n=25)
• Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40)
• aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20)
• wAA= 1, wAa=0,9 ve waa= 0,8
nesil
p
0
1
2
3
4
5
6
10
20
40
70
100
q
0,5
0,67
0,75
0,8
0,83
0,86
0,88
0,91
0,95
0,98
0,99
0,99
p2
0,5
0,33
0,25
0,2
0,17
0,14
0,12
0,09
0,05
0,02
0,01
0,01
2pq
0,25
0,4489
0,5625
0,64
0,6889
0,7396
0,7744
0,8281
0,9025
0,9604
0,9801
0,98010.6
q2
0,5
0,4422
0,375
0,32
0,2822
0,2408
0,2112
0,1638
0,095
0,0392
0,0198
0,0198
0,25
0,1089
0,0625
0,04
0,0289
0,0196
0,0144
0,0081
0,0025
0,0004
0,0001
0,0001
AA ve Aa genotipleri için üreme
ve hayatta kalma %100 ancak
aa için hayata kalma ve üreme 0
ise (a alleli letal resesif)
wAA ve wAa = 1 ve waa= 0
q allel frekansı
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
10
20
40
70
100
Rastgele çiftleşmelerde istisnalar
Rastgele çiftleşmelerde istisnalar
• Tabakalaşma
• Assortatif (rastgele olmayan) eşleşme
• Akraba evliliği (inbreeding)
Mutasyon
• Yeni alleller ortaya çıkar
• Mutasyon sıklığı son derece düşüktür . Bir gen için
10-6, belli bir baz çifti içinse 10-9
• Otozomal dominant hastalıklarda sıktır
• Nadir oluşu nedeniyle Hardy-Weinberg
dengesinde çok hafif sapmalara neden olur.
Genetik kayma
• Örneğin yeni bir mutasyon
• Küçük popülasyonda
dalgalanmalar yaşam süresi
ve/veya üreme yeteneğine
bağlı olarak dalgalanmalar
gösterir.
• Büyük popülasyonda ise
dalgalanma fark edilecek
boyutlarda değildir.
p = 0.5 q = 0.5
GÖÇ
A
C
B
p = 0.72 q = 0.28
p = 0.65 q = 0.35
Founder (kurucu) etki
1
p = 0.45 q = 0.55
2
p = 0.65 q = 0.35
p = 0.89 q = 0.11