Φυσική Επιλογή. Πέρη Πάσχου, PhD, DABMG

Φυσική Επιλογή Πέρη Πάσχου, PhD, DABMG

Επανάληψη - Παράδειγµα πληθυσµιακής δοµής Γονότυπος ΑΑ Αα αα Υποπληθυσµός 1 125 250 125 500 Υποπληθυσµός 2 50 30 20 100 Υποπληθυσµός 3 100 500 400 1000 Ν Ποιές είναι οι συχνότητες των αλληλοµόρφων σε κάθε πληθυσµό?

Ποιός ο αναµενόµενος αριθµός ατόµων από κάθε γονότυπο σε κάθε πληθυσµό (αναµενόµενες συχνότητες σύµφωνα µε Hardy-Weinberg και παρατηρούµενες) Pop. 1 Expected AA = 500*0.5 2 = 125 (= observed) Expected Aa = 500*2*0.5*0.5 = 250 (= observed) Expected aa = 500*0.5 2 = 125 (= observed) Pop. 2 Expected AA = 100*0.65 2 = 42.25 (observed has excess of 7.75) Expected Aa = 100*2*0.65*0.35 = 45.5 (observed has deficit of 15.5) Expected aa = 100*0.35 2 = 12.25 (observed has excess of 7.75) Pop. 3 Expected AA = 1,000*0.35 2 = 122.5 (observed has deficiency of 22.5) Expected Aa = 1,000*2*0.65*0.35 = 455 (observed has excess of 45) Expected aa = 1,000*0.65 2 = 422.5 (observed has deficiency of 22.5)

Υπολογίστε την παρατηρούµενη και αναµενόµενη ετεροζυγωτία για κάθε πληθυσµό Hobs 1 = 250 / 500 = 0.5 Hobs 2 = 30 / 100 = 0.3 Hobs 3 = 500 / 1000 = 0.5

Υπολογίστε το συντελεστή οµοµιξίας για κάθε πληθυσµό F1 = (0.5 0.5) / 0.5 = 0 F2 = (0.455 0.3) / 0.455= 0.341 [θετικό F οµοµιξία λιγότεροι ετεροζυγώτες από το αναµενόµενο] F3 = (0.455 0.5) / 0.455 = -0.099 [αρνητικό F περισσότεροι ετεροζυγώτες από το αναµενόµενο]

Υπολογίστε τη µέση συχνότητα αλληλοµόρφων για ολόκληρο τον πληθυσµό και τη µέση ετεροζυγωτία (H T ) p = q = H T

Υπολογίστε το F ST για όλους τους πληθυσµούς Έχουµευπολογίσει το Η Τ, υπολογίζουµε το Hs (µέσος όρος αναµενόµενης ετεροζυγωτίας σε κάθε πληθυσµό) Η S

Σήµερα... Αρµοστικότητα γονοτύπου Φυσική επιλογή Θετική και αρνητική επιλογή Εξισορροπητική επιλογή πλεονέκτηµα του ετεροζυγώτη Γενετικό φορτίο θεωρία της ουδετερότητας

Οι παρατηρήσεις του αρβίνου Σε όλα τα είδη περισσότεροι απόγονοι, από όσους µπορούν να συντηρηθούν Οι οργανισµοί διαφέρουν στην ικανότητά τους να επιζήσουν και να αναπαραχθούν Σε κάθε γενιά τα χαρακτηριστικά που προάγουν την επιβίωση σε ένα δεδοµένο περιβάλλον, έχουν αυξηµένη συχνότητα στην αναπαραγωγική ηλικία και έτσι µεταβιβάζονται δυσανάλογα συχνά στους απογόνους στην επόµενη γενιά

Φυσική Επιλογή Τα αλληλόµορφα που προάγουν την επιβίωση και την αναπαραγωγή, αυξάνονται σταδιακά από γενιά σε γενιά και ο πληθυσµός γίνεται βαθµιαία ικανότερος να επιζήσει και να αναπαραχθεί στο περιβάλλον. «Ονόµασα αυτή την αρχή σύµφωνα µε την οποία, κάθε µικρή παραλλαγή, εάν είναι χρήσιµη, διατηρείται, µε τον όρο Φυσική Επιλογή» Charles Darwin, The Origin of Species (1859)

Ηεπίδραση της φυσικής επιλογής στη γενετική σύσταση των πληθυσµών Η φυσική επιλογή έχει παγκόσµια εφαρµογή και µπορούµενατηδούµενα δρα σε ένα οικοσύστηµα, σε ένα πληθυσµό. εν έχει την έννοια του αγώνα για επιβίωση, αφού δεν υπάρχει αγώνας αλλά µόνο διαφορές στη γενετική σύσταση που οδηγούν σε επιλεκτικές διαφορές ανεξάρτητα από τη βούληση του οργανισµού Τα άτοµα δενµπορούν να ανταποκριθούν στις αλλαγές του περιβάλλοντος, επειδή δεν αλλάζουν το γονότυπο τους. Αντίθετα, οι πληθυσµοί, µετηµεγάλη γενετική ποικιλοµορφία και τη δυνατότητα τους για αναπαραγωγή, ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις ενός µεταβαλλόµενου περιβάλλοντος. Με αλλαγές στη δεξαµενή των γονιδίων τους βελτιώνεται η ικανότητα τους για επιβίωση και αναπαραγωγή. Ο µεγάλος αριθµός µηχανισµών που τροποποιούν την αναπαραγωγική επιτυχία ενός γονότυπου αναφέρεται ως επιλογή

Έχουµε επιλογήότανάτοµα µε διαφορετικό γονότυπο που ζουν κάτω από ορισµένες συνθήκες, αφήνουν συστηµατικά διαφορετικό αριθµό απογόνων. Είναι το στατιστικό µέτροτηςδιαφοράςστηνικανότηταεπιβίωσηςή αναπαραγωγής, µεταξύ οντοτήτων που διαφέρουν σε κάποιο γνώρισµα Η αλλαγή των γονιδιακών συχνοτήτων µέσω της επιλογής είναι µια συστηµατική, και πολλές φορές αργή, διαδικασία και η κατεύθυνση όσο και η ποσότητα της αλλαγής µπορεί να προβλεφθεί. Πολλές φορές οι γονιδιακές συχνότητες δεν αλλάζουν, επειδή οι συντελεστές προσαρµογής των διάφορων γονότυπων διαφέρουν κατά τέτοιο τρόπο ώστε να ισορροπούνται οι αντίθετες τάσεις.

ΑΡΜΟΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Επιλεκτική τιµή ήαρµοστικότητα (fitness): ιαφορετική αναπαραγωγική ικανότητα ενός γονότυπου, ή Ορυθµός µε τον οποίο ο γονότυπος αυξάνει ή µειώνει την παρουσία του στον πληθυσµόσεσχέσηµε τορυθµό ενός άλλου γονότυπου. Συντελεστής αυξοµείωσης του πληθυσµού R: Το γινόµενο της µέσης τιµής γονιµότητας επί την πιθανότητα επιβίωσης µέχρι την αναπαραγωγική ηλικία. Οι διαφορές στη βιωσιµότητα έχουν σηµασία εφόσον αναφέρονται σε ηλικίες πριν από τη λήξη της αναπαραγωγικής δραστηριότητας. Στα θηλυκά άτοµα, η γονιµότητα είναι συνάρτηση του αριθµού των αποτιθέµενων αυγών ή των γεννήσεων Στα αρσενικά, ηγονιµότητα είναι συνάρτηση του αριθµού των απογόνων (επιτυχία του αρσενικού να βρει ταίρι, επιλογή θηλυκής µευψηλήγονιµότητα)

Αρµοστικότητα Fitness (w) Επιβίωση ως την ηλικία αναπαραγωγής Επιτυχία στην προσέλκυση συντρόφου Ικανότητα για γονιµοποίηση Αριθµός απογόνων

Σχετική αρµοστικότητα (relative fitness) ήαρµοστικότητα (w): Η αναπαραγωγική επιτυχία ενός γονότυπου σε σχέση µε κάποιον άλλο. ίνουµε αυθαίρετα την τιµή 1 στο γονότυπο µε την υψηλότερη αρµοστικότητα διαιρώντας όλες τις τιµές µετηµεγαλύτερη. Συντελεστής επιλογής (selection coefficient) (s): Οι δυνάµεις εκείνες που δρουν πάνω σε κάθε γονότυπο για να υποβιβάσουν την αρµοστικότητα του, ή Ηδιαφοράτηςσχετικήςαρµοστικότητας ενός γονότυπου, σε σχέση µετον καλύτερο. Είναι απλά s= 1 -w Η µέση αρµοστικότητα ή η αρµοστικότητα του πληθυσµού (w): Ο µέσος όρος (σταθµισµένος µετησυχνότητα) των αρµοστικοτήτων των γονοτύπων του πληθυσµού, δηλ. είναι το άθροισµα των γινοµένων της αρµοστικότητας κάθε γονότυπου επί τη συχνότητα του.

Εκτίµηση της αρµοστικότητας µε βάση στοιχεία πριν και µετά την επιλογή στην ίδια γενιά Αριθµός ατόµων κάθε γονότυπου (µε καταµέτρηση) ΑΑ Αα αα Πριν την επιλογή 4000 5100 2300 Μετά την επιλογή 3800 4200 1200 ΡΥΘΜΟΣ ΕΠΙΒΙΩΣΗΣ Ρυθµός επιβίωσης του ΑΑ ( λ ΑΑ ) = 3800 / 4000 = 0,95 Ρυθµός επιβίωσης του Αα ( λ Αα ) = 4200 / 5100 = 0,82 Ρυθµός επιβίωσης του αα ( λ αα ) = 1200 / 2300 = 0,52 ΣΧΕΤΙΚΗ ΑΡΜΟΣΤΙΚΟΤΗΤΑ (σε σύγκριση µε το ΑΑ) Αρµοστικότητα του ΑΑ (W AA ) =λ ΑΑ / λ ΑΑ = 0,95 / 0,95 = 1,00 Αρµοστικότητα του Αα (W Aα ) = λ Αα / λ ΑΑ = 0,82 / 0,95 = 0,86 Αρµοστικότητα του αα (W αα ) = λ αα / λ ΑΑ = 0,52 / 0,95 = 0,55 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Συντελεστής επιλογής του ΑΑ (S AA ) = 1 W AA = 0 Συντελεστής επιλογής του Αα (S Aα ) = 1 W Aα = 0,14 Συντελεστής επιλογής του αα ( S αα ) = 1 W αα = 0,45

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΡΜΟΣΤΙΚΟΤΗΤΑ Μερικά αλληλόµορφα είναι πάντοτε επιβλαβή, π.χ. µεταλλάξεις που προκαλούν εµβρυϊκό θάνατο. Στις περισσότερες περιπτώσεις ηαρµοστικότητα καθορίζεται από το περιβάλλον. Παραδείγµατα : η ελονοσία και το γονίδιο της δρεπανοκυτταρικής αναιµίας Εποµένως, οι συχνότητες ποικίλουν από τόπο σε τόπο και από εποχή σε εποχή. εν υπάρχει εποµένως σκοπός στη διαδικασία της φυσικής επιλογής Σε οποιαδήποτε στιγµή, το αν θα αυξηθεί ή θα ελαττωθεί η συχνότητα ενός γονιδίου ή αναστροφής εξαρτάται από τη σχετική αρµοστικότητα των αντίστοιχων γονοτύπων κατά τη στιγµή αυτήκαιµόνο. εν υπάρχει µνήµη στη διαδικασία αυτή

Αλλαγή συχνοτήτων σε µια γενιά λόγω επιλογής AA Aα αα Πριν την επιλογή p 2 2pq q 2 p 2 + 2pq+ q 2 =1 Σχ. αρµοστικότητα w 11 w 12 w 22 Μετά την επιλογή p 2 w 11 2pqw 12 q 2 w 22 p 2 w 11 + 2pqw 12 +q 2 w 22 =w Κανονικοποίηση p 2 w 11 /w 2pqw 12 /w q 2 w 22 /w (1) Στην επόµενη γενιά: p = (p 2 w 11 +pqw 12 ) / w, q = (q 2 w 22 +pqw 12 ) / w q=q -q=pq[q(w 22 -w 12 ) - p(w 11 -w 12 )] / w (2) q=(pq/2w)(dw/dq)

Παράδειγµα Αλληλόµορφο Cy (Curly wings) στην Drosophila Melanogaster Οµοζυγώτες Cy/ Cy δεν επιζούν w 11 =0 Wright 1977: +/+ w 22 =1 και Cy/+ w 12 =0,5 Για το αλληλόµορφο Cy, p = Συχνότητα ενηλίκων Cy/+ 2 Στην αρχική γενιά: (συχνότητα ενηλίκων Cy/+) = 0,67 Ποια θα είναι η συχνότητα των ενηλίκων Cy/+ µετά από µια γενιά?

-Αλληλόµορφο Cy (Curly wings) στην Drosophila Melanogaster - Οµοζυγώτες Cy/ Cy δεν επιζούν w11=0 - Wright 1977: +/+ w22=1 και Cy/+ w12=0,5 - Για το αλληλόµορφο Cy, p =(συχνότητα ενηλίκων Cy/+) / 2 - Στην αρχική γενιά: (συχνότητα ενηλίκων Cy/+) = 0,67 Ποια θα είναι η συχνότητα των ενηλίκων Cy/+ µετά από µια γενιά? Στην αρχική γενιά θα είναι p = 0,335 οπότε q = 0,665 (q = 1 - p) Αντικαθιστώντας στην εξίσωση p = p 2 w 11 + pqw 12 w Προκύπτει p = 0,168 Άρα η συχνότητα ενηλίκων Cy/+ στην 1η γενιά θα είναι 2p = 0,336

Αλλαγή στη σύχνότητα των ενηλίκων Cy/+ στη Drosophila melanogaster σε πειραµατικό πληθυσµό (σηµεία) και θεωρητική πρόβλεψη (καµπύλη) Συχνότητα ενηλίκων Cy/+ 0,368 Teissier 1942 Χρόνος t(σε γενιές

ΤΥΠΟΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Ηφυσικήεπιλογήδρα όπου υπάρχουν φαινοτυπικές διαφορές µεταξύ ατόµων,... οι οποίες όµως µεταφράζονται σε διαφορές βιωσιµότητας και γονιµότητας Για να φέρει εποµένως αποτέλεσµα ηφυσικήεπιλογή, θα πρέπει η φαινοτυπική διαφορά να έχει γενετική βάση. ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΟΥΣΑ ΕΠΙΛΟΓΗ : Οι µέσες φαινοτυπικές τιµές έχουν µεγαλύτερη αρµοστικότητα ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΥΣΑ ΕΠΙΛΟΓΗ : Μια από τις δύο ακραίες φαινοτυπικές τιµές έχει µεγαλύτερη αρµοστικότητα ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΟΥΣΑ Ή ΙΑΣΠΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ : Και οι δύο ακραίες φαινοτυπικές τιµές έχουν µεγαλύτερη αρµοστικότητα από την ενδιάµεση και ευνοούνται εις βάρος της. ΣΥΧΝΟΕΞΑΡΤΩΜΕΝΗ ΕΠΙΛΟΓΗ : Ηαρµοστικότητα ενός φαινοτύπου εξαρτάται από τη συχνότητα του στον πληθυσµό

ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΥΣΑ ΕΠΙΛΟΓΗ (Directional Selection) Μια από τις δύο ακραίες φαινοτυπικές τιµές έχει µεγαλύτερη αρµοστικότητα Το υποτελές αλληλόµορφο οδηγείται προς εξαφάνιση (W 11 >=W 12 >W 22 ) Γονότυποι ΑΑ Αα αα Συχνότητες p 2 2pq q 2 Αρµοστικότητα 1 1 1-s Αλλαγή συχνότητας του Α σε µια γενιά p = spq 2 / (1-sq 2 ), δηλαδή όταν όταν p~q, τότε η µεταβολή p είναι πιο έντονη, ενώ p>>q, τότε η µεταβολή p είναι πιο µικρή, και εποµένως η διαδικασία για την πλήρη εξάλειψη ενός επιβλαβούς γονιδίου είναι µακροχρόνια και η πλήρης εξάλειψη είναι πιθανώς αδύνατη. Όταν το αλληλόµορφο είναι σπάνιο, τείνει να βρίσκεται στα ετερόζυγα άτοµα στους φυσικούς πληθυσµούς πολλά επιβλαβή γονίδια µε µικρές συχνότητες

Φυσική επιλογή σε υπολειπόµενα θνησιγόνα αλληλόµορφα Γονότυπος ΑΑ Αα αα Αρµοστικότητα 1 1 0 Αρχικές συχνότητες pa = 0.5 pα = 0.5 Τι θα συµβεί µετά από µία γενιά?

Μια γενιά επιλογής... Η-W για την πρόβλεψη των γονοτυπικών συχνοτήτων στα νεογνά Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.25 0.5 0.25 Επιλογή: επιζεί το 75% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.25/0.75 0.5/0.75 0.25/0.75 ή 0.333 0.667 0 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.333+ ½(0.667)=0.667 pα=½(0.667)=0.333

Η συχνότητα του υπολειπόµενου θνησιγόνου αλληλοµόρφου θα µειωθεί στο µισό της αρχικής σε αριθµό γενιών αντιστρόφως ανάλογο µε τη συχνότητα του αλληλοµόρφου: 1/0.2857=3.5 γενιές

Τι θα συµβεί µετά από πολλές γενιές? Σε µια µόνο γενιά η συχνότητα του θνησιγόνου αλληλοµόρφου πέφτει από 0.5 σε 0.333. Θα συνεχιστεί αυτό µε τον ίδιο ρυθµό? Έστώ ότι κάποια στιγµή το αλληλόµορφο αυτό γίνεται σπάνιο ώστε pa= 0.9 pα= 0.1

Μια γενιά επιλογής... Η-W για την πρόβλεψη των γονοτυπικών συχνοτήτων στα νεογνά Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.81 0.18 0.01 Επιλογή: επιζεί το 99% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.81/0.99 0.18/0.99 0/0.99 ή 0.818 0.182 0 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.818+ ½(0.182)=0.909 pα=½(0.182)=0.091 η αλλαγή είναι πολύ πιο αργή

Σπάνια επιβλαβή υπολειπόµενα αλληλόµορφα... Η συχνότητά τους µειώνεται ραγδαία όταν αυτά είναι αρχικά συχνά αλλά όταν είναι σπάνια, τότε κρύβονται στους ετεροζυγώτες και η επιλογή αδυνατεί να τα αποµακρύνει από τον πληθυσµό. Τέτοια αλληλόµορφα είναι συνολικά συχνά στον πληθυσµό και υπολογίζεται ότι κάθε άτοµο φέρει 1-3 από αυτά

Ηπιότερη επιλογή... Πολλά αλληλόµορφα είναι επιβλαβή αλλά όχι θνησιγόνα. Γράφουµε την αρµοστικότητα ενός γονοτύπου σε σχέση µε την αρµοστικότητα του γονοτύπου αναφοράς. Για παράδειγµα αν µόνο το 20% των ατόµων αα πεθαίνουν τότε: Γονότυπος ΑΑ Αα αα Αρµοστικότητα 1 1 0.8

Ήπια επιλογή... Αρχικές συχνότητες pa=0.5 και pα=0.5 Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα χωρίς επιλογή 0.25 0.5 0.25 Θάνατος λόγω επιλογής 0 0 0.05 Επιλογή: επιζεί το 95% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.25/0.95 0.5/0.95 0.2/0.95 ή 0.26 0.53 0.21 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.525 pα=0.475

Επιβλαβή και επικρατή αλληλόµορφα... Τι συµβαίνει αν είναι θνησιγόνος και ο γονότυπος Αα όπως και ο αα? Σε µια γενιά το α θα έχει εξαφανιστεί... Με δράση πιο ήπιας επιλογής η αλλαγή δεν είναι τόσο δραµατική (παρακάτω το α είναι επικρατές) Υποθέτουµε ότι η επιλογή είναι 50% εναντίον τόσο του ετεροζυγώτη όσο και του οµοζυγώτη αα Γονότυπος ΑΑ Αα αα Αρµοστικότητα 1 0.5 0.5

Ήπια επιλογή... Αρχικές συχνότητες pa=0.5 και pα=0.5 Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα χωρίς επιλογή 0.25 0.5 0.25 Θάνατος λόγω επιλογής 0 0.25 0.125 Επιλογή: επιζεί το 62.5% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.25/0.625 0.5/0.625 0.2/0.625 ή 0.4 0.4 0.2 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.6 pα=0.4

ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΥΣΑ ΕΠΙΛΟΓΗ Αντίθετα, αν µια νέα µετάλλαξη είναι ευνοϊκή, τείνει να επικρατήσει στον πληθυσµό. Η ταχύτητα µε την οποία θα αυξηθεί η συχνότητα εξαρτάται από το αν θα είναι επικρατής ή υπολειπόµενη. Στην πρώτη περίπτωση, η ταχύτητα είναι µεγαλύτερη από τη δεύτερη Παραδείγµατα κατευθύνουσας επιλογής : - Νυχτοπεταλούδα Biston betularia. -Έντοµα σεεντοµοκτόνα -Φυτά ανθεκτικά σε βαρέα µέταλλα ή ζιζανιοκτόνα

Κατευθύνουσα επιλογή στις νυχτοπεταλούδες του είδους Biston betularia Πριν τη βιοµηχανική επανάσταση η µαύρη µορφή σε συχνότητα 1%, σήµερα πάνω από 90%. Το αλληλόµορφο του µαύρου µερικώς επικρατές και προκαλεί 50% υψηλότερη βιωσιµότητα σε περιοχές µε βιοµηχανική ρύπανση. Παρόλα αυτά, η γκρίζα µορφή δεν έχει εξαφανιστεί.

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑΣ Αν η κατευθύνουσα επιλογή είναι ο κανόνας της φύσης και αν σε ένα σύστηµα µε δύο ή περισσότερα αλληλόµορφα ο οµόζυγος γονότυπος έχει πάντοτε την µεγαλύτερη αρµοστικότητα γενετικός µονοµορφισµός!!! Γνωρίζουµε όµως ότι οι φυσικοί πληθυσµοί έχουν µεγάλη γενετική ποικιλοµορφία... 1. οι γονότυποι είναι κατά προσέγγιση επιλεκτικά ισοδύναµοι και οι συχνότητες τους µεταβάλλονται µόνο από γενετική παρέκκλιση 2. οι γονότυποι δεν είναι επιλεκτικά ισοδύναµοι αλλά το έργο της φυσικής επιλογής δεν έχει ολοκληρωθεί. Εποµένως, οι πολυµορφισµοί που παρατηρούµε είναι σε εξέλιξη (παροδικοί) που θα καταλήξουν σε µονοµορφισµό είτε διότι η επιλογή δρα απευθείας πάνω τους ή σε γονίδια γειτονικά µε ταοποίαοι πολυµορφισµοί βρίσκονται σε ανισορροπία σύνδεσης. 3. Το έργο της επιλογής αντισταθµίζεται από τη δράση της µεταλλαγής 4. Το έργο της επιλογής αντισταθµίζεται από τη δράση της γονιδιακής ροής 5. Η επιλογήδραµε τέτοιο τρόπο ώστε να διατηρεί στον πληθυσµό ένα εξισορροπηµένο πολυµορφισµό (Dobzhansky, 1955)

Επιλεκτική υπεροχή του ετεροζυγωτού ( Επιλεκτική Υπερκυριαρχία Ετέρωση ) Οενδιάµεσος φαινότυπος έχει τη µεγαλύτερη αρµοστικότητα, δηλ. W 11 < W 12 > W 22 Γονότυποι Α 1 Α 1 Α 1 Α 2 Α 2 Α 2 Συχνότητες p 2 2pq q 2 Αρµοστικότητα 1-s 1 1-t Η επιλογή οδηγεί τον πληθυσµό σε κατάσταση ισορροπίας, µε συχνότητες p= ^ t /(s+t)και q ^ = s / (s+t), δηλαδή Υπάρχει µόνο µία κατάσταση ισορροπίας και η ισορροπία αυτή είναι σταθερή. Οι συχνότητες επιστρέφουν στο ίδιο σηµείο αν για κάποιο λόγο διαταραχθούν (π.χ. µετανάστευση ή τυχαία γενετική παρέκκλιση) Πολλά παραδείγµατα σε ανθρώπινους πληθυσµούς, όπως επίσης στη Drosophila, στο στρείδι Crassostrea gigas και το κωπήποδο Tisbe reticulata

Υπερκυριαρχία Αρχικές συχνότητες pa=0.5 και pα=0.5 Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα χωρίς επιλογή 0.25 0.5 0.25 Αρµοστικότητα 0.8 1 0.8 Θάνατος λόγω επιλογής 0.05 0 0.05 Επιλογή: επιζεί το 90% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.2/0.9 0.5/0.9 0.2/0.9 ή 0.22 0.56 0.22 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.5 pα=0.5

Υπερκυριαρχία Ισχυρή δράση επιλογής αλλά οι αλληλικές συχνότητες δεν µεταβάλλονται. Ο πληθυσµός βρίσκεται σε ισορροπία. Αν οι αρχικές συχνότητες δεν ήταν 50/50 ο πληθυσµός θα µετακινούνταν προς τα εκεί. Σε αυτή την περίπτωση η ισορροπία είναι στο 50/50 γιατί και τα δύο είδη οµοζυγωτών έχουν το ίδιο χαµηλή αρµοστικότητα. ιαφορετικά θα παίρναµε άλλη τιµή ισορροπίας. Για παράδειγµα για την δρεπανοκυτταρική αναιµία (παρουσία ελονοσίας) ισχύει: Γονότυπος ΑΑ ΑS SS Αρµοστικότητα 0.8 1 0 Πότε θα υπάρξει ισορροπία?

Υπερκυριαρχία... Γονότυπος ΑΑ ΑS SS Αρµοστικότητα 1-s 1 1-t Σε ισορροπία η συχνότητα του Α είναι t/(s+t) Έτσι στο παράδειγµά µας είναι 1(0.2+1)=0.8333

Υπερκυριαρχία Σταθερή ισορροπία Ένας υποθετικός πληθυσµός µόνο µε ετεροζυγώτες θα ήταν ο πιο πλεονεκτικός δεν µπορεί να υπάρξει λόγω µενδελιανής κληρονοµικότητας Κόστος ασθένειας για τον πληθυσµό (π.χ. Κάποια άτοµα µε ελονοσία, κάποια µε αναιµία)

Επιλεκτική υπεροχή του ετεροζυγωτού (Υπερκυριαρχία) ρεπανοκυτταρική αναιµία Φαινότυποι οµόζυγων και ετερόζυγων ατόµων : Κανονικοί Φαινότυποι οµόζυγων για το υποτελές : ρεπανοειδή κύτταρα - Άλλες αιµοσφαιρινοπάθειες, όπως η θαλασσαιµία, φαίνεται επίσης να προσφέρουν ένα είδος αντοχής στην ελονοσία

ρεπανοκυτταρική αναιµία και ελονοσία Συχνότητα οµοζυγωτών SS περιοχές εµφάνισης ελονοσίας (πριν το 1920) συχνότητα εµφάνισης δρεπανοκυτταρικής αναιµίας

Ψευδο-υπερκυριαρχία & Γενετική συµπαράσυρση Ψευδο-υπερκυριαρχία : ταυτόχρονη επιλογή σε δύο γενετικούς τόπους χωρίς να υπάρχει υπερκυριαρχία στον έναν ή στον άλλο. Γονότυποι Α 1 Α 1 Α 1 Α 2 Α 2 Α 2 Β 1 Β 1 Β 1 Β 2 Β 2 Β 2 Αρµοστικότητα 1 1 1-s 1 1 1 1-s 2 Το ενδεχόµενο η επιλογή να δρα πάνω σε γειτονικές περιοχές του γονιδιώµατος κι όχι πάνω στον πολυµορφισµό που αποτελεί το αντικείµενο της παρατήρησης Αν υπάρχει ανισορροπία σύνδεσης Α1-Β2 και Α2-Β1 τότε ο ετεροζυγώτης έχει τη µεγαλύτερη αρµοστικότητα: Α 1 Β 2 Α 2 Β 1 Α 1 Β 2 Α 1 Β 2 Α 2 Β 1 Α 2 Β 1 W = 1- s 2 W = 1- s 1 W = 1 Γενετική συµπαράσυρση (Hitchhiking) : Ένα αλληλόµορφο (ουδέτερο ή ελαφρώς επιβλαβές) διατηρείται στον πληθυσµό επειδή είναι συνδεδεµένο µε το αλληλόµορφο ενός γειτονικού τόπου το οποίο επιλέγεται θετικά

Συµψηφισµένη κυριαρχία Η εναλλαγή των περιβαλλοντικών συνθηκών ευνοεί πότε τον ένα και πότε τον άλλο οµοζυγωτό, ενώ το ετεροζυγωτό έχει πάντα µια ενδιάµεση τιµή. Στη Drosophila βρέθηκαν µερικές περιπτώσεις ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΕΡΚΥΡΙΑΡΧΙΑ Πολλοί ερευνητές υποστήριξαν ότι σε διµερή ένζυµα, οι ιδιότητες του ετεροµερούς (ετεροζυγωτού) είναι ανώτερες των δύο οµοµερών (οµοζυγωτών), γιατί το ετεροµερές συνδυάζει τις ιδιότητες των δύο οµοµερών. Η υπερκυριαρχία δεν φαίνεται να αποτελεί την κύρια πηγή ποικιλότητας στους φυσικούς πληθυσµούς, µια και απλοειδείς οργανισµοί παρουσιάζουν κι αυτοί µεγάλη ποικιλότητα

Επιλεκτική κατωτερότητα του ετεροζυγωτού Οενδιάµεσος φαινότυπος έχει τη µικρότερη αρµοστικότητα, δηλ. W 11 > W 12 < W 22 Γονότυποι Α 1 Α 1 Α 1 Α 2 Α 2 Α 2 Συχνότητες p 2 2pq q 2 Αρµοστικότητα 1+s 1 1+t Η επιλογή οδηγεί τον πληθυσµό σε κατάσταση ΑΣΤΑΘΟΥΣ ισορροπίας, µε συχνότητες p = s / (s+t) και q = t / (s+t) Αν ο πληθυσµός θα γίνει µονοµορφικός για το Α 1 ή το Α 2 εξαρτάται από τις αρχικές συχνότητες και από αιτίες που αλλάζουν τις συχνότητες, δηλαδή αν p > p τότε θα κυριαρχήσει το Α 1 Παραδείγµατα µεταξύ χρωµοσωµικών φυλών, π.χ. άπτερες ακρίδες V. viatica

Υποκυριαρχία Αρχικές συχνότητες pa=0.5 και pα=0.5 Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα χωρίς επιλογή 0.25 0.5 0.25 Αρµοστικότητα 1 0.8 1 Θάνατος λόγω επιλογής 0 0.1 0 Επιλογή: επιζεί το 90% αυτής της γενιάς Γονότυπος ΑΑ Αα αα Συχνότητα 0.25/0.9 0.4/0.9 0.25/0.9 ή 0.28 0.44 0.28 Συχνότητες µετά από επιλογή pa=0.5 pα=0.5

Υποκυριαρχία Τι θα συµβεί σε αυτή την περίπτωση? Γονότυπος ΑΑ Αα αα Αρµοστικότητα 1.5 1 1.2 1+s 1 1+t Η ισορροπία είναι στο pa=0.28 Αν η αρχική pa είναι µικρότερη από 0.28 τότε το αλληλόµορφο Α θα εξαφανιστεί (παρά το γεγονός ότι αυτό δεν αυξάνει την αρµοστικότητα του πληθυσµού) ασταθής ισορροπία Αν η αρχική pa είναι µεγαλύτερη από 0.28 τότε το αλληλόµορφο Α θα επικρατήσει

Είδη επιλογής Αρνητική επιλογή: µείωση της ικανότητας (fitness) του ατόµου Θετική επιλογή: αύξηση της ικανότητας του ατόµου

υναµική της επιλογής σε διπλοειδείς οργανισµούς Συγκυριαρχία: µείωση της ικανότητας τόσο του ετεροζυγώτη όσο και του οµοζυγώτη (codominant selection) Υπερκυριαρχία: αύξηση της ικανότητας του ετεροζυγώτη έναντι των οµοζυγωτών (overdominant selection) Υποκυριαρχία: µείωση της ικανότητας του ετεροζυγώτη έναντι των οµοζυγωτών (underdominant selection)

Εξισορροπητική επιλογή (balancing selection) Έχει ως αποτέλεσµα τη διατήρηση αυξηµένης ποικιλοµορφίας σε έναν γενετικό τόπο. εν σταθεροποιείται το ένα από τα δύο αλληλόµορφα (αυξηµένη ετεροζυγωτία) Μπορεί να προκληθεί από τη δράση υπερεπικρατούς επιλογής ή επιλογής που εξαρτάται από τη συχνότητα (η συχνότητα ενός γονοτύπου καθορίζει την ικανότητά του)

Το παράδειγµα του HLA (Human Leukocyte Antigen) 1620 διαφορετικά αλληλόµορφα σε 19 τόπους (HLA sequence database) Πολλά αλληλόµορφα διαφέρουν µεταξύ τους σε 5-17% των νουκλεοτιδίων (συνήθης διαφορά µεταξύ αλληλοµορφων 1%) Εξήγηση: Πλεονέκτηµα ετεροζυγώτη: µεγαλύτερη αντίσταση σε λοιµώδη νοσήµατα Επιλόγη εξαρτώµενη από τη συχνότητα των αλληλοµόρφων: υπεροχή των αλληλοµόρφων χαµηλών συχνοτήτων λόγω της προσαρµογής των παθογόνων στα προϊόντα των αλληλοµόρφων υψηλών συχνοτήτων

Τα αλληλόµορφα του HLA συσχετίζονται µε περισσότερες από 40 γενετικές ασθένειες (κυρίως αυτοάνοσα νοσήµατα). Πολλές φορές τα αλληλόµορφα που σχετίζονται µε τη νόσο είναι συχνά. Π.χ. Οι ετεροζυγώτες DR3/DR4 έχουν 20Χ κίνδυνο να αναπτύξουν σακχαρώδη διαβήτη τύπου 1. Η συχνότητα του DR3 είναι 15% στους Ευρωπαίους ενώ το DR4 12%.

Ένα ερώτηµα που δεν έχει λυθεί... Ακόµη και µε υψηλό συντελεστή επιλογής η επιλογή δεν µπορεί να δράσει εύκολα σε σπάνιους τόπους Οι οµοζυγώτες είναι πολύ σπάνιοι οπότε η επιλογή εναντίων των οµοζυγωτών δεν µπορεί να είναι πολύ ισχυρή εν υπάρχουν πραγµατικά συχνά τύποι HLA οπότε η επιλογή ενάντια σε συχνά αλληλόµορφα δεν µπορεί να δρα

Ωστόσο υπάρχει ισχυρή επιλογή στο HLA... Πάρα πολλά αλληλόµορφα ενώ η τυχαία γενετική παρέκκλιση προσπαθεί να µειώσει την ποικιλότητα Τα αλληλόµορφα είναι πολύ παλιά (οµολογία στον άνθρωπο, χιµπατζή, γορίλα) Είναι τα πιο πολυµορφικά ανθρώπινα γονίδια Πώς διατηρείται αυτή η ποικιλότητα? εν είναι γνωστό...

Εξισορροπητική επιλογή στο CFTR? Κυστική Ίνωση (CF): η συχνότερη αυτοσωµική υπολειπόµενη νόσος στους Ευρωπαίους CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance regulator): πάνω από 1000 µεταλλάξεις F508: 2/3 των χρωµοσωµάτων µε CF

Εξισορροπητική επιλογή στο CFTR? Πλεονέκτηµατου ετεροζυγώτη: προστασία από χολέρα (υπερβολική αποβολή ιόντων Cl - και υγρών) Το CFTR ρυθµίζει τη διαπερατότητα του επιθηλίου του λεπτού εντέρου για τα ιόντα χλωρίου ή από τυφοειδή πυρετό Το βακτήριο Salmonella typhi χρησιµοποιεί το CFTR ως υποδοχέα για την είσοδό του στο επιθήλιο Καµία από τις δύο υποθέσεις δεν έχει αποδειχτεί

Η κατανοµή F ST ως µέτρο ουδετερότητας F ST (fixation index): µέτρο της ποικιλοµορφίας ανάµεσα στους πληθυσµούς F ST = Η Τ Η S H T Σε ουδέτερες συνθήκες καθορίζεται από την τυχαία γενετική παρέκκλιση (drift), που επηρεάζει όλους τους πληθυσµούς µε τον ίδιο τρόπο Αποκλίσεις από την κατανοµή µπορεί να αποτελούν ενδείξεις της δράσης φυσικής επιλογής

Fst Reference Distribution and Other Biallelic DNA Markers Based on 32 Population Samples from Around the World Count of Markers 35 30 25 20 15 10 Reference Markers N Markers 206 Mean.148 Median.132 Std.Dev..074 S.E.Mean.005 Minimum.039 Maximum.371 6,7 Functional Markers N Markers 30 Mean.177 Median.143 Std.Dev..112 S.E.Mean.020 Minimum.054 Maximum.482 1 ADH1B Exon 3 fn.482 2 ADH1B RsaI.421 3 ALDH2 HaeIIIc.371 4 ADH1A BccI.366 5 ALDH2 SacI.301 6 ALDH2 Exon12c.258 7 ADH7 BfaI.246 5 5 3,4 0 2 1 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 Upper Bound of Fst Intervals Mar 20, 2003

Εξισορροπητική επιλογή στο CCR5 Μόριο της κυτταρικής επιφάνειας που συµµετέχει στην είσοδο του HIV στο κύτταρο Bamshad et al. (2002): Σε 400 χρωµοσώµατα από ολόκληρο τον κόσµο Fst=0,016 (10 φορές χαµηλότερο από το µέσο όρο) Τεστ ουδετερότητας (Tajima s D) έδειξε υπεροχή των αλληλοµόρφων σε ενδιάµεσες συχνότητες Εξισορροπητική επιλογή: π.χ. αντίσταση σε παθογόνα

Παγκόσµια κατανοµή του αλληλοµόρφου CCR5 32 Οι οµοζυγώτες έχουν πολύ χαµηλό κίνδυνο για προσβολή από HIV. Ωστόσο η παραπάνω κατανοµή πρέπει να εµφανίστηκε πολύ νωρίτερα από τον ιό. Είναι αγνωστη η επιλεκτική πίεση που έδρασε

Επιλογή στα αντιγόνα της οµάδας αίµατος Duffy Το αλληλόµορφο FΥ*O εµφανίζει την υψηλότερη γνωστή τιµή F ST (F ST =0.78) µονοµορφικό στους Αφρικανικούς πληθυσµούς και σπάνιο έξω από την Αφρική ράση κατευθυντήριας επιλογής

Ουδέτεροι τόποι Απόσταση σε Kb από τη µετάλλαξη FY*O Τιµές FST για πολυµορφισµούς γύρω από τη µετάλλαξη FY*O Hamblin et al. 2002

Συχνοεξαρτώµενη επιλογή Σε ένα κλουβί µε δροσόφιλες µε κίτρινα µάτια, ένα µοναδικό αρσενικό µε πορφυρά µάτια θα δώσει περισσότερους απογόνους Σε ένα κλουβί µε δροσόφιλες µε πορφυρά µάτια, ένα µοναδικό αρσενικό µε κίτρινα µάτια θα δώσει περισσότερους απογόνους Οι θηλυκές δροσόφιλες προτιµούν τα «ασυνήθιστα» αρσενικά...

ΣΥΧΝΟΕΞΑΡΤΩΜΕΝΗ ΕΠΙΛΟΓΗ Οι συντελεστές επιλογής (και εποµένως και οι αρµοστικότητες) αλλάζουν, όχι γιατί κάτι άλλαξε στο περιβάλλον, αλλά απλά και µόνο επειδή οι συχνότητες των αλληλοµόρφων έχουν αλλάξει. Η ΕΠΙΛΟΓΗ ΕΠΙ ΡΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ; Όσο πιο συχνός ο φαινότυπος, τόσο µικρότερη η αρµοστικότητα του π.χ. έντονος χρωµατισµός δύσγευστων εντόµων που θηρεύονται από πουλιά Όσο πιο σπάνιος ο φαινότυπος, τόσο µεγαλύτερη η αρµοστικότητα του Θεωρείται από τους πιο σπουδαίους µηχανισµούς διατήρησης πολυµορφισµών, γιατί οδηγεί στη σταθερή συνύπαρξη πολλών αλληλοµόρφων και πιθανώς και σε εξισορροπηµένους πολυµορφισµούς π.χ. Οι προτιµήσεις σύζευξης στη Drosophila, πολυµορφισµός σε περιπτώσεις σχέσεων θηραµάτων- θηρευτών (π.χ. το ψάρι Perissodus microlepis).

ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΕ ΕΤΕΡΟΓΕΝΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΑ ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Γονότυποι Α 1 Α 1 Α 1 Α 2 Α 2 Α 2 Άνοιξη 1,0 0,8 0,6 Φθινόπωρο 0,7 0,9 1,0 Το Α 2 θα απαλειφθεί γιατί η ανοιξιάτικη αρµοστικότητα του είναι µικρότερη από το φθινοπωρινή του Α 1 Η επιλογή αυτή δεν µπορεί να διατηρήσει πολυµορφισµούς αν και επιβραδύνει την εξαφάνιση των λιγότερο αρµοστικών ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ Γονότυποι Α 1 Α 1 Α 1 Α 2 Α 2 Α 2 Περιοχή Α 1,0 0,9 0,8 Περιοχή Β 0,8 0,9 1,0 Αν δεν υπάρχει µετανάστευση, η επιλογή αυτή θα οδηγήσει στην επικράτηση του Α 1 στην περιοχή Α και του Α 2 στην περιοχή Β

Το προσαρµοστικό τοπίο Αρµοστικότητα w Ηφυσική επιλογή, ανάλογα µε τις αρχικές συνθήκες, θα οδηγήσει τον πληθυσµό στο πλησιέστερο τοπικό µέγιστο αρµοστικότητας (που µπορεί να είναι χαµηλότερο από το γενικό µέγιστο) από το οποίο δεν µπορεί να ξεφύγει εκτός αν δράσουν άλλες δυνάµεις όπως η γενετική παρέκκλιση ή αν αλλάξει το προσαρµοστικό τοπίο (αλλαγή του περιβάλλοντος).

Οι αλληλεπιδράσεις των εξελικτικών δυνάµεων Τέσσερις δυνάµεις µπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στις γονιδιακές συχνότητες - η γενετική παρέκκλιση - η γονιδιακή ροή - οι µεταλλάξεις - η φυσική επιλογή Το αποτέλεσµα των τριών τελευταίων είναι αιτιοκρατικό (µπορεί να προβλεφθεί από τις αρχικές συνθήκες) Το αποτέλεσµα της γενετικής παρέκκλισης είναι στοχαστικό (τυχαίο) Στη φύση κάθε πληθυσµός βρίσκεται κάτω από τη σύγχρονη πίεση αυτών των δυνάµεων κι αυτό που τελικά µπορούµε να προβλέψουµε είναι η πιθανότητα η συχνότητα π.χ. του α να είναι q

ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΕΚΚΛΙΣΗ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ Όσο µικρότερο το µέγεθος του πληθυσµού και ασθενέστερη η επιλογή, τόσο µεγαλώνει η πιθανότητα να αποκλίνει η γονιδιακή συχνότητα από την τιµή που προβλέπει η θεωρία της επιλογής. Το τελικό αποτέλεσµα είναι συνάρτηση του γινοµένου 4Ν e s, όπου N e το δραστικό µέγεθος του πληθυσµού και s ο συντελεστής επιλογής - όταν 4Ν e s>>1 η επιλογή καθορίζει το αποτέλεµα - όταν 4Ν e s<<1 η γενετική παρέκκλιση καθορίζει το αποτέλεσµα Συνέπεια των παραπάνω: Μια µεταλλαγή µε ελαφρό επιλεκτικό προβάδισµα έχει µεγαλύτερη πιθανότητα να επικρατήσει σε ένα µεγάλο παρά σε ένα µικρό πληθυσµό Ένας εξισορροπηµένος πολυµορφισµός µπορεί να οδηγηθεί σε µονοµορφισµό αν N e µικρό Μια µεταλλαγή µπορεί να επικρατήσει σε ένα µικρό πληθυσµό ακόµα και αν είναι ελαφρά επιβλαβής συνδυασµός της επιλογής και της γενετικής παρέκκλισης επιτυγχάνει περισσότερα από ότι η επιλογή µόνη της και αποτελεί µέρος της ΜΕΤΑΤΟΠΙΖΟΜΕΝΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ (Wright, 1977)

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΜΕΤΑΛΛΑΓΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Έστω ότι εµφανίζεται µια νέα µετάλλαξη στον πληθυσµό που είναι επιλεκτικά υπολειπόµενη. Αν u είναι ο ρυθµός µεταλλαγής και s ο συντελεστής επιλογής του οµοζυγωτού, τότε ο πληθυσµός θα φτάσει σε µια κατάσταση ισορροπίας ( q=0) όταν q = (u / s) 1/2 Αν u = 10-5 και s = 10-4, τότε q = 0.32 (αα) = 9% Αν u = 10-5 και s = 1, τότε q = 0.003 Πιθανώς αυτός ο µηχανισµός είναι υπεύθυνος για τη διατήρηση γενετικών παθήσεων, π.χ. φαινυλκετονουρία.

ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΙ ΓΟΝΙ ΙΑΚΗ ΡΟΗ Έστω ότι ένα αλληλόµορφο είναι επιλεκτικά υπολειπόµενο στον πληθυσµό και διατηρείται σε χαµηλή συχνότητα Το αλληλόµορφο αυτό είναι δυνατό να φτάσει στον πληθυσµό µέσω µετανάστευσης (γονιδιακής ροής) από άλλους πληθυσµούς, στους οποίους το αλληλόµορφο βρίσκεται σε υψηλή συχνότητα Αυτό µπορεί να οφείλεται στην τυχαία γενετική παρέκκλιση ή στο ότι είναι επιλεκτικά ουδέτερο (ή ακόµη ανώτερο). Συµβαίνει κυρίως όταν το περιβάλλον µεταβάλλεται βαθµηδόν κατά µήκος της γεωγραφικής κατανοµής του είδους και η επιλογή επιβάλει ένα συνεχές φάσµα γονιδιακών συχνοτήτων. Παραδείγµατα - Το φυτό Agrostis tenuis που αναπτύσσεται σε εγκαταλελειµµένες περιοχές ορυχείων χαλκού: ανταγωνισµός µεταξύ ανθεκτικών και µη ανθεκτικών γονότυπων -O πολυµορφισµός της αµινοπεπτιδάσης (ap94) στο µύδι Mytilus edulis : υδρόλυση πρωτεϊνών και καθορισµός οσµωτικής πίεσης στο κύτταρο

Ησυχνότητα του αλληλοµόρφου ap 94 της αµινοπεπτιδάσης σε πληθυσµούς του µυδιού κατά µήκος µια κλίσης αλατότητας

Η «αυστηρή» θεωρία της επιλογής πριν την εποχή της µοριακής γενετικής Τα άτοµα που φέρουν επιβαρυντικά αλληλόµορφα αποµακρύνονται από τον πληθυσµό (γενετικό φορτίο) Η υπερεπικρατής και η αρνητική επιλογή αυξάνουν το γενετικό φορτίο Ο αριθµός πολυµορφισµών που µπορεί να είναι συµβατός µε τη διατήρηση ενός πληθυσµού, είναι µικρός Πρόβλεψη του Muller: Μόνο ένα γονίδιο στα 1000 θα είναι πολυµορφικό

Ηουδέτερη θεωρία (neutral theory) Η εξέλιξη της µοριακής γενετικής αποκάλυψε την αυξηµένη ποικιλοµορφία του DNA Ασυµβατότητα µε την «αυστηρά» επιλεκτική θεωρία Kimura 1968: Ουδέτερη θεωρία της µοριακής εξέλιξης

Ηουδέτερη θεωρία (neutral theory) Οι πολυµορφισµοί και οι αντικαταστάσεις δεν είναι το προϊόν επιλογής αλλά αντιπροσωπεύουν το τυχαίο αποτέλεσµα της αλλαγής των συχνοτήτων διαφόρων ουδέτερων αλληλοµόρφων. Η αρνητική επιλογή µπορεί να αποµακρύνει επιβαρυντικά αλληλόµορφα αλλά η θετική και η εξισορροπητική επιλογή θεωρούνται γεγονότα πολύ σπάνια Έµφαση στο ρόλο της τυχαίας γενετικής παρέκκλισης (random genetic drift) και ανάπτυξη αναλυτικών µεθόδων ελέγχου για τη δράση ή όχι επιλογής

Η εξέλιξη συνεχίζεται... Περιβαλλοντικές µεταβολές Μεταβολή των επιλεκτικών πιέσεων Ικανότητα Ικανότητα Γονότυπος Εξισορροπηµένος πολυµορφισµός Αποδέσµευση από την επιλεκτική πίεση Γονότυπος Αποδέσµευση από την αρνητική πίεση στον γονότυπο αα Μείωση συχνότητας του ΑΑ

Thank you!!!