Скачать презентацию Методы обнаружения отбора по данным секвенирования научный сотрудник Скачать презентацию Методы обнаружения отбора по данным секвенирования научный сотрудник

eb7073b9632680cfad44f6065b2e657a.ppt

  • Количество слайдов: 20

Методы обнаружения отбора по данным секвенирования научный сотрудник каф. биологической эволюции С. Н. Лысенков Методы обнаружения отбора по данным секвенирования научный сотрудник каф. биологической эволюции С. Н. Лысенков

АДАПТАЦИЯ 1) Процесс повышения приспособленности организмов в череде поколений (адаптациогенез) 2) Приспособление организмов к АДАПТАЦИЯ 1) Процесс повышения приспособленности организмов в череде поколений (адаптациогенез) 2) Приспособление организмов к меняющимся условиям в пределах нормы реакции

Выявление механизмов адаптаций до последнего времени вызывало значительную трудность, так как адаптациогенез – это Выявление механизмов адаптаций до последнего времени вызывало значительную трудность, так как адаптациогенез – это комплексный процесс, происходящий на уровне целостного фенотипа. Редкие исключения – адаптации, возникающие всего за несколько поколений при очень сильном отборе, подхватывающем малую часть существующей в популяции изменчивости. Отбор можно отследить по фенотипическим эффектам, но поиск единичных генов-мишеней отбора затруднен из-за полигенности признаков. Лишь в редких случаях классические методы генанализа позволяют выявить отдельные гены, ответственные за адаптацию.

Устойчивость крыс к варфарину Варфарин – антикоагулянт, использовавшийся для борьбы с грызунами Ген первой Устойчивость крыс к варфарину Варфарин – антикоагулянт, использовавшийся для борьбы с грызунами Ген первой субъединицы эпоксид редуктазы витамина (VKORC 1) содержит замены, приводящие к изменению аминокислоты, как в устойчивых к варфарину линиях мышей, так и у людей, нечувствительных к лечению варфарином. Повышенная экспрессия VKORC 1, but not VKORC 1 carrying the VKCFD 2 mutation, leads to a marked increase in VKOR activity, which is sensitive to warfarin inhibition.

Комплексный характер адаптации может проявляться даже в случае устойчивости к инсектицидам Lucillia cuprina (Calliphoridae) Комплексный характер адаптации может проявляться даже в случае устойчивости к инсектицидам Lucillia cuprina (Calliphoridae) Флуктуирующая асимметрия – мера стабильности развития. Несимметричные организмы обычно имеют меньшую приспособленность по сравнению с нормальными. инсектицид диазинон

I w M Rop-1 II IV V VI Разница (лево – право) числа щетинок: I w M Rop-1 II IV V VI Разница (лево – право) числа щетинок: 1) на лобной полоске; 2) на внешнем краю крыла; 3) жилке R 4+5 А – при наличии модификатора В – в отстутствии модификатора

 «Старые» технологии секвенирования «Старые» технологии секвенирования

Общие принципы секвенирования «нового поколения» Общие принципы секвенирования «нового поколения»

Adapted from Eric Green, NIH; Adapted from Messing & Llaca, PNAS (1998) История секвенирования Adapted from Eric Green, NIH; Adapted from Messing & Llaca, PNAS (1998) История секвенирования ДНК 1870 Эффективность (пар оснований/человек/год) 1 15 Miescher: Открытие ДНК 1940 Avery: Показал, что ДНК - «генетическим материалом» 1953 Watson & Crick: Открытие структуры ДНК 1965 Holley: Секвенирование аланиновой т. РНК дрожжей 1970 Wu: секвенирование липкого конца ДНК 150 1, 500 15, 000 25, 000 50, 000 1980 Sanger: Терминация роста цепи дидезоксирибонуклеотидами Gilbert: химическая деградация Messing: клонирование M 13 1986 Hood et al. : Частичная автоматизация 1977 1990 200, 000 50, 000 100, 000, 000 2002 2008 • циклическое секвенирование • улучшенные ферменты секвенирования • улучшенные методы детекции флуоресценции • секвенирование нового поколения • Улучшенные ферменты и иные химикаты • Улучшенная обработка изображений

Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) Распространенность: у человека – 1 на 1331 основание, у нематод (C. Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) Распространенность: у человека – 1 на 1331 основание, у нематод (C. briggsae) – 1 на 40. Типы однонуклеотидных полиморфизмов: • В некодирующем регионе • В кодирующем регионе • синонимичные • несинонимичные • меняющие аминокислоту (missense) • преждевременный стоп-кодон (nonsense) Несинонимичные замены (и замены в некодирующих регионах возле сайтов сплайсинга) могут быть селективно значимы (например, вызывать болезни).

Генетический дрейф происходит в любых популяциях конечных размеров. Поэтому в качестве нулевой гипотезы для Генетический дрейф происходит в любых популяциях конечных размеров. Поэтому в качестве нулевой гипотезы для объяснения имеющегося генетического разнообразия, используют нейтральные модели, учитывающие только эволюцию на основе случайных колебаний частот.

Коалесценция (схождение) Каждая пара аллелей в популяции имеет общего предка – т. е. они Коалесценция (схождение) Каждая пара аллелей в популяции имеет общего предка – т. е. они являются потомками одной копии аллеля, существовавшей несколько поколений назад. Точка, в которой находится общий предок всех нынешних копий, наз. точкой коалесценции. Потомки всех остальных живших в то время копий вымерли в силу отбора или дрейфа. Точка коалесценции – своя для каждого гена!

Методы детекции отбора в догеномную эпоху Отношение несинонимичных замен к синонимичным (Ka/Ks) Тест Мак. Методы детекции отбора в догеномную эпоху Отношение несинонимичных замен к синонимичным (Ka/Ks) Тест Мак. Дональда-Крейтмана – сравнение доли синонимичных и несинонимичных точечных мутаций среди полиморфных и дивергировавших локусов Фиксированные Полиморфные Синонимичные Ds Ps Несинонимичные Dn Pn Эти тесты имеют много ограничений, основной их недостаток – в общем случае неверное предположение о селективной незначимости синонимичных замен

ВЫМЕТАНИЕ ОТБОРОМ Движущий отбор, действуя на конкретный локус, увеличивает частоту не только благоприятствуемого варианта, ВЫМЕТАНИЕ ОТБОРОМ Движущий отбор, действуя на конкретный локус, увеличивает частоту не только благоприятствуемого варианта, но и лежащих непосредственно рядом участков генома, что приводит к возникновению широких участков с неравновесием по сцеплению. Это позволяет детектировать недавние селекционные события. Но с течением времени сигнал размывается за счет рекомбинации.

Работа лаборатории С. В. Нуждина по поиску локальных адаптаций у люцерны Основной метод – Работа лаборатории С. В. Нуждина по поиску локальных адаптаций у люцерны Основной метод – выявление маркеров, различающих популяции, с высоким уровнем неравновесия по сцеплению Medicago truncatula Попарные корреляции между маркерами, усредненные между всеми маркерами на данном расстоянии. Цветные линии обозначают разные хромосомы. Неравновесие уменьшается на половину (с 0, 8 до 0, 4) примерно на расстоянии 10 тысяч п. о. Темно-серая область – 20 -80% квантиль, светло-серая – 10 -90% квантиль. Неравновесие по сцеплению полностью исчезает между маркерами на расстоянии примерно 500 тысяч пар оснований. The dotted line shows a second-degree lowess fit across all data with span parameter set to 0. 01; linkage disequilibrium (LD) is fully decayed between markers approximately 500 kb apart.

Основная идея методов поиска следов отбора аналогична идее дисперсионного анализа: сравнение уровня изменчивости внутри Основная идея методов поиска следов отбора аналогична идее дисперсионного анализа: сравнение уровня изменчивости внутри и между популяциями Методика определения генов-мишеней отбора на размножение в более позднем возрасте у мух-дрозофил (лаборатория Нуждина). Основная статистика – отношение гетерозиготности в отбираемой популяции к дивергенции между нею и контролем. Вспомогательная статистика – отношение гетерозиготности в отбираемй популяции к гетерозиготности в контроле. Значения обеих статистик в отбираемом участке генома должны быть низкими.

Чтобы выявить участки генома, подверженные отбору, мы нормировали гетерозиготность в отбираемой популяции (Hs) к Чтобы выявить участки генома, подверженные отбору, мы нормировали гетерозиготность в отбираемой популяции (Hs) к аллельной дивергенции между отбираемой и контрольной популяциями (D), где D вычислялось как среднее количество попарных различий между двумя популяциями. To detect regions where divergence was more likely driven by selection, we scaled heterozygosity in S populations (HS) by the allelic divergence between S and C populations (D), where D was calculated as the average number of pairwise differences between two populations. Гетерозиготность (в общем виде) Гетерозиготность (на нуклеотидный сайт) , где pi – доля варианта H=1 -([A]2+[G]2+[C]2+[T]2)

Аннотация генома – выявление функционального значения элементов генома на основе сравнения с известными последовательностями. Аннотация генома – выявление функционального значения элементов генома на основе сравнения с известными последовательностями. Отыскав локусы, подверженные отбору, с помощью аннотаций можно предположить, как именно популяция адаптируется под воздействием отбора. Биологические функции, избыточно представленные (более, чем в 2, 5 раза по сравнению с стандартным транскриптомом) среди генов, вовлеченных в выметание отбором Биологический процесс Количест во генов Увеличение p-значение Иммунитет к грибным инфекциям 6 6, 8 3, 7 х10 -6 Протеолиз 15 2, 3 7, 8 х10 -3 Развитие фолликулярных клеток 7 1, 8 1, 2 х10 -2

Type(Urban and Natural) sample N 1 76 6. 57 N 2 74 37, 9 Type(Urban and Natural) sample N 1 76 6. 57 N 2 74 37, 9 N 3 71 33. 02 U MSU 4 68 34. 1 U Michurinsky prosp 5 75 52. 5 U Vorobyovy Gory 6 45 30. 6 # sample number of individuals concentration, ng/mc. L

Проект изучения адаптаций растений к фрагментации местообитаний Фрагментация местообитаний – одно из последствий урбанизации, Проект изучения адаптаций растений к фрагментации местообитаний Фрагментация местообитаний – одно из последствий урбанизации, выражающееся в разделении зоны обитания вида на изолированные участки, между которыми затруднен поток генов (например, парки, разделенные автодорогами). Показано, что у многих растений во фрагментированных местообитаниях снижается репродуктивный успех. Возможные механизмы адаптации: 1)привлечение более эффективных в данных условиях опылителей 2)увеличение самосовместимости 3)переход на вегетативное размножение Преимущества генетических методов в данном случае: 1)позволяют выявить ныне действующий отбор, длящийся всего несколько поколений 2)аннотация выявленных подотборных генов позволяет сделать предположения о том, какие адаптации следует искать в ходе экологических и физиологических исследований (в том числе исходно неочевидные).