Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione)

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1 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Condizioni che possono cambiare le frequenze alleliche: Unioni non casuali (Non-random mating) Individui di un genotipo si riproducono più spesso tra di loro Migrazione Migrazione di individui tra popolazioni Deriva genetica (genetic drift) La dimensione della popolazione è piccola o un gruppo si isola dal punto di vista riproduttivo all interno di una popolazione Mutazioni Le mutazioni introducono nuovi alleli o nuove copie di alleli Selezione Individui con particolare genotipo sono più vitali e con progenie fertile 1

2 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Condizioni che possono cambiare le frequenze alleliche: Migrazione Mutazioni da e verso popolazioni contigue, evento limitato frequenze troppo basse per essere responsabili dello spostamento delle frequenze geniche Unioni non casuali (Non-random mating) Selezione Deriva genetica (genetic drift) Eventi maggiormente importanti 2

3 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Esiste corrispondenza tra la popolazione in equilibrio di Hardy-Weinberg e le popolazioni reali? 3

4 L organismo è diploide a riproduzione sessuale. Le generazioni non sono sovrapposte Frequenze alleliche sono uguali nei due sessi La segregazione dei geni è di tipo mendeliano La popolazione è costituita da un numero elevato di individui Gli incroci avvengono completamente a caso (popolazione panmittica) Gli individui non differiscono tra loro per il tasso di riproduzione e la capacità riproduttiva (assenza di selezione) Gli alleli sono del tutto stabili (assenza di mutazione) Non c è migrazione L organismo è diploide a riproduzione sessuale. Le generazioni non sono sovrapposte Frequenze alleliche sono uguali nei due sessi La segregazione dei geni è di tipo mendeliano La popolazione è finita Gli incroci avvengono completamente a caso (popolazione panmittica) Gli individui differiscono per capacità adattativa e fertilità Le mutazioni, seppur rare, sono possibili e continue La migrazione tra popolazioni può realizzarsi mediante polline o seme 4

5 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Esiste corrispondenza tra la popolazione in equilibrio di Hardy-Weinberg e le popolazioni reali? L equilibrio H-W è difficilmente riscontrabile in natura perchè rappresenta una situazione non soggetta a evoluzione MA rappresenta un sistema per studiare le deviazioni rispetto alla situazione attesa rispetto al modello 5

6 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Caratteri qualitativi controllati da singoli geni In equilibrio, la composizione genetica si mantiene costante durante le generazioni In presenza di fattori di disturbo, la popolazione raggiunge l equilibrio in una sola generazione di unioni casuali 6

7 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Caratteri quantitativi controllati da molti geni In presenza di fattori di disturbo, la popolazione raggiunge l equilibrio dopo alcune generazioni 7

8 Fattori che disturbano l equilibrio (microevoluzione) Processi evolutivi neutrali Modificano le frequenze geniche in modo casuale, indipendentemente dalla capacità di sopravvivenza dell individuo Processi evolutivi adattativi Modificano le frequenze geniche in conseguenza del fatto che certi alleli sono in grado di conferire maggiore sopravvivenza e maggiore successo riproduttivo Migrazione Mutazione Selezione naturale Mutazione Deriva genetica 8

9 Mutazioni Qualsiasi cambiamento nel DNA di un organismo Fonte di nuova variazione genetica Errori non corretti nella replicazione durante la meiosi Molte sono deleterie o neutrali 9

10 Mutazioni Le quote di mutazioni sono basse: 1 su un milione di loci Questa quota è sufficiente a creare variazioni genetiche considerevoli Nel breve tempo molte variazioni fenotipiche provengono da processi di ricombinazione 10

11 Mutazioni Effetti diversi Mutazioni di un allele in un altro, evento raro/ricorrente Non comporta sostanziali cambiamenti delle frequenze geniche, a meno non sia vantaggiosa in termini di: - Sopravvivenza - adattamento - riproduzione 11

12 Mutazioni vantaggiosa neutrale deleteria 1: / 1: Insorgenza più frequente Puntiformi (in sequenze non codificanti) delezioni inserzioni sostituzioni 12

13 Mutazioni le frequenze alleliche cambiano la mutazione può introdurre un nuovo allele la mutazione può convertire un allele in un altro la mutazione può aver un minor impatto fin quando accoppiata ad un altro effetto ( piccole popolazioni e selezione) 13

14 Mutazioni La selezione agisce eliminando gli alleli deleteri Gli alleli deleteri dominanti spariscono velocemente Gli alleli recessivi deleteri vengono eliminati quando appaiono gli omozigoti e questi falliscono nella riproduzione 14

15 Mutazioni La variazione genetica è dovuta a: - mutazioni neutrali, fissate per effetto della deriva genetica casuale - mutazioni vantaggiose per la sopravvivenza, incrementate per effetto della selezione naturale Le mutazioni fanno variare molto lentamente le frequenze alleliche anche dopo un elevato numero di generazioni 15

16 Mutazioni e Hardy-Weinberg L assunzione Gli alleli sono del tutto stabili (assenza di mutazione) non è mai vera La quota di mutazione al singolo locus è così bassa che le deviazioni da Hardy Weinberg sono molto piccole 16

17 Migrazione o flusso genico (gene flow) Scambio di geni tra due popolazioni Può provocare cambiamenti nella struttura genetica quando le popolazioni interessate sono caratterizzate da diverse frequenze alleliche e il numero di individui coinvolti è sufficiente 17

18 Migrazione o flusso genico (gene flow) Si realizza mediante: il polline (introduzione di singoli alleli) i semi (introduzione di combinazioni alleliche) Variazione delle frequenze geniche Cambiamenti nel pool genico della popolazione ricevente 18

19 Migrazione o flusso genico (gene flow) m = individui introdotti da popolazione donatrice 1 - m = individui della popolazione originaria p d = frequenza di un allele nella popolazione donatrice p o = frequenza dell allele nella popolazione originaria p m = frequenza dell allele nella popolazione mista p m = mp d + (1 m) p o = m(p d p o ) + p o L entità del cambiamento dipende dalla consistenza del flusso genico e dalla differenza tra la frequenza della popolazione originaria e quella donatrice 19

20 Migrazione o flusso genico (gene flow) Individui si spostano da una popolazione all altra e si accoppiano all interno della nuova popolazione La popolazione mista avrà una frequenza allelica intermedia tra il valore originale e quello della popolazione donatrice Incrementa la grandezza della popolazione e riduce la divergenza genetica 20

21 Migrazione o flusso genico (gene flow) Se una popolazione riceve un gruppo di individui rappresentate il 10% della grandezza originale della popolazione e La frequenza di A = 0,70 e La frequenza nella popolazione donatrice è A = 0,40 21

22 Migrazione o flusso genico (gene flow) La popolazione mista avrà una frequenza allelica A = 0,70 x 0,90 + 0,40 x 0,10 = 0,67 22

23 Migrazione o flusso genico (gene flow) Quando gli individui si spostano anche i loro geni si muovono. Gli effetti genetici della migrazione si riflettono sulla popolazione corrente. Le frequenze alleliche cambiano quando gli alleli sono distribuiti in modo non proporzionale nei migranti. Popolazione originale 25% (5/20) 25% (5/20) 25% (5/20) 25% (5/20) 2 3 Popolazione dopo la migrazione 13.3% (2/15) 33.3% (5/15) 20% (3/15) 33.3% (5/15) 23

24 Gene Flow La migrazione di individui alterano il gene pool Tende a ridurre le differenze nelle popolazione 24

25 Deriva genetica E il risultato dell introduzione in un ambiente di un gruppo poco numeroso di individui, che da origine a una nuova popolazione con una composizione genetica modificata rispetto a quella originaria Il mantenimento dell equilibrio può essere garantito solo in presenza di una popolazione molto numerosa Essendo le popolazioni reali non infinitamente numerose, le fluttuazioni casuali delle frequenze alleliche al moment del campionamento gametico, può causare deviazioni dei rapporti genotipici rispetto all atteso 25

26 Deriva genetica La deriva genetica è un processo del tutto casuale e rappresenta un caso speciale del fenomeno più generale noto come errore di campionamento o variazione di campionamento 26

27 Deriva genetica Nel caso di unioni casuali, il pool genico della generazione parentale può non essere sufficientemente grande, e le frequenze geniche possono variare solo per effetto del campionamento casuale dei gameti che porta alla generazione successiva Deriva Genetica Le frequenze geniche sono soggette a cambiamenti continui e casuali con il succedersi delle generazioni 27

28 Unioni non casuali L unione casuale avviene quando individui di un genotipo si uniscono a caso con individui di tutti gli altri genotipi. L unione non casuale avviene tra: Individui geneticamente simili (inbreeding) Individui fenotipicamente simili Individui geneticamente dissimili Individui fenotipicamente dissimili 28

29 Unioni non casuali Generalmente significa unione tra individui geneticamente simili Favoriti da Prossimità: individui vicini geograficamente sono probabilmente geneticamente simili Autofecondazione Comune nelle piante Incroci assortiti Individui scelgono individui simili 29

30 Deriva genetica Maggiore effetto: - quanto più piccola è la dimensione della popolazione - quanto più bassa è la frequenza di un allele Può favorire la perdita o la fissazione di un allele 30

31 Deriva genetica N = 2000 N = 20 p(a) = q(a) = 0.5 popolazione grande popolazione piccola 31

32 Deriva genetica Nelle popolazioni piccole le frequenze alleliche possono fluttuare nel corso delle generazioni e nei campionamenti casuali fino alla eliminazione di un allele e alla fissazione dell altro omozigosi 32

33 Deriva genetica Nelle popolazioni grandi le frequenze alleliche possono subire piccole variazioni e la deriva genetica produrrà omozigosi ma solo dopo moltissime generazioni 33

34 Deriva genetica L entità degli scostamenti è inversamente proporzionale rispetto alla numerosità della popolazione iniziale: è tanto maggiore quanto minore è il numero totale degli alleli 23/17 nella popolazione piccola è più frequente di 2300/1700 della popolazione grande Il valore di chi quadrato 0.9 e 90 nelle due popolazioni rispettivamente, danno risultati molto diversi: - Scostamento probabile e casuale - Scostamento quasi impossibile La deriva genetica ha un effetto tanto più marcato quanto più piccola è la dimensione della popolazione 34

35 Deriva genetica La fluttuazione è tanto maggiore quanto minore è a numerosità della popolazione A numerosità costante, la fluttuazione è tanto maggiore quanto più q è 35 prossimo a 0.5 fino ad essere massima quando le frequenze di A e a sono uguali

36 Deriva genetica La probabilità di fissazione di un allele dipende dalla sua frequenza nella popolazione In presenza di una mutazione neutra, la probabilità che il nuovo allele venga fissato o eliminato per effetto della deriva genetica casuale: 1/2N Probabilità di fissazione 1 (1/2N) Probabilità di eliminazione Quanto più N è piccolo, quanto più bassa è la possibilità che possano insorgere nuove mutazioni, ma se ciò dovesse avvenire la probabilità di fissazione è più alta 36

37 Deriva genetica La dimensione della popolazione influenza l entità della deriva genetica L effetto sarà minimo nelle popolazioni più grandi Costituisce la componente evolutiva maggiore nelle popolazioni più piccole Misura del grado di eterozigosità nel corso delle generazioni 37

38 La popolazione H-W è: - infinitamente grande - isolata - unioni sessuali casuali Deriva genetica Frequenze alleliche a un locus -> costanti Frequenze genotipiche eterozigoti -> 2pq 38

39 Deriva genetica Relazione tra il grado di eterozigosi in una generazione (H) e la generazione successiva (H ) ( ) 1 H = 1 - H 2N 1/2N = diminuzione di eterozigosità a casusa della deriva genetica 1. Dopo molte generazioni il grado di eterozigosità sarà nullo 2. La popolazione avrà perso la variabilità genetica (solo un allele) 3. Frequenze geniche p=1 e q=0 OPPURE p=0 e q=1 39

40 Unioni non casuali Causa perdita di eterozigosità Ciascuna generazione di unione tra individui con uguale genotipo riduce l eterozigosità di metà Perché? 40

41 Unioni non casuali Se consideriamo le unioni che coinvolgono solo differenti genotipi: AA Aa aa AA AA AA Aa Aa Aa AA Aa AA Aa aa Aa aa aa Aa Aa aa aa Tutte queste combinazioni (6) danno vita a eterozigoti 41

42 Unioni non casuali di contro se consideriamo unioni solo tra genotipi identici: AA Aa aa AA AA AA Aa Aa Aa AA Aa AA Aa aa Aa aa aa Aa Aa aa aa Solo una di queste unioni (1/3) produce un eterozigote 42

43 Deriva genetica Cambiamenti nella frequenza allelica avvengono quando i gameti non riflettono le frequenze alleliche dei parentali dovuti al caso La deriva genetica è più pronunciata in piccole popolazioni Popolazione originale 25% (5/20) 25% (5/20) 25% (5/20) 25% (5/20) Popolazione dopo l effetto deriva 30% (6/20) 30% (6/20) 20% (4/20) 20% (4/20) 43

44 Deriva genetica Effetto direzionale casuale sulle frequenze alleliche Fissazione di geni Eliminazione di geni Popolazioni più piccole Habitat marginali, quando pochi individui costituiscono una popolazione isolata dal punto di vista riproduttivo 44

45 Deriva genetica Effetto collo di bottiglia (bottleneck) Eventi naturali avversi (inondazioni, siccità) le dimensioni di una popolazione possono ridursi drasticamente e in modo improvviso Popolazione rimanente dominata dalla deriva genetica con pochi eventi riproduttivi, strettamente dipendente dalla composizione genetica dei sopravvissuti e dal tipo di fluttuazione genetica subìta 45

46 Deriva genetica Effetto collo di bottiglia 46

47 bottleneck Popolazione di gameti originaria : 3 gameti bianchi 11 gameti neri 10 gameti rossi Improvvisa riduzione delle dimensioni della popolazione Tempo I gameti in nero sono più rappresentati I gameti in bianco sono scomparsi 47

48 Effetto del fondatore Deriva genetica Una popolazione viene stabilita da un piccolo gruppo di individui che si separano da una popolazione grande e si riproducono in una nuova località Seppure successivamente numerosa, la nuova popolazione avrà un pool genico derivato sempre dagli alleli del fondatore, con bassa variabilità genetica e diversità nelle frequenze alleliche Responsabile dell evoluzione di nuove specie 48

49 Selezione naturale Poiché gli organismi competono per le risorse più soddisfacenti, quelli con i geni che si adattano meglio al loro ambiente sopravvivono con maggiore probabilità e trasmettono i loro geni. I geni con maggiore valore adattativo dovrebbero aumentare la loro frequenza con il tempo. Mentre Darwin è stato il primo a formulare l idea, Ronald A. Fisher ha sviluppato le conseguenze evolutive in termini quantitativi 49

50 Selezione naturale E l insieme dei fattori che tende a favorire o sfavorire un dato genotipo e quindi ad aumentare o diminuire le frequenze degli alleli che lo compongono Fitness (w) = capacità di sopravvivenza e di riproduzione w = 1 -> genotipo con capacità riproduttiva pù alta La legge di H-W NON prevede la presenza di selezione naturale e quindi assume che tutti gli individui hanno lo stesso valore adattativo e riproduttivo 50

51 Selezione naturale Può agire secondo diverse modalità a seconda delle conseguenza che determina a carico delle frequenze fenotipiche della popolazione Selezione direzionale Favorisce la sopravvivenza e la riproduzione di individui di una frazione estrema della distribuzione normale determinando lo spostamento del valore fenotipico medio della popolazione in quella direzione 51

52 Selezione naturale Può agire secondo diverse modalità a seconda delle conseguenza che determina a carico delle frequenze fenotipiche della popolazione Selezione divergente Favorisce gli individui di entrambe le classi fenotipiche estreme e tende ad assumere una forma bimodale. Si diversificano popolazioni con caratteristiche divergenti 52 che rendono massimo l adattamento in condizioni ambientali contrastanti.

53 Selezione naturale Può agire secondo diverse modalità a seconda delle conseguenza che determina a carico delle frequenze fenotipiche della popolazione Selezione stabilizzante Favorisce la sopravvivenza e la riproduzione di individui con valore fenotipico intermedio (fiore maggiormente colorato) 53

54 Selezione naturale La selezione naturale dipende dalla fitness di un individuo Idoneità biologica del suo fenotipo ad uno specifico ambiente Fitness darwiniana = probabilità relativa che un determinato fenotipo ha di sopravvivere, riprodursi e contribuire al pool genetico della generazione successiva rispetto agli atri fenotipi della stessa popolazione 54

55 Selezione naturale Tab Il cambiamento della frequenza genica è inversamente proporzionale alla fitness media della popolazione: maggiore è il valore adattativo della popolazione, minori sono i cambiamenti delle frequenze geniche 55

56 Selezione naturale Gli effetti della selezione naturale possono essere diversi a seconda delle relazioni tra le fitness dei possibili genotipi. w AA = w Aa = w aa w AA = w Aa = w aa Non c è selezione naturale C è selezione naturale 56

57 Selezione naturale 1) Selezione contro l allele recessivo. Il valore dell eterozigote equivale a quello dell omozigote dominante, ed è maggiore dell omozigote recessivo w AA = w Aa = 1 w aa < 1 2) Selezione contro l allele dominante, quando l eterozigote possiede un valore adattativo uguale all omozigote dominante, ma minore all omozigote recessivo w AA = w Aa < 1 w aa = 1 3) Selezione in assenza di dominanza, quando l eterozigote ha un valore adattativo intermedio rispetto ai genotipi omozigoti w AA < w Aa < w aa w aa = 1 57

58 Selezione naturale 4) Selezione a favore dell eterozigote, quando quest ultimo ha un valore adattativo superiore a entrambi gli omozigoti w Aa = 1 w AA = w aa < 1 5) Selezione contro l eterozigote, quando quest ultimo ha un valore adattativo inferiore a entrambi gli omozigoti w Aa < 1 w AA e/o w aa = 1 58

59 Selezione naturale Selezione contro un allele dominante o recessivo eliminazione o alla riduzione di uno degli alleli porta alla Selezione a favore dell eterozigote è un esempio di selezione stabilizzante perché porta al raggiungimento dell equilibrio stabile Selezione contro l eterozigote è un esempio di selezione disruptiva capace di determinare una variazione divergente delle frequenze alleliche 59

60 Selezione naturale Coefficiente di selezione (s) valuta come la pressione selettiva naturale può agire contro gli individui meno adattati e aventi un determinato genotipo con diversa intensità relativa s = w - 1 s = 0 s > 0 s 1 s = 1 Genotipo più favorito Genotipo sfavorito Allele recessivo letale o causa sterilità w > 0 Selezione agisce contro i recessivi, diminuisce la fitness senza compromettere la sopravvivenza 60

61 Selezione naturale L efficacia della selezione contro un carattere recessivo dipende dalla fitness ma anche dalle frequenze dell allele recessivo e quindi dalle proporzioni dei genotipi omozigoti recessivi ed eterozigoti Frequenza del gene recessivo alta Molti omozigoti recessivi che causano cambiamenti consistenti della frequenza dell allele recessivo Frequenza del gene recessivo bassa Omozigoti recessivi saranno rari e i cambiamenti della frequenza dell allele recessivo saranno lievi 61

62 Selezione naturale Può agire favorendo il mantenimento della variabilità genetica avvantaggiando l eterozigote Entrambi gli alleli vengono mantenuti nella popolazione Se la selezione contro entrambi gli omozigoti è ugualmente efficace, le frequenze alleliche all equilibrio saranno uguali a 0,5 e la popolazione avrà il 50% di eterozigoti Se la selezione contro entrambi gli omozigoti è asimmetrica, le frequenze alleliche all equilibrio si sposteranno verso quella dell allele più adattato La selezione a favore dell eterozigote non consente la fissazione del genotipo più adattato 62

63 Selezione naturale Selezione contro un allele dominante letale Quando la dominanza è completa e l allele dominante è letale per l individuo o rende l individuo sterile (s = 1), la selezione naturale produce il suo effetto massimo in una sola generazione Fissazione dei genotipi omozigoti recessivi Scomparsa dell allele dominante 63

64 Selezione naturale Dal punto di vista molecolare, gli effetti della selezione naturale sono riconducibili a polimorfismi a carico delle sequenze nucleotidiche degli alleli Gli individui con alleli vantaggiosi che codificano per proteine efficienti hanno maggiore probabilità di sopravvivere e maggiore capacità di riprodursi 64

65 Inbreeding Unioni tra individui più strettamente imparentati di quanto voluto dal caso Le unioni tra individui geneticamente dissimili (outbreeding) portano ad un aumento della variabilità genetica Le unioni tra individui geneticamente simili (inbreeding) determinano una diminuzione della variabilità genetica 65

66 Inbreeding L outbreeding e l inbreeding strategie diverse per sviluppare linee omozigoti a tutti i loci e per creare ibridi eterozigoti a molti loci In natura questi tipi di unioni portano ad un alterazione della composizione genotipica e a un cambiamento delle proporzioni tra genotipi rispetto a quanto previsto dall equilibrio H-W. 66

67 Inbreeding Inbreeding -> tipico di piante autogame, per cui le unioni tra individui geneticamente affini e strettamente imparentati avvengono con una frequenza maggiore di quanto voluto dal caso La forma più estrema è l autofecondazione, possibile solo tra piante ermafrodite Inbreeding -> poco tollerato dalle piante allogame, perché la fecondazione crociata tra individui imparentati non provoca un cambiamento delle frequenze geniche, ma determina un aumento delle frequenze dei genotipi omozigoti (-> comparsa di genotipi recessivi più esposti alla selezione) 67

68 Inbreeding Quantificazione del grado di inbreeding = aumento della probabilità che l individuo sia omozigote per alleli identici, ovvero che hanno la stessa origine e risultano dalla replicazione di uno stesso allele inizialmente presente nell individuo A 1 A 2 A 1 A 1 A 2 A 2 68

69 Inbreeding Unioni casuali Sarà improbabile che gli alleli identici, segregati in gameti diversi, possano ritrovarsi nello stesso individuo Unioni non casuali ma individui imparentati Alleli identici portati da gameti diversi possono finire nello stesso zigote e questo evento è tanto più probabile quanto più alto è il grado di affinità tra gli individui Coefficiente di inbreeding (F) = misura il grado di affinità genealogica ed equivale alla probabilità che un individuo ha di avere alleli identici. In zootecnica si chiama coefficiente di consanguinità Coefficiente di fissazione = probabilità che un allele ha di essere fissato allo stato omozigote 69

70 Coefficiente d inbreeding (F) E 0 per individui delle popolazioni con unioni perfettamente casuali E 1 quando esiste la certezza che un individuo riceva due alleli identici derivanti cioè da un unico gene presente in un antenato 70

71 Inbreeding Nelle popolazioni naturali la condizione di accoppiamento casuale viene violata frequentemente ed è possibile risalire alla relazione tra gli accoppiamento attraverso lo studio degli alberi genealogici 71

72 Inbreeding Nelle specie allogame provoca: - un aumento generalizzato della frequenza degli omozigoti - una diminuzione della variabilità genetica complessiva - una riduzione della capacità adattativa media di una popolazione (relativamente alla comparsa di alleli recessivi sfavorevoli o letali) F = 0 => unioni casuali F = 1 => unioni non casuali, popolazione costituita da omozigoti, tipico delle specie autogame 72

73 Inbreeding Negli individui ermafroditi l autofecondazione è il miglior sistema per condurre rapidamente a omozigosi La quota di eterozigosi si dimezza ad ogni ciclo di autofecondazione Negli incroci tra fratello-sorella viene determinato un aumento di omozigosi Fig Al diminuire del grado di parentela, l incremento di omozigosi diventa pù lento e il numero di generazioni per raggiungere l omozigosità è molto elevato 73

74 Inbreeding Tab Minore è la vicinanza tra gli individui rispetto al discendente comune, più bassa è la probabilità che abbiano ereditato alleli identici 74

75 Inbreeding In una piccola popolazione ci sono poche unioni potenziali Quindi la probabilità di unioni tra relati s incrementa Quindi s incrementa l omozigosità negli individui inbreed Gli individui inbreed possono quindi: Portare due copie di alleli recessivi deleteri Non beneficiare del vantaggio dell eterezigote Risultato: loro soffrono della DEPRESSIONE DA INBREEDING 75

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77 Identità per discendenza e coefficiente di inbreeding (inincrocio) F Si dice che due alleli sono identici per discendenza (IBD) quando derivano dallo stesso individuo. Il coefficiente di inincrocio F è la probabilità che due alleli omologhi in un individuo siano IBD. La probabilità di trovare un individuo con l allele A di frequenza p è p; la probabilità di trovare quello stesso individuo con un secondo allele A identico per discendenza è pf. La proporzione di individui che sono omozigoti perché i loro alleli sono identici per discendenza è pf. La proporzione di individui che sono omozigoti perché i loro alleli NON sono identici per discendenza è (1-F)p2. 77

78 Identità per discendenza e coefficiente di inbreeding (inincrocio) F Di conseguenza la frequenza del genotipo AA è: P(AA) = Fp + (1-F)p2 = p2 + Fp(1-p) Analogamente: P(aa) = Fq + (1-F)q2 = q2 + Fq(1-q) P(Aa) = 2pq(1-F) = 2pq 2pqF AD OGNI GENERAZIONE GLI OMOZIGOTI AUMENTANO GLI ETEROZIGOTI DIMINUISCONO Le frequenze geniche possono improvviso e casuale 78

79 Calcolo del coefficiente di inbreeding F per cugini primi Path diagram Quanto aumenta la probabilità di essere affetto da una malattia recessiva di frequenza q quando si è figli di cugini primi rispetto a quando si è figli di non consanguinei? genealogy Si consideri un locus. In quel locus l individuo A ha gli alleli 1 e 2, l individuo B gli alleli 3 e 4. L individuo x, figlio di cugini primi, riceve l allele 1 da A attraverso C ed E con probabilità (½)3 e attraverso D e F con probabilità (½)3 per cui è omozigote 1-1 per IBD con probabilità (½)3 (½)3 = 1/64. Poiché lo stesso ragionamento si può fare per gli alleli 2,3 e 4: F = 1/64+1/64+1/64+1/64 = 1/16 79

80 Coefficiente d inbreeding (f) 80

81 Importanza della limitatezza degli individui in una popolazione naturale Solo un piccolo campione di tutti i gameti può essere impiegato per la costituzione della generazione successiva ed eventuali variazioni possono verificarsi solo per effetto del caso 81

82 Eterosi Il vigore ibrido o eterosi può essere considerato come il fenomeno opposto al deterioramento del vigore che accompagna l inbreeding 82

83 Ipotesi della dominanza Le specie alloimpollinate presentano un gran numero d individui geneticamente differenti molti dei quali portano geni recessivi sfavorevoli in eterozigosi In autofecondazione appaioni i caratteri recessivi deleteri e questi individui rapidamente vengono eliminati spiegando gli effetti deleteri dell inbreeding. La depressione da inbreeding è quindi una conseguenza della segregazione mendeliana. L eterosi e la depressione da inbreeding dipendono dalla presenza della dominanza 83

84 Umano vs. Umano Una variazione ogni 1000 nucleotidi Il 90% delle variazioni tra umani si trovano nelle popolazioni Africane Ci sono abbastanza umani, e la % di mutazione è abbastanza alta, in media ogni base muta diverse volte in ogni generazione Ogni umano porta centinaia di cattive mutazioni, molte sono recessive, si possono evidenziare solo con l inbreeding 84

85 Umano vs. Topo In generale il 40% delle basi sono diverse Nelle regioni funzionali solo il 15% delle basi sono diverse Guardare alle regioni conservate tra uomo e topo aiuta ad identificare parti funzionali del genoma umano 85

86 Umano vs. Scimpanzè Una differenza ogni 100 basi Una nuova trasposizione ogni basi Due cromosomi di una specie compaiono fusi nell altra 86

87 Evoluzione in azione 87