POPULACIONA GENETIKA

POPULACIJA - grupa jedinki iste vrste koja naseljava odredjeno stanište. Jedinke se ukrštaju i daju plodno potomstvo.

•Populacija, u genetskom smislu reči je grupa individua koja živi na određenom geografskom prostoru i reprodukujući se slobodnom oplodnjom izmenjuje svoj genetski materijal.

•Najniži predstavnici populacije su dve individue različitih polova, a najviši predstavnik je vrsta - species.

- U užem smislu FOND GENA je SUMA GENA JEDNOG ODREDJENOG GENSKOG LOKUSA (za populaciju od 1000 jedinki fond 2000 lokusa)

- POPULACIJA IMA SVOJU GENETIČKU STRUKTURU – ona je odredjena učestalošću genskih alela i njihovih kombinacija (genotipova)

- UKUPNA SUMA SVIH GENA JEDINKI KOJE ČINE POPULACIJU ČINI FOND GENA (ili suma svih gena gameta)

UKOLIKO SE GENETIČKA STRUKTURA POPULACIJE NE MENJA KROZ

GENERACIJE POPULACIJA JE U RAVNOTEŽI

VELIKA POPULACIJA

U velikoj populaciji važi Hardy - Weinbergov zakon ravnoteže ili ekvilibrijuma koji glasi:

U velikoj populaciji pod uslovima slobodne oplodnje i jednake fertilnosti svih genotipova, frekvencija genotipova određene generacije zavisi od frekvencije gena u prethodnoj generaciji, a ne od frekvencije genotipova.

Nakon prve generacije slobodne oplodnje, frekvencija genotipova se stabilizuje, tj. dolazi do ekvilibrijuma, pri bilo kojoj početnoj frekvenciji gena.

Osnovne predpostavke na kojima se zasniva ovaj zakon su:

•organizam je diploidan•razmnožavanje je polno•generacije se ne poklapaju (nema inbridinga)•parenje je po slučajnom principu•populacija je velika•migracija je zanemarljiva•mutacija ne postoji•prirodna selekcija ne deluje

Veza između frekvencije gena i genotipova u bilo kojoj generaciji izražena je odnosom:

p2 AA + 2pq Aa+q2 aa = 1

p A učestalost dominantnog alela

q a učestalost recesivnog alela

pA + qa =1 ili 100%

p A q a

q a

p A p2 AA pq Aa

pq Aa q2 aa

ženski gameti

mušk

i g

am

et i

(p A + qa)2 = 1

p2 AA + 2pq Aa + q2 aa =1

HARDY - WEINBERG

p2 AA učestalost dominantnih homozigota

učestalost genotipova

2pq Aa učestalost heterozigota

q2 aa učestalost recesivnih homozigota

učestalost fenotipova

p2 AA + 2pq Aa učestalost dominantnog fenotipa

q2 aa učestalost recesivnog fenotipa

Biodiverzitet

Biodiverzitet je raznolikost živog sveta na planeti.

Biodiverzitet

Pod pojmom biodiverzitet ili biološka raznovrsnost podrazumeva se sveukupnost gena, vrsta i ekosistema na Zemlji.

Biodiverzitet obuhvata ukupnu različitost i variranje gena i svih vrsta mikroorganizama, gljiva, biljaka i životinja, kao i svu raznolikost ekosistema u kojima su živa bića aktivni izvršioci ekoloških procesa.

Biodiverzitet biodiverzitet se deli

u tri hijerarhijske kategorije:

1. GENSKI BIODIVERZITET

2. SPECIJSKI BIODIVERZITET

3. EKOSISTEMSKI BIODIVERZITET

Biodiverzitet

Specijski diverzitet je, istovremeno preko pojedinačnih organizama, populacija i vrsta u celini, nosilac i genskog diverziteta, kao što je i ekosistemski nosilac i rezultat specijskog i genetičkog diverziteta.

Biodiverzitet

Najpre su kao pokazatelj genetičkog diverziteta korišćene očigledne razlike u morfološkim osobinama.

Razvojem citoloških tehnika omogućeno je neposredno izučavanje hromozoma, čime se stekao uvid u suptilniji organizacioni nivo genetičkog materijala.

Počev od šezdesetih godina prošlog veka, tokom naredne dve decenije, korišćenjem proteinske elektroforeze skupljeni su podaci o nivou varijabilnosti strukturnih gena za preko 1000 vrsta .

Biodiverzitet

Tokom poslednje dve decenije molekularno-genetičke metode omogućavaju neposrednu procenu raznovrsnosti nukleotidne sekvence. Polimorfizmi restrikcionih (RFLP) ili slučajno amplifikovanih fragmenata (RAPD), mikro- (STR) i minisateliti (VNTR), polimorfizam pojedinačnih nukleotida (SNP) i sekvenciranje DNK pokazuju da postoji velika unutarpopulacijska varijabilnost.

Zašto se bavimo temom biodiverziteta?

Svet je, u poslednjh nekoliko decenija, počeo da gubi vrste i staništa rastućom i zabrinjavajućom brzinom.

Zašto?

Najviše zbog ljudskih aktivnosti.

Biodiverzitet

Prema IUCN (1996) definisane su sledeće kategorije ugroženosti vrsta:

izumrle, kritično ugrožene, ugrožene, ranjive, vrste sa malim rizikom isčezavanja.

Biodiverzitet i biološki resursi Danas je od: 2719 najraširenijih rasa domaćih vrsta životinja

(goveče, ovca, koza, svinja, bivo, konj i magarac),

391 rasa u opasnosti da nestane, dok je 295 već iščezlo, od čega oko 200 rasa u

zapadnoj Evropi i bivšem SSSR-u . Genetički materijal mnogih kultivisanih biljaka i

rasa domaćih životinja najefikasnije se može osvežiti genima preostalih divljih srodnika.

Biodiverzitet i biološki resursi

Vekovnom veštačkom selekcijom kulturnih biljaka i domaćih životinja‚ stvorene su brojne sorte i rase koje su, nesumljivo, omogučile više hrane za ljudsku populaciju, ali i usporile proces korišćenja ostalih bioloških resursa.

S druge strane, preterane genetičke manipulacije kulturnih biljaka i domaćih životinja u cilju stvaranja produktivnijih sorti i rasa dovele su, u znatnom stepenu, do opterećenja i erozije genetičkog materijala gajenih vrsta. Ovakvi, genetički hibridi, zahtevali su sve veća ulaganja u njihovu produkciju i održavanje.

Koliko vrsta gubimo?

Stručnjaci procenjuju da između 0.01 i 0.1% celokupnog broja vrsta isčezne svake godine.

Biodiverzitet i biološki resursi Prema najnovijim podacima, u poslednjih 400

godina, isčezlo je: 87 vrsta sisara, 131 vrsta ptica, 22 vrsta gmizavaca, 5 vrsta vodozemaca, 91 vrsta riba, 303 vrsta mekušaca, 73 vrste insekata, 9 vrsta rakova 3 vrste drugih beskičmenjaka

Biodiverzitet i biološki resursi

U kategoriji kritično ugroženih nalaze se: 180 vrsta sisara, 182 vrste ptica, 56 vrsta gmizavaca, 25 vrsta vodozemaca i preko 1000 vrsta biljaka

Gubitak genetičkog diverziteta

Gubitak genetičkog diverziteta kod divljih vrsta je najčešće povezan sa smanjenjem broja jedinki . Ovo moze biti izazvano t.j. uzrokovano intenzivnim lovom.Takođe, što se više humana populacija širi , to je više zemlje neophodno za stanovanje, puteve (transportna infrastruktura ) ili za korišćenje zemljista u poljoprivredi .Takvi zahtevi humane populacije dovode do smanjenja ili totalnog gubitka staništa koja su nekada pripadala divljim vrstama. .

Gubitak genetičkog diverziteta

Smanjenjem staništa ne samo da umanjujemo populaciju divljih vrsta, već ih izolujemo u samostalne “džepove“ koji su okruženi poljoprivrednim površinama.

Ovaj proces je poznat kao populaciono fragmentisanje.

MALE POPULACIJE

Svojstva stabilnosti - ravnoteže (gena i genotipova) nisu održiva u malim populacijama zbog toga što su frekvencije gena predmet slučajnih promena kao rezultat malog broja gameta.

Ako broj-uzorak gena nije dovoljno veliki

frekvencije gena su podložne promenama od jedne do druge generacije.

MALE POPULACIJE-Wright-ov zakon

Frekvencija gena u maloj populaciji je rezultat slučajne fluktuacije koja nastaje usled uzimanja uzoraka gameta iz velike populacije.

Ove slučajne promene u frekvenciji gena u maloj populaciji predstavljaju disperzione procese koje je Wright (1931) nazvao slučajno razilaženje (random drift), čije su posledice:

1. Diferencijacija populacije na pod-populacija, grupe ili linije

2. Uniformnost unutar pod-populacija,

3. Povećana homozigotnost u celoj populaciji.

random drift

Slučajne promene frekvencija gena nazivaju se random drift.

Ako se posmatraju frekvencije u bilo kojoj maloj populaciji, promene se dešavaju na »čudan« način bez tendencije povratka na originalnu vrednost.

genetički drift

slučajne promene učestalosti gena ili genotipova unutar populacije mogu dovesti do fiksiranja ili potpunog gubitka odredjenog alela iz populacije, pri čemu je delovanje genetičkog drifta izraženije u malim, izolovanim populacijama.

Ukoliko samo jedan mali broj jedinki u populaciji poseduje određeni alel može se dogoditi da on ne bude prenet u sledeću generaciju kao rezultat slučajnih promena.

genetički drift

genetička slučajnost (genetički drift) nastaje usled limitirane brojnosti populacija, pri čemu nije bitna apsolutna brojnost već tzv. efektivna veličina populacije (Ne). Na nju, pored brojnosti, utiču i drugi faktori kao što su:

frekvencija (odnos) polova, procenat jedinki koje učestvuju u

reprodukciji, fluktuacije u brojnosti populacije tokom

vremena. Ne= 4*Nm*Nf / (Nm+Nf)

Podpopulacija

Prirodne populacije su više - manje podeljene u lokalne grupe koje se razlikuju u frekvencijama gena (pod-populacije).

Genetske varijacije unutar svake pod-populacije postaju progresivno redukovane, a individue su sve sličnije po genotipu. Genetska uniformnost je posledica primene inbridinga.

Sa smanjenjem heterozigotnosti povećava se homozigotnost što je u tesnoj vezi sa pojavom recesivnih gena.

Gubitak fertiliteta i moć preživljavanja je skoro uvek rezultat parenja u srodstvu ili inbridinga -inbriding depersija.

Male populacije su izolovane jedne od drugih i često ograničene veličine, pa njihov opstanak zavisi od efektivne veličine populacije - Ne (broj adultnih jedinki koji stvarno učestvuje u reprodukciji) i koeficijenta inbridinga (ukrštanja u srodstvu).

Konstantno male populacije gube genetički diverzitet stopom koja je obrnuto proporcionalna efektivnoj veličini populacije.

Efekat uskog grla i efekat osnivača

Efekat uskog grla ili naglo smanjenje brojnosti populacije, uveliko redukuje Ne.

Posledica delovanja efekta uskog grla je efekat osnivača, on nastaje kada pojedine vrste naseljavaju novu teritoriju i usled malog broja članova osnivača novih pod-populacija dolazi do pojave značajnog random drift-a već u prvoj generaciji.

Efekat uskog grla i efekat osnivača Novo formirana

populacija genetički može se bitno razlikovati od izvorne populacije.

drastična smanjenja brojnosti populacija u prirodi nastaju usled različitih ekoloških faktora: zemljotersi, poplave , vulkanske erupcije, tajfuni...