Allgemein Flashcards
Was ist ein molekularer Marker?
Molekulare Marker sind kurze Abschnitte von DNA, deren Sequenz und Lage im Genom genauso bekannt sind wie der Zusammenhang zwischen dem Auftreten des Markers und einer Eigenschaft in der Pflanze.
Also gewisse Loci, z.B. Gene, nichtkodierende Bereiche, Genome.
Was ist ein Locus?
Eine spezifische Position im Genom. Varianten des selben Locus sind Allele
Was waren die ersten molekularen Marker?
Allozyme
Was bedeutet uniparental
Mitochondrien über Mutter, eine Kopie pro Individuum (mitochondriale DNA oder Chloroplasten DNA), primär maternal vererbt, keine Rekombination
Was bedeutet biparentale Vererbung?
zwei Kopien pro Individuum, Rekombination der Gerne: 2 Allele,
DNA Basen:
Adenin und Thymin = 2 WBB
Granin und Cytoin 3 WBB
Purin und Pyrimidin
Cytosin, Thymin und Uracil sind Beispiele für Pyrimidinbasen. Adenin und Guanin sind die beiden Purinbasen.
3 Basen codieren für ein Codon -> Aminosäure.
Mutationen ohne Auswirkungen
- stille Mutation
- AA-Änderungen -> gleiche Proteinfunktion
- nukleare Gene: gibt zweites Allel
- Gen-Familie übernimmt
- Mutation im nicht-codierenden Bereich, an 3. Stelle
Entstehung von Mutationen
äußere Einflüsse: UV, Radikale
Enzymfehler: bei DNA Replikation
Was ist Transition?
eine Punktmutation innerhalb einer Klasse von Basen, z. B. eine Purinbase wird durch eine andere Purinbase ersetz
Was ist Transversion?
wenn eine Purin- durch eine Pyrimidinbase ersetzt wird oder umgekehrt.
Was ist Deletion?
eine Nukleotidsequenz oder ein Teil einer Nukleotidsequenz fehlt
Was ist Inversion?
Ein chromosomaler Abschnitt ist um 180° gedreht, also invertiert
genetischer Drift
zufälliges Fixieren oder Verlieren von Allelen
assortative mating
non-random, eine Form nicht-zufälliger Paarung. Sie liegt vor, wenn Arten mit geschlechtlicher Fortpflanzung zur Begattung mit Individuen neigen, die ihnen in gewisser Hinsicht besonders ähnlich sind
wann kommt es zu gene flow?
bei einer Migration
welche Kräfte bewirken eine Verschiebung von Allel-Frequenzen?
- genetischer Drift
- assortative mating
- Migration
- Selektion
Neutral Theory of Molecular Evolution (Kimura, 1960)
??
- „meiste Mutationen unterliegen NICHT natürl. Selektion“
- konstante Evolutionsrate AA-Sequenz von Proteinen diverser Arten - stille Mutationen verändern den Phänotyp nicht
- genetische Drift fixiert und löscht zufällig Mutationen
Wofür steht PCR?
Polymerase Chain Reaction =Polymerase-Kettenreaktion
Was ist PCR?
Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen
Ablauf der PCR?
Einsatz von Taq-Polmerase (kann höhere Hitze ertragen) und Verwendung von zwei gegenläufige orientierten Primern im Abstand von max. 4 kb
- Mischen: DNA, Primer, dNTPs, Taq
- auf 94^c -> Denaturierung, Strangtrennung
- auf 45-72°C -> Hybridisierung, Lösung schnell auf 54°C abkühlen damit Primer mit jeweils einem Strang hybridisieren können
- auf 72°C -> Extension, DNA-Synthese -> optimale Temperatur für die Taq-DNA- Polymerase
in jedem Schritt wird das Fragment zwischen den Primern in der Anzahl verdoppelt
Zielsequenz mit umgebenden flankierenden Sequenzen
Was ist notwendig für eine PCR?
die Kenntnis der flankierenden Sequenz
Was sind flankierende Sequenzen?
Sequenzabschnitte, die unmittelbar neben Protein-codierenden Sequenzen liegen und gemeinsam mit diesen transkribiert werden, jedoch nicht für Proteine codieren.
Was ist eine Stringenz?
Stringenz = Übereinstimmung zwischen Primer und Zielsequenz, die man mit Temperatur und Salzkonzentration beeinflussen kann)
Wofür steht RFLP?
Restriction Fragment Length Polymorphism
Was ist RFLP?
man sucht Unterschiede, Polymorphismus
- Analyse genetischer Marker
- erste Methode die direkt DNA nutzt
- Bandenmuster werden miteinander verglichen
Was ist der Fortschritt von RFLP zu Allozymen?
sie sind variabler
Was schneidet das Restikrionsenzym?
es schneidet das PCR-Produkt
Wie viele Restriktionsenzyme sind bekannt? und welches war einer der ersten?
ca. 3800 bekannt
EcoR war eines der ersten
Was ist Biological invasion im Zusammenhang mit molÖko RFLP?
durch Sequenzierung rausfinden von wo Tier eingeschleppt wurde.
Identifikation: Tetramorium
Wofür steht AFLP?
Amplified Fragment Length Polymorphism
Was ist AFLP?
- Eine Mischung zwischen RFLP und RAPD
- zwei Restriktionsenzyme schneiden die zu analysierende DNA in kleine, für das jeweilige Individuum klar definierte Fragmente, die mittels PCR vervielfältigt werden. Daraus ergibt sich in der Gel-Elektrophorese ein Muster (Durch Unterschiede in der Anzahl der Restriktionsstellen entstehen verschieden lange Fragmente), das als genetischer Fingerabdruck genutzt werden kann und auch zur Darstellung naher Verwandtschaften genutzt werden kann.
- Adaptoren (= bekannte Sequenz) binden an Schnittstellen und Primer, die auf Adaptoren passen, wurden hergestellt → eingebracht und vervielfältigt
Vorteile der AFLP?
günstig, gut reproduzierbar, guter Überblick, whole-genome scan, kein Vorwissen notwendig, für Primerdesign
Nachteil der AFLP?
aufwändiger als RAPD
AFLP Angewandt: Weberknechte: Kreuzungsbarriere zwischen langen und kurzen Beinen
in einer Art stecken eig drei Arten, ein Name kann allerdings nicht gegeben werden
Was ist die Sanger (Dideoxy)-Methode?
= Kettenabbruchmethode, eine kontrollierte Beendigung der enzymatischen Replikation.
Die DNA-Sequenzierung
Was ist die Bedingung für die Sanger-Methode?
ein Stück der DNA muss bekannt sein um ein komplementäres Oligonukleotid als Primer herstellen zu können
Durchführung der Sanger-Methode?
- Durchführung in 4 Reaktionsgemischen (jede Base eins)
- mit jeweils einer DNA-Polymerase
- und einem Primer
- Desoxyribonucleosidtriphosphate sind radioaktiv
markiert - und 2´-3´Didesoyanalogon in jedem Gefäß ein anderes
-> Analogen blockiert das weitere Wachstum der Kette, da 3´-OH-Ende fehlt - Fluoreszenznachweis: in jedes Didesoxyanalogon wird eine Fluoreszenzmarkierung eingebaut
- Elektrophorese
Was sind Mikrosatelliten?
= SSR = Short Sequence Repeats = STR (Tandem)
Kurze, nicht kodierende DNA-Sequenzen, die im Genom eines Organismus oft wiederholt werden.
Wozu sind Mikrosatelliten gut?
Mikrosatelliten können zur Genanalyse verwendet werden, da die Anzahl der Wiederholungen sich bei verschiedenen Individuen unterscheidet und deswegen bei der enzymatischen Spaltung mit einem Restriktionsenzym DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge hervorbringt. Auf diese Weise können Polymorphismen (Unterschiede) in der DNA festgestellt werden.
Analyse der Länge von Mikrosatelliten
- durch PCR
- dabei werden kurze synthetische Primer verwendet, die komplementär zu denjenigen DNA-Sequenzen sind, die den interessierten Mikrosatellit flankieren.
- Die beiden (meist unterschiedlichen) Produkte der PCR können durch Gelelektrophorese aufgetrennt und deren Länge damit bestimmt werden.
Merkmale von Mikrosatelliten?
nicht kodierend; evolvieren schnell; hohe Variation
Vorteile von Mikrosatelliten?
Sequenz ist genaueste Information, die möglich ist; mutieren 1000x schneller als nukleare Gene; werden co-dominant vererbt; wenn es viele gute Mikrosatelliten-Loci gibt können Individuen identifiziert werden.
Nachteile von Mikrosatelliten?
es benötigt Vorabinformation für Primerdesign für PCR, dies Kostet viel; es gibt keine universellen Primer, sie müssen also pro Organismus neu etabliert werden; es gibt keine whole-genome-scans; anfällig für Analogie und für Null-Allele; Neutralität manchmal hinterfragt
Für was steht NGS?
Next Generation Sequencing
Was ist NGS?
Parallel-Sequenziere, (Im Rahmen von NGS-Verfahren können so mehrere Tausend bis zu Millionen Sequenzierreaktionen gleichzeitig ablaufen)
Vorteil der NGS?
ganze Genome in wenigen Stunden sequenzieren.
Nachteile der NGS?
es ist schwer gezielt zu sequenzieren; kurze Schnipsel
NGS-platforms:
454, Illumina, SMRT, Ion Torrent, Nanopore…
illumina
verwendet Fluoreszenz zum Nachweis. RNA kann direkt hinein gegeben werden und man bekommt so eine verkürzte Bearbeitungszeit. Allerdings kommt es zu versteckten Kosten durch die Bioinformatische Auswertung
Wofür steht RADseq?
= Restriction-site Associated DNA sequencing
Wofür steht RADseq?
= Restriction-site Associated DNA sequencing
Was sind Microarrays?
DNA-Microarrays dienen dazu, die mRNA-Menge bestimmter Gene oder rRNA bestimmter Organismen nachzuweisen.
Genexpression - simultanes screening von 1000 Genen
Was ist das Problem von Microarrays?
für Modellorganismus sind vorher viele Sequenzinfos nötig, bisher nur für Drosophila, Maus, Zebrafisch vorhanden, €€€
- dort, wo komplementäre Stränge binden fluoresziert es → mit Microarray-reader detektiert
Wofür steht SNP?
Single Nucleotide Polymorphism
Was sin dSNPs?
- Variation eines einzelnen Basenpaares in einem DNA-Strang
- SNPs sind geerbte und vererbbare genetische Varianten
Was sind Allozyme
= Proteine
sind alternative Formen eines Enzyms, die von verschiedenen Allelen am gleichen Locus codiert werden.
Gegenteil: Isoenzyme (Genen verschiedener Loci)
Wofür steht DGGE?
Density Gradient Gel Elektrophoresis
Wofür steht TGGE?
Temperature Gradient Gel Elektrophoresis
Wofür steht DGGE?
Density Gradient Gel Elektrophoresis
Wofür steht TGGE?
Temperature Gradient Gel Elektrophoresis
DGGE & TGGE
- gelelektrophoretische Verfahren zur Trennung geladener Biomoleküle.
- lässt DNA in einem Gel mit Gradient von denaturierender Umgebung (Harnstoff, Temp.) laufen
- DNA denaturiert je nach Sequenz unterschiedlich früh
- hochauflösendes Gel nötig (z.B. PAGE)
- meist als fingerprinting von Mikro- organismen-Gemeinschaften
Nachteil von DGGE & TGGE?
oft schwer reproduzierbar
Was ist Real-Time-PCR?
wenn man nur wenige bekannte Gene untersucht: Real-Time-PCR = „quantitaive PCR“ = qPCR
Was ist Real-Time-PCR?
wenn man nur wenige bekannte Gene untersucht: Real-Time-PCR = „quantitaive PCR“ = qPCR
- Die Quantifizierung wird mit Hilfe von Fluoreszenz-Messungen durchgeführt, die während eines PCR- Zyklus in Echtzeit (engl. real time) erfasst werden.
- Nur in der exponentiellen Phase der PCR ist die korrekte Quantifizierung möglich
Wofür steht FISH?
= Fluorescent In Situ Hybridization
hat FISH Primer?
Ja es verwendet “primer” (heissen aber “probe” oder “Sonde”, weil sie nicht als Starter für Verlängerung des DNA- Stranges fungieren); spezifische Fluoreszenz-gelabelte Oligonukleotide, die nach Denaturierung der Probe an komplementäre Sequenz binden
Vorteile von FISH?
- in situ: direkt an Geweben target-Sequ. anzeigen
- Erkennung 3D-Verteilung: konfokale Lasermikroskopie
Wo wird FISH eingesetzt?
z.B., um spezifische Mikroorganismen in communities zu erkennen (oder Krebsforschung:
Chromosomenfehler)
Probleme bzw. Nachteile von FISH?
Hintergrund-Fluoreszenz & Permeabilität Zellen ungleich (chemisches treatment davor zu optimieren)
Was ist FISH?
es handelt sich um ein Verfahren der Zytogenetik, das dem Nachweis von Chromosomenabweichung dient.
Man verwendet Fluoreszenz-markierte DNA-Sonden (Primer), die spezifisch an bestimmte DNA-Stellen auf den Chromosomen binden können. Diese Verbindung bezeichnet man als Hybridisierung. Bindet eine solche gefärbte Sonde an die DNA , können mittels Mikroskop die Lokalisation und die Anzahl der Kopien ausgewertet werden.
Was ist Phylogenie?
schaut im Zeitstrahl (Stammbaum) weit zurück, zwischen Arten, wann sind Schwestern-Arten Ernstanden?
= stammesgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen und die Entstehung der Arten in der Erdgeschichte
Was ist Phylogeographie?
schaut nicht ganz so weit zurück, räumlicher Aspekt stark, innerhalb Arten, Wann/wo kam es zur Artentrennung?
= analysiert und beschreibt die phylogenetische und geographische Herkunft einzelner genetischer Linien eines Taxons.
Was ist Populationsgenetik?
innerhalb Arten, passiert jetzt, Arten sind im Austausch oder nicht.
= untersucht Vererbungsvorgänge innerhalb biologischer Populationen.
Monophylie, Polyphylie, Paraphylie
Monophylie: aus einem Phylum entstanden.
Polyphylie:
Paraphylie: das Taxon (Gruppe) hat zwar eine gemeinsame Stammform, enthält aber nicht alle Taxa, wie es beim Monophylum der Fall ist
Alignment
Ähnlichkeitsvergleich von Nucleotidsequenzen oder Aminosäuresequenzen durch gegenseitige Ausrichtung der verglichenen Sequenzen bis zur optimalen Übereinstimmung. Sequenzlücken bzw. Insertionen sind, je nach Vorgabe, zu einem gewissen Grad erlaubt.
Was für Rekonstruktionsverfahren von phylogenetischen Bäumen gibt es?
Distanzmethode, MP: Maximum Parsimony, ML Likelihood, Bayerischer Ansatz BMCMC
Was sind Vorteile von Distanzmethoden?
sehr schnell, einige Evolutionsmodelle nutzbar, es gibt wenig zu rechnen.
Was sind Nachteile von Distanzmethoden?
Information über Evolution gewisser Positionen nicht berücksichtig, nur “simple” Evolutionsmodelle in Distanz-Berechnung
MP-Maximum Parsimony
Suche nach sparsamstem Baum mit wenigsten Mutations-Schritten.
Vorteile von MP?
leicht durchschaubare Methode; muss sich nicht auf 1 Evolutionsmodell festlegen; Ergebnis ist nicht nur der Baum; sondern auch Hypothese über die Evolution der einzelnen Charaktere; gut wenn es wenig Taxa sind, die auch nahe verwandt sind
Nachteile von MP?
kein Einbeziehen der Evolutionsmodelle; schlecht, wenn viel Homoplasie, unterschätzt branch lenghts; große Bedeutung outgroup; kann inkonsistent sein; anfällig für long-branch-attraction
Was ist ML-Maximum Likelihood?
wahrscheinlichster Baum unter gewissem Evolutionsmodel, Mutatuons-Wahrscheinlichkeiten werden geschätzt
Vorteile von ML?
jede Position hat eine eigene likelihood; branch lengths stimmen; komplexe Evolutionsmodelle verwendbar; wenn das Modell passt, passt der Baum
Nachteile von ML?
Wenn Modell nicht passt, passt der Baum nicht; sehr rechenaufwändig
Was versteht man unter Hybridisierung?
sexuelle Hybridisierung: Bastardisierung, Entstehung von Nachkommen genetisch unterschiedlicher Eltern (verschiedene Rassen, Arten, Gattungen…).
was ist die Coalescent theory?
beschreibt Struktur der Genealogie vom “Jetzt” zurück in die Zeit zum MRCA.
Was sind die 6 evokativen Kräfte?
Mutation, Rekombination, genetischer Drift, Assortative-Mating, Migration und Selektion
Auf was basiert die Populationsgenetik?
auf Mendes Vererbungslehre und mathematischen Konzepten
Was sagt uns das Hardy-Weinberg-Equilibrium (HWE)?
sagt voraus, wie in „idealen Welt“ für eine gegebene allele frequence das Verhältnis von Homozyogten zu Heterozygoten in der nachfolgenden Generation sein wird
3 (4) Theorien warum Superkolonien entstehen
- reduced aggression
- reduced relatedness
- reduced recognition
- neue Theorie: strategischer Agressionsverzicht, weil ökologischer Vorteil
