Evolusjonsmekanismer Flashcards
Mutasjoner -
Definer begrepet mutasjon og beskriv ulike former for mutasjoner og mulige implikasjoner av disse
Mutasjoner er forandring i DNAet som oppstår når det skjer en forandring i
1. Basesammensetning/Nukleotidsekvens
2. SNP (Endring i en enkelt base i DNA lokalisert til en bestemt posisjon i genomet.)
3. Posisjon av gener
4. Gentap
5. Genduplisering
6. Insetting av fremmede nukleotidsekvenser ved hjelp av virus eller transposomer.
Skilles mellom mutasjoner i somatiske celler og kjønnsceller (Arvelige). Det finnes flere typer mutasjoner:
- Punktmutasjoner (synonomus og nonsynonomus): mutasjon på ett punkt på genet. Synonyme mutasjoner endrer ikke proteinet som lages, mens non synonyme endrer på en aminosyre under translasjon og ett annet protein blir dermed laget
- Punktmutasjon i ikke kodende gener kan påvirke TF binding
- Strukturelle mutasjoner: Kan fjerne eller legge til gener
Mutasjoner kan være nøytrale, skadelige eller fordelsaktige og forekomme grunnet påvirkning utenfra (UV, røntgenstråler, kjemikalier osv) eller feil i cellens egne funksjoner. Konsekvensen av en mutasjon vil avhenge av hvor i DNA-et den skjer og hva slags type mutasjon det er. Hvis ev av . de 2 første basene i kodonet blir byttet ut fører dette ofte til en negativ mutasjon ettersom den vil kode for en annen aminosyre, eller lage ett stopp kodon slik at genet ikke lenger koder for et funksjonelt protein. Siste basen i kodonet vil ikke påvirke lik mye (Silent eller nonsense mutasjon). Synonyme mutasjoner har ingen effekt på fitness, mens non synonyme mutasjoner har i de fleste tilfeller liten effekt på fitness, men det kan også være store effekter. Stop kodon har sterke negative konsekvenser.
Mutasjoner -
For å bestemme den nøytrale mutasjonsraten (på basepar-nivå) brukes ofte pseudogener. Hvorfor brukes pseudogener framfor andre DNA sekvenser for å estimere denne raten?
Siden pseudogener ikke har noen funksjonell betydning, vil mutasjoner i disse genene ikke påvirke organismens overlevelse eller reproduksjon. Dermed er de mer sannsynlig å være nøytrale mutasjoner, som kun skyldes tilfeldige feil under DNA-replikasjonen.
Ved å studere pseudogener som har oppstått fra funksjonelle gener i nær evolusjonær fortid, kan forskere få et mer pålitelig estimat av den nøytrale mutasjonsraten enn om de hadde brukt tilfeldige DNA-sekvenser. Dette skyldes at funksjonelle gener kan ha blitt påvirket av naturlig utvalg og dermed ikke representerer nøytrale mutasjoner.
Pseudogener kan også gi viktig informasjon om den evolusjonære historien til en art, da endringer i disse genene kan være mer sannsynlig å være nøytrale eller under lavt seleksjonstrykk, og dermed kan gi et bilde av den genetiske variasjonen som er tilgjengelig for naturlig utvalg.
Genflyt -
Grei kort ut om hvordan genflyt kan påvirke evolusjon i homogene (lite lokale tilpasninger) versus heterogene miljø (ulike lokale tilpasninger i ulikepopulasjoner)
I homogene miljø vil genflyt bidra til å opprettholde likheter og begrenser variasjon mellom populasjoner. Dette er fordi det er lite variasjon i miljøfaktorer og seleksjonspresset er likt på tvers av populasjonene. Genflyt vil dermed redusere mulighetene for spesialisering og tilpasninger til lokale forhold.
I heterogene miljø vil genflyt kunne bidra til å spre gunstige mutasjoner og øke den genetiske variasjonen i populasjoner. Dette øker mulighetene for tilpasninger til lokale forhold og spesialisering, noe som kan bidra til skapelse av nye arter.
Evolusjon av gener og genomer -
Diskuter hvordan nye gener dannes og hvilke ulike skjebner disse genene kan få. SJEKK FASIT FOR FULT SVAR
Nye gener dannes gjennom flere ulike mekanismer som mutasjoner og duplikasjon av allerede eksisterende gener.
Mutasjoner kan gi opphav til nye gener.De kan oppstå som punktmutasjoner, inversjoner, delesjoner, insetting eller sletting av baser og translokasjoner. Disse kan påvirke proteinfunksjon og DNA utrykk. Disse mutasjonene kan være positive, nøytrale eller negative. De nøytrale mutasjonen vil ikke nødvendigvis påvirke organismens fitness, men kan derimot være positiv for videre evolusjon ettersom den kan akkumerleres over tid i populasjonen og kan gi mulighet for utvikling av nye trekk og egenskaper. Positive mutasjoner vil kunne føre til økt fitness i individet og gjøre slik at denne mutasjonen sprer seg videre i populasjonen ved selective sweeps. De negative mutasjonene gir negative fitness i form av kreft, redusert reproduksjon eller lignende og vil dermed være negativt for organismen, disse har lite sannsynlighet for å spre seg videre og vil dermed ofte falle vekk under evolusjon.
Ved duplikasjon som ofte er vanlig hos blomster kan genomet dobles og man ender da opp med dobbelt så mange kromosomsett. Dette er ofte fordelsaktig i blomster ettersom det gir dem potensialet til mer genetisk variasjon.
Samlet sett kan nye gener dannes gjennom en rekke mutasjoner og andre mekanismer, og deres skjebne vil avhenge av hvordan de påvirker organismen og dens overlevelse og reproduksjonsevne.
Genetisk drift -
På hvilken måte kan høyere genetisk drift gi større genomer? / Grei ut om effektene av genetisk drift og genomstørrelse
Genetisk drift er tilfeldige endringer i en populasjon grunnet tilfeldige hendelser som påvirker overlevelse. Dette vil kunne føre til mindre genetisk variasjon i populasjonen ettersom noen få individer legger grunnlaget for videre reproduksjon. Høyere genetisk drift kan kan gi større genomer ved duplikasjon og økt aktivitet av transposable elementer (TE)/ Jumping genes).
Duplikasjon av genomer kan føre til polyploydisering, som kan føre til nye arter med økt genomstørrelse. Dette kan skje gjennom feil i celledelingen/meiosen under rekombinasjon.
Transposable elementer er DNA sekvenser som kan flytte seg rundt i genomet, disse kan deles inn i DNA transposomer (DNAet beveger seg direkte fra en posisjon til en annen ved hjelp av cut and paste) og retro transposomer (Bruker erevers transkripsjonsprosess for å lage en DNA kopi av seg selv som kan integreres i genomet). Disse TE kopiene vil kunne være nøytrale, men de kan også virke negativt på organismen hvis den påvirker og ødelegge genregulatoriske områder. I små populasjoner der genetisk drift er sterk, vil allikevel svakt skadelige TE-mutasjoner kunne akkumuleres. Som vil si at det er større sannsynlighet for at nye TE-kopier, selv skadelige, vil fikseres og bidra til økning i genomstørrelse.
Mutasjon -
Forklar hvordan mutasjon fungerer som evolusjons kraft.
Mutasjoner kan føre til en varig genetisk endring og som kan være arvelig om de oppstår i kjønnscellene. Mutasjoner kan være nøytrale, positivet eller negative, alt etter hvor i genene de oppstår. Ved høy genetisk drift vil både nøytrale, positive og negative mutasjoner kunne nedarves uavhengig av opplevd fitness ettersom populasjonen er så liten. Under vanlige omstendigheter så vil kun de de positive eller nøytrale mutasjonene gå videre i populasjonen ettersom nøytrale ikke påvirker fitness og positive mutasjoner vil gi økt fitness og dermed virke under naturlig seleksjon. Nøytrale mutasjoner som som kan spre seg i populasjonen kan også være med på å skape muligheten for økt fitness, ettersom disse kan gi videre mulighet for andre fenotyper til å utvikle seg senere. Eksempler på type mutasjoner er punktmutasjon, strukturelle mutasjoner, insersjon, delesjon, genomdobling.
I sum kan mutasjon fungere som en evolusjonskraft ved å gi organisme muligheten til å utvikle nye egenskaper som kan forbedre deres overlevelse og reproduksjon i deres miljø.
Mutasjon -
Hva er dN/dS og hvordan kan man bruke denne ratioen til å studere evolusjon av kodende sekvenser
Ratioen dN/dS Reflekterer seleksjonstrykk/press på kodende DNA sekvenser. Altså ratio mellom andelen ikke-synonyme (dvs endrer aminosyrefrekvensen) og synonyme substitusjoner. De fleste gener evolverer under relativt sterk negativ seleksjon (dN/dS«1)
En dN/dS ratio på 1 indikerer at det er like mye seleksjonspress for å beholde og endre aminosyresekvensen, indikerer dermed at et gen er under nøytral seleksjon, hvor endringene i aminosyresekvensen ikke påvirker proteinets funksjon. En ratio på mindre enn 1 indikerer at det er større seleksjonspress for å beholde aminosyresekvensen uendret (rensende seleksjon). En ratio på mer enn 1 indikerer derimot at det er større seleksjonspress for å endre aminosyresekvensen (Sterk seleksjon).
- dN/dS = 1: tegn på at genet evolverer under drift (nøytralt), det vil si at
andelen ikke-synonyme og synonyme substitusjoner er like stor (like mye seleksjonspress for å beholde og endre aminosyresekvensen) - dN/dS < 1: negativ (purifying) seleksjon, dvs at seleksjon fjerner nye
proteinendrende mutasjoner i disse sekvensene (større seleksjonspress for å beholde aminosyresekvensen uendret ) - dN/dS >1: positiv seleksjon, dvs at seleksjon favoriserer nye
aminosyreendringer i sekvensene
Seleksjon -
Hvilke forutsetninger må være tilstede for evolusjon med naturlig seleksjon
- Genetisk variasjon
- Fenotypisk variasjon som er arvbar
- Denne fenotypiske variasjonen må være knyttet til variasjon i fitness.
I det siste tiåret har det vært mange store skogbranner i California som har ført til at skogene er blitt mer fragmenterte. I spørsmål 1 ble dere kjent med soppen Suillus brevipes som lever i symbiose med trær. Når skogene forsvinner så blir avstanden mellom skogene der Suillus brevipes lever større og skogene blir mindre.
c. Diskuter hvordan evolusjonskreftene vil forme den genetiske varisjonen og fit-nessen til Suillus brevipesi i California i fremtiden dersom populasjonene blir små og isolerte.
Hvis populasjonene blir små og isolerte, så kan dette føre til redusert genflyt mellom populasjonene, noe som vil føre til mindre genutveklsing. Dette vil gjøre de små populasjonene mindre tilpasningsdyktig skulle det skje en uforventet endring i miljøet ettersom de ikke har det genetiske grunnlaget for å kunne tilpasse seg like raskt. Dette kan føre til at noen eller alle populasjoner potensielt kan dø ut.
Fra fasit:
Fragmentering av habitat og redusering av populasjonsstørrelse vil gi økt
genetisk drift. Dette medfører raskere tap av genetisk variasjon innad i
populasjoner fordi drift resulterer i tilfeldig fiksering av alleler. Variansen i
allelfrekvens (FST) mellom populasjonene går opp.
Konsekvensen dette har på soppens fitness avhenger av hvor små
populasjonene blir. Fitnessen kan bli redusert dersom genetisk drift blir en
sterkere kraft enn seleksjon (veldig små populasjoner), noe som fører til at
skadelige alleler blir fiksert av drift.
Genflyt -
FST er en metode som brukes til å sammenligne populasjoner. Beskriv hva
denne metoden måler og hvilke mønster du forventer å se.
FST måler genetiske forskjeller mellom populasjoner. Altså mål på genetisk divergens. Dette gjør man ved å måle andelen av den totale genetiske variansen funnet mellom to eller flere populasjoner som har resultert fra genetiske forskjeller mellom dem/ FST beskriver andel av variansen i allelfrekvens som skyldes forskjeller i populasjonene. Kan gi ett resultat fra 0-1, hvor:
- FST = 0 : ingen genetisk forskjell mellom populasjoner
- FST = 1: Populasjonene er fiksert for ulike alleler
Ved økt genflyt vil man forvente at FST er lik eller nærme null, men ved genetisk drift vil man forvente at FST er nærmere 1. Likevekt mellom drift og genflyt vil gi IBD (isolation by distance) som kan gi romlige allelfrekvensgradienter
Genetisk drift -
Forklar kort hva genetisk drift er og diskuter hvordan genetisk drift påvirker
allelfrekvensen i en populasjon.
Genetisk drift er tilfeldige endringer i allelfrekvensen fra en generasjon til neste på grunn av tilfeldige hendelser, som kan føre til at enkelte alleler øker eller minsker i hyppighet uavhengig av deres virkelige betydning for overlevelse eller reproduksjon. Tilfeldig utvalg av alleler i individene som danner neste generasjon fører til små endringer i allelfrekvensen.
- Over tid vil dette føre til fiksering eller tap av allelet
- Sannsynligheten for at et allel blir fiksert er lik allelfrekvensen
- Genetisk drift er en sterkere kraft/mekanisme i små enn store populasjoner. Dette kan forklares ved at varians i allelfrekvensen på grunn av tilfeldig utvalg av gameter er større i små populasjoner.
Genetisk drift -
Hva er flaskehalseffekten? Kom med et eksempel og diskuter konsekvenser det kan gi på genetisk diversitet og lokal tilpasning
Flaskehalseffekten er en form for genetisk drift hvor en hendelse (Brann, oversvømmelse osv) fører til at kun noen få tilfeldige individer fra en populasjon overlever, dette kan føre til rask endring i allefrekvensene. Grunnet sterk reduksjon av genetisk variasjon ettersom mange alleler vil kunne ha gått tapt med de individene som ikke overlevde, samt at alleler som ikke er fordelsaktige kan bli fiksert i populasjonen eller forsvinne helt i neste generasjon. Dette vil naturligvis føre til dårligere lokal tilpasning ettersom den genetisk variasjonen er sterkt redusert og i må populasjoner vil genetisk drift ofte motvirke seleksjon. Det vil si at alleler som er mildt skadelige kan overleve og øke i frekvens i populasjonen der flaskehalsen har skjedd. Dette kan motvirke evolusjon av lokal tilpasning.
Genetisk drift -
Hva er effektiv populasjonsstørrelse? Diskuter hvilke faktorer som fører til at den
effektive populasjonsstørrelsen er mye mindre enn det totale antallet individer i en populasjon.
(Ne) Den effektive populasjonsstørrelsen innebærer individer som faktisk bidrar med genetisk variasjon og evolusjon til neste generasjon. Dette tallet er som regel lavere en hele populasjonstallet grunnet faktorer som påvirker overlevelse og reproduksjon.
- Aldersstruktur i. populasjonen inkluderer både de minste og de eldste, uavhengig om de er i reproduksjonsalder. Dette fører dermed til at den effektive populajsonsstørrelsen er mindre en den totale populasjoenen.
- Ulik kjønnsratio kan også bidra til at ikke alle som kan reprodusere får reprodusert. I tilleg til at det er stor variasjon i antall avkom
Genflyt -
Hva er de viktigste effektene av genflyt på den genetiske variasjonen i populasjoner
Genflyt mellom populasjoner fører til økt genetisk diversitet grunnet tilskudd av nye alleler som kan være fordelsaktige, nøytrale eller negative. Dette gjør populasjonen mer motstandsdyktig for endringer i miljøet/nisjen og øker populasjonens totale fitness. Genflyt gjør at populasjonene blir genetisk likere hverandre, samt at effekten av genflyt er proporsjonal med antall migranter og allelfrekvensforskjeller.
Genflyt -
Hvordan kan genflyt påvirke lokal tilpasning
Genflyt reduserer lokal tilpasning ettersom det gjør populasjonene mer genetiske like og det blir dermed vanskeligere for populasjonen å få spesialisert seg, disse tilførte alellene kan være negative/ skadelige for den nye populasjonen eller allelene har hatt en lokal tilpasning i populasjonene de opprinnelig kom fra. Ved redusert eller fravær av genflyt vil det bli lettere for populasjonen å favoriserer og selektere på egenskaper som gir dem bedre lokal tilpasning.
Det vil derfor være en likevekt mellom genflyt og seleksjon der seleksjon øker frekvensen av de lokalt favoriserte allelene, mens genflyt øker frekvensen av alleler som er tilpasset andre populasjoner.
Seleksjon -
Beskriv kort de tre typene seleksjon og tegn nye fenotypefordelinger (dvs utfallet
av seleksjon) for de tre scenarioene etter at seleksjonen har virket på populasjonene.
Forklar hva arvbarhet er og hvordan arvbarhet påvirker seleksjonsutfall. Ta gjerne utgangspunkt i likningen under: h2=G/P
Forklar forskjellen på over- og underdominans. Hvordan vil genetisk variasjon
påvirkes av seleksjon på et lokus med under- eller overdominans?
Retningsbestemt evolusjon fører til at populasjonen utvikler seg i en retning (Veldig store eller veldig små nebb eks), gjennomsnittet trekker seg til høyre. Stabiliserende seleksjon vil føre til en normalfordeling på gjennomsnittet, men med mindre varians. Mens disruptiv vil føre til at ytterkantene favoriseres og skaper en slags splittelse, variansen blir større.
Arvbarheter er andelen av den fenotypiske variasjonen som er additivt genetisk styrt
- Det vil si at det er den delen av den fenotypiske variasjonen som er arvelig og som videreføres til neste generasjon
- Dersom man har høy arvbarhet vil seleksjonen være mer effektiv
- Merk at høy arvbarhet nødvendigvis ikke fører til evolusjon siden det er størrelsen
på den genetiske variansen som er viktig. Man kan ha høy arvbarhet, men ha kun
liten fenotypisk varians
Overdominans – er når heterozygoten har høyest fitness
Underdominans – Heterozygoten lavere fitness enn begge homozygotene
- Ved overdominans vil seleksjonen for heterozygoter føre til en likevekt mellom de to allelene som er avhengig av seleksjonen mot de to homozygotene.
- Underdominans vil gi et ustabilt likevektspunkt (for allelfrekvens) og (nesten) alltid
føre til at et av allelene tilslutt blir fiksert (se fig 5.25). Sannsynligheten for at allel ‘a’
blir fiksert og ‘b’ tapt bestemmes bla av relative fitnessen til homozygote genotypene samt allelfrekvensen i populasjonen
I figur 5.10 ser dere endringer i frekvens av et gunstig allel, dersom allelet er
dominant, additivt (ikke dominans) og recessivt. Forklar hvorfor frekvensen av
allelet har så forskjellig utvikling avhengig av ulik dominans.
