Prüfungsfragen Flashcards
Was ist ein molekularer Marker?
In der Genetik wird als Marker ein bestimmtes, leicht zu identifizierendes Gen bzw. ein bestimmter DNA-Abschnitt bezeichnet, bei dem sowohl Basensequenz als auch Genort bekannt sind.
Genotyp-Ausschnitt der zum Vergleichen herangezogen wird. z.B. bestimmte Loki (z.B. Gene, nichtkodierende Bereiche, Genome), Mikrosatelliten, Exons, Introns, Allozyme,…
Was ist ein Locus?
die physische Position eines Gens im Genom, der Genort.
Wann verwende ich einen Marker mit einer schnellen Mutationsgewschwindigkeit?
→ bei Verwadnschaftsuntersuchungen
Wie groß ist der Protein codierende Anteil des Genoms beim Menschen?
1.5%
Was sind langsam mutierende Marker?
Exons und Pseudogene
Was sind schnell mutierende Marker?
Allozym, Intron, SSR Mikrosatelliten
Von wem wird die mtRNA übertragen?
Wird maternal (die Vererbung über die mutterseitige Abstammungslinie) übertragen
Auf was deutet es hin, wenn ich zum aufschmelzen der DNA eine höhere Temperatur benötige?
auf mehr C-G Gehalt in der DNA
Warum brauche ich bei einem höheren C-G Gehalt eine höhere Temp.
Weil zwischen C-G drei Bindungen vorliegen → stabiler
zwsichen A-T nur zwei Bindungen
Wodurch entsteht in einem Individuum Variation?
Rekombination und Mutation
plus: Transition, Transversion, Deletion, Insertion/Addition, Inversion
Was wird biparental vererbt?
Nukleare DNA
Wo findet keine Rekombination statt?
Bei der uniparentalen Vererbung
Was passiert bei einem „Slippage“?
DNA Polymerase verrutscht. Passiert häufig bei repetitiven Sequenzen, dadurch wird der Strang entweder kürzer oder länger
Welche Evolutiven Kräfte gibt es?
Rekombination, Mutation, Gen-Fluss, genetischer Drift, Selektion, assortative mating
Wozu führen Evolutive Kräfte?
Verschiebung von Allel-Frequenzen – Allele werden häufiger oder seltener
Was besagt die Neutral Theory of Molecular Evolution?
- die meisten Mutationen unterliegen keiner natürlichen Selektion
- konstante Evolutionsrate AA-Sequenz (Aminosäuresequenzen) von Proteinen
- stille Mutationen verändern den Phänotyp nicht
- genetische Drift fixiert und löscht zufällig Mutationen
Wofür steht RFLP?
Restriction Fragment Length Polymorphism
Wofür steht AFLP?
Amplified Fragment Length Polymorphism
Was sind Mikrosatelliten? (MC)
Mikrosatelliten sind kurze, nichtcodierende DNA-Sequenzen von zwei bis sechs Basenpaaren Länge, die im Genom eines Organismus oft wiederholt werden. Oftmals konzentrieren sich viele Wiederholungen am selben Locus (Position einer Sequenz). Sie sind schnell evolvierende nukleare.
Was sind Allozyme und Isoenzyme:
Allozyme sind alternative Formen eines Enzymes, die von verschiedenen Allelen am gleichen Genlokus codiert werden.→ durch Elektrophorese trennbar.
Das Gegenstück hierzu sind Isoenzyme, welche dieselbe Funktion erfüllen, aber von Genen verschiedener Loki codiert werden.
Vor- und Nachteil von FISH
+ Erkennung der 3D-Verteilung
+ in situ direkt an Gewebe Target-Sequenz anzeigen
+ wenn man z.B spezifische MOs erkennen möchte
- Hintergrund-Fluoreszenz und Permeabilität der Zellen ungleich
Vor und Nachteil von NGS
+ in wenigen Stunden das ganze Genom
- nur 150-400 bp
Was beschreibt Phylogenie:
Beziehung zwischen Arten → beschreibt Beziehung zwischen Vorfahr und Nachfahren
Was versteht man unter incompleat linage Sorting? Was sind die Lösungen?
Tritt auf wenn sich eine Art aufspaltet → evolutive Linie noch nicht wirklich getrennt Lösung:
• möglichst viele Loki oder gesamtes Genom anschauen
• Speziationsgene
• Fragestellung mit Hilfe andere zusätzlicher Disziplinen lösen = integrative Taxanomie
Problem bei Speziationsgenen?
Man muss wissen, was der Auslöser der Speziation ist.
Was ist Transversion was ist Transition? Was findet öfter statt?
beides sind Punktmutationen
- Transition: Purin-Purin oder Pyrimidin-Pyrimidin (Öfter)
- Transversion: Purin-Pyrimidin oder Pyrimidin-Purin
Purin (A/G) Pyrimidin (C/T)
Wie berechne ich die Zeit für eine molekulare Uhr, wenn Mutationsrate bekannt ist?
Aus Divergenz zwischen 2 homologgen Sequenzen die Zeit errechnen, die seit gemeins. Ursprung (MRCA – Most Recent common Ancestor) vergangen ist.
Probleme der molekularen Uhr?
Raten treffen nicht immer zu.
Genetic drift und Selektion führt zu einer unterschiedlichen Beeinflussung
Wie komme ich von Sequenzen zu Stammbäumen?
Sequenz in Form von Basen aufschreiben → Alignment erstellen → gleiche Sequenzen übereinander bringen (besonders bei codierenden Sequenzen gleich)
Wodurch entstehen unterschiede beim Alignment codierender Sequenzen?
Durch Mutation oder PCR Fehler
Problem bei sehr komplexen Evolutionsmodellen?
Je komplexer, desto weniger wahrscheinlich stimmt das Ergebnis, wenn neue Werte hinzukommen → bei einfacheren Modellen könnte es gleich bleiben.
Komplexere Modelle passen meisten nur für die genauen Werte, die bei der Erstellung verwendet wurden.
Prinzip von Maximum Parsimony?
Stammbaum so bauen, dass möglichst wenig Mutationen vorkommen.
Ich berechne für jede Seite, wieviele Mutationen benötigt sind – je weniger Mutationen, desto besser ist der Baum
Wieso ist die Außengruppe so relevant für das Modell Maximum Parsimony?
Weil die Anzahl der Mutationsschritte extrem davon abhängt.
Nachteil des Maximum Parsimony Modells?
Schließt Rückkreuzungen aus und Modell kann nur bei sehr nah verwandten Taxa verwendet werden. Kein Einbeziehen von Evolutionsmodellen → unseen changes
Vorteil von Maximum Parsimony?
Leicht durchschaubare Methode
muss sich nicht auf 1 Evolutionsmodell festlegen gut wenn wenig Taxa + nahe verwandt
Prinzip von Maximum Likelihood?
Es wird berechnet, wie wahrscheinlich es ist, dass Aufspaltungen oder bestimmte Mutationen auftreten. (z.B. Mutationen zwischen Nukleotiden) Wahrscheinlichster Baum wird erstellt.
Nachteil von Maximum Likelihood?
Extrem lange Rechenzeit + man muss sich sicher sein, dass es das richtige Modell ist
Wofür verwende ich Bootstrapping?
Um zu berrechnen wie stabil der Baum ist, wenn neue Proben dazu kommen
Wie funktioniert Bootstrapping?
- Künstliche Datensätze werden erstellt
- von den originalen Daten werden sides herausgezogen und in die neuen eingebaut
- wenn der alte Baum stimmt müsste wieder der gleiche Stammbaum
herauskommen - beim ursprünglichen Stammbaum trägt man ein, wie oft ein Knoten auch bei den
anderen Bäumen vorkommt (ab 75% ernst zu nehmen)
Grundprinzip des Bayesischen Ansatzes?
Beruht auf der Wahrscheinlichkeit der Bäume, die man aus Beobachtungen schließt. Es wird mit Hilfe von bedingten Wahrscheinlichkeiten gerechnet. ! Beobachtungen beeinflussen den ursprünglichen Ansatz! Extrem Komplex. (Bsp. Zuckerl im Skript!)
Was versucht Phylogeographie?
Versucht, dass was innerhlab von Arten passiert ist nachzuvollziehen – mit Hilfe eines geographischen Hintergrundes.
Grundlegende Unterschiede von Sanger und NGS erklären (offen)
Senger: 4 verschiedene Behälter benötigt, lange gedauert
NGS (Next Generation Sequencing): Alles in einem Topf, ganzes Genom in wenigen Stunden
Formen von DNA-Sequnenzen?
Protein-codierende DNA
• evolviert (sich über Evolution entwickeln) meist langsamer → wird repariert!
Artefakte leichter erkennbar
nicht Protein-codierende DNA, nicht funktionelle DNA
• evolviert schneller, Artefakte schwerer erkennbar
• Primer Design spezifisch
nicht Protein codierende DNA, funktionelle DNA
• z.B. RNA-Gene, evolviert langsamer,
konservierte und variable Bereiche kein ORF
nuclearer Marker
• evolvieren meist eher langsam
• biparentale Vererbung
• Rekombination durch crossing ove r
cytoplasmatischer Marker
• z.B. mtDNA
◦ evolviert schneller
◦ maternale Vererbung!
Welchen Einfluss hat Migration (Gen Fluss) auf die Population?
Die Variation steigt + Populationen werden zueinander ähnlicher
Welchen Einfluss hat assortative Paring auf die Population?
Positive assortative Paring = Inzucht:
-> Arten neigen zur Begattung mit Individuen, die ihnen in gewisser Hinsicht besonders ähnlich sind
• innerhalb der Gruppe sinkt Variation
• Unterschiede zwischen Gruppen werden größer
-> führt zu neuen Arten
negativ assortative Paring = nicht verwandte Individuen Paaren sich
-> Dabei werden bevorzugt Paarungspartner ausgewählt, die (in bestimmten Aspekten) unähnlich sind.
• Variation steigt
• Unterschied zwischen den Populationen geringer
-> stabilisiert die ursprüngliche Art und lässt weniger neue Typen entstehen
Welchen Einfluss hat der genetische Drift auf die Population?
Bei seltenen Allelen, kann es sein dass der genetische Drift zu einer Veringerung der Variation führt, da seltene Allele verloren gehen können. d.h. Variation innerhalb der Population sinkt, aber durch den Verlust können ähnliche Gruppen unterschiedlicher werden.
Wo wirkt der genetische Drift besonders stark?
Bei kleinen Populationen
Was bedeutet es wenn ich zwei Populationen untersuche und ähnliche Allele finde?
Das ein Genfluss stattfindet
Welchen Einfluss hat Selektion auf die Population?
Variation in der Population sinkt. Zwischen Populationen: • gleicher Selektionsdruck: ◦ Variation zwischen Populationen geringer • unterschiedlicher Selektionsdruck ◦ Variation zwischen Populationen steigt
Was ist balancing selektion?
Eine Sonderform der „disruptiven Selektion“. Auch wenn Selektion dazu führen sollte, dass ein Allel verschwindet kommt es vor. z.B. HbS/ HbA
Hardy Weinberg Gleichgewicht Welche Aussagen stimmen
• Wird angewendet bei sexuellen Organismen – stimmt
◦ jeder Vater gibt gleichwahrscheinlich seine Spermien weiter. Analog Mütter → zw. Generationen bleiben Allel-Freq & Genotyp-Frequ. konstant
• Allelfequenz sagt etwas über Genotypfrequenz der nächsten Generation aus – stimmt
◦ HWE sagt voraus, wie in “idealer Welt” bei gegebener allele-frequency
das Verhältnis v. Homo- zu Heterozygoten in Nachfolge-Generation sein wird
• Allelfrequenz verschiebt sich nicht über Generationen - stimmt
◦ ideale Welt – keine 6 Kräfte, die zu einer Verschiebung führen könnten (?)
◦ jeder Vater gibt gleichwahrscheinlich seine Spermien weiter. Analog Mütter → zw. Generationen bleiben Allel-Freq & Genotyp-Frequ. konstant
• Hardy Weinberg Gleichgewicht ist Ausgangswert für FST FIS FIT
• es gibt an, wieviele Allele man untersuchen muss, um eine repräsentative Aussage
zu erhalten – falsch
Erkläre Hardy Weinberg Gesetz.
HWE sagt voraus, wie in “idealer Welt” bei gegebener allele-frequency das Verhältnis v. Homo- zu Heterozygoten in Nachfolge-Generation sein wird
3 Voraussetzungen für eine ideale Welt beim HWE?
- Keine 6 evolutiven Kräfte
- sex. Organismen
- Generationen überlappen nicht
Was vergleicht der FST, FIS Wert.
FST: vergleicht Subpopulationen mit Totalpopulationen
FIS: Vergleicht Individuen inneralb einer Subpopualtion (bezieht ein wie homozygot Individuen sind – Inzucht)
Was bedeutet ein FST Wert von 0 bzw 1?
=0 → Genlfuss
=1 → kein Genfluss – Genflussbarriere
Was bedeutet ein FIS Wert von 0 bzw 1?
=0 → keine Inzucht
=1 → Inzucht
Wie arbeitet AMOVA?
Nimmt gesamte Variation in den Daten – Versucht Variation auf verschiedenen, vom Bnutzer festgelegte Ebenen einzuteilen
– unterteilt gen. Variation in hierarch. Komponenten – setzt Variation auf verschiedenen Ebenen miteinander in Beziehung
– partitioniert gesamte Variation in Kovarianz- Komponenten aufgr. von Unterschieden in den vorher definierten hierarch. Ebenen;
Mit Hilfe von welchem Programm kann mtDNA untersucht werden?
AMOVA
Was bedeutet es wenn AMOVA bei Mikrosatteliten 4% anzeigt und bei mtDNA 90%?
4% bedeutet: genetische Variation zwischen den 2 Populationen gering
90% bedeutet: gentische Variation zwischen den 2 Populationen groß.
Lösung:
90% von mtDNA: wird nur von Weibchen übertragen. Da genetische Variation gering ist bleiben sie z.B. im Nest → offensichtlich breiten sich die Männchen aus → daher auch bei Mikrosatteliten geringe genetische Variation. = „sex biased dispersal“
Wie funktioniert STRUCUTRE?
Jedes Individuum wird mit seinen Daten eingeschleust → Programm erstellt dann sichtbare Cluster → Cluster durchmischt spricht für Genfluss, je einfärbiger, desto isolierter.
Was gibt der coefficent of relatedness R an?
Ob Individuen verwandt sind.
→ ! viele polymorphe Marker werden benötigt!
Was bedeutet es wen R =1?
Zwillinge
Was bedeutet R=0.5
Tochter oder Sohn
Was bedeutet R=0.25?
Halbgeschwister
Warum will man eine molekulare Identifikation von Arten?
• Um die Artenzugehörigkeit zu kennen → für die meisten ökologischen Fragen wichtig
Wann verwendet man eine molekulare Identifikation von Arten?
- Morphologie unzuverlässig
- unbekannte Lebensstadien
- nur Fragmente vorhanen
Was ist environmental DNA?
In der Umwelt findet man DNA Spuren, welche Arten zugeordnet werden können → z.B. Wasserprobe → Otter DNA vorhanden?
Was ist ein Nachteil der environmental DNA?
Kontaminationsanfällig
Mit Hilfe von welchen molekularen Markern kann ich Pilze/ Bakterien/ Insekten zu Arten zurordnen?
Pilze: ITS (internals transcriped spacer) Bakterien: 16S rDNA
Insekten: mtDNA-Gens COI
Wieso/ Wann ist es von Vorteil wenn ich das Geschlecht mit Hilfe von molekularer Identifikation herausfinde?
Wenn z.B. nur Gewebeproben vorliegt, wenn kein Geschlechtsdimporphismus vorhanden ist
Wie kann ich das Geschlecht molekularbiologisch herausfinden?
PCR mit Hilfe von Sex-spezifischen Primern oder Gene, die eine geschlechtsspezifische Länge haben
Wo kann eine molekulare Identifikation eines Individuums von Vorteil sein?
z.B. bei Verhaltensforschung, oder bei Forensik & Kriminalistik
Wie kann ich ein einzelnes Individuum molekular Identifizieren?
Mit Hilfe von molekularen Markern mit einer größeren Auflösung (z.B. Set von hoch variablen Mikrosatelliten)
Was sind Probleme bei der molekularen Identifikation der Nahrungsökologie?
- Schwierige negativ Nachweiß zu interpretieren
- Unterscheidung zwischen Primär- Sekundär Predation
- nicht erkennbar, ob Beute lebend oder tot war
Aufgabe der Genomik?
Erforschung der Genomfunktion, -struktur, - evolution
Woran forscht die Postgenomische Ära?
Forschung an Art nach Sequnezen ihres Genoms
Wozu dient die Pangenomik?
Vergleich multipler Genomsätze innerhalb einer Art
Aufgabe der Phylogenomik?
Evolutive Rekonstruktion mit Genomdaten
Was untersucht die Ökologische Genomik?
Untersuchung der genomischen Mechanismen, die für Adaptation von Organismen an ihre Umwelt verantwortlich sind
Wie arbeitet die Metagenomik?
arbeitete nicht mit spezifischen Primern, sondern mit allgemeinen Primern → gesamtes Genom wird beobachtet.
Mischung von vielen Organismen werden amplifiziert. Man bekommt nicht eine genaue Art, sondern allgemein, wieviele Arten in der Probe stecken.
Was ist biparentale Vererbung?
Es gibt zwei Kopien pro Individuum, nukleare DNA-Rekombination, man spricht von Allelen, homozygous und heterozygot
Was ist uniparentale Vererbung?
Es gibt eine Kopie pro Individuum, z.B. mtDNA und cpDNA, meistens maternal vererbt, keine Rekombination, man spricht nicht von Allel sondern von haploidem Genotyp, Organellen und Plastiden
Was sind Purine Basen?
A und G
Was sind Pyrimidine Basen
C, T und U
Wie kommt es zu einer Variation in einer Population?
- genetische Drift
- assortative mating
- Migration
- Selektion
- > diese Kräfte bewirken Verschiebung v. Allel-Frequenzen
- > Allele werden häufiger/seltener = evolutiven Kräfte
Was sind die 3 Schritte der PCR?
- Strangtrennung: 15 Sek. auf 93°C
- Hybridisierung der Primer: Lösung schnell auf 54°C abkühlen damit Primer mit jeweils einem Stand hybridisieren können
- DNA-Synthese: Lösung auf 72°C erhitzen -> optimale Temperatur für die Tat-DNA-Polymerase
- > Verlängert beide Primer inRichtung Zielsequenz (5´-> 3´)
- > geht über Zielsequenz hinaus
Was bedeutet ein niedriger FST-Wert?
kaum Populationsdifferenzierung
Was bedeutet ein hoher FIS-Wert?
deutet auf Inzucht hin
