POPÜLASYON GENETİĞİ 2

Mutlak Aleller Modeli

Doğal seçilim yokluğunda her mutasyonun yeni bir alel yaratmasıdır.

Prensipte bir genin çok sayıda aleli olabilir. (Örneğin 300 AA lik bir proteini kodlayan bir genin teorikde 900 nükleotidi vardır. Her nükleotit, A,T,G veya C den oluşacağından olası alel sayısı 4900’dur (yaklaşık 10542). Burada her yeni mutasyonun populasyonda bulunmayan yeni bir alel yaratacağını düşünürüz. Bu mutasyonun “mutlak aleller modeli” dir. Bu model yeni mutasyonların özelliğini belirlemede bir yoldur.

Burada mutasyon ile genetik drift arasında bir denge vardır, örneğin allozim analizlerinde kaç mutasyonun yeni tipte alel yaratacağı ve bunların genetik driftle kaybolma şansı bu modelle analiz edilebilir.

Bu model nötral teorinin test edilmesinde de kullanılır. Eğer beklenenden daha fazla alel var ise, bu alelleri –örneğin doğal seçilim gibi- bir başka gücün populasyonda tuttuğu sonucuna gidilebilir, bu güçler mercek altına alınır

Aşamalı Aleller Modeli

Burada mutasyon alel boyutunu artıran yada azaltan bir ögedir. Örneğin mikrosatelitlerde böyle bir durum vardır. (Alel boyutları değişkendir)

Bu tekrarlanmalar parmak izinde kullanılır.

·        Oluşan mutant allel 3 durum ortaya koyabilir;

1)      Nötral mutasyon ve Nötral Allel Oluşumu:

Bir canlıda , (bir alelde) meydana gelen mutasyonun fenotip üzerinde olumlu yada olumsuz bir etkisi bulunmuyor ise, bu nedenden dolayı bu mutasyon doğal seçilime tabi değil ise bu mutasyonlara “nötral” denir. 

Fenotipe yansımayan mutasyonlardır. Bu nedenle doğal seleksiyona tabi olmazlar. Varyant oluşturma potansiyeline sahiptirler.

-Nötral mutasyonların  populasyonda kalması (fikse olması)  genetik drift ile belirlenir.

Bu süre teorik olarak :

        

   2(Ne/N) ln(2N).

            Ne= üremeye katılan birey sayısı, efektif birey sayısı

            N= popülasyondaki birey sayısı

-Nötral alellerin fikse olması demek, populasyonda 1’e yakın bir frekansa gelecek şekilde artmasıdır.

-Nötral bir alelin fikse olma frekansı doğrudan doğruya onun frekansına eşittir.

-Fikse olacak nötral aleller için yaklaşık 4N generasyon geçmelidir.

* popülasyon ne kadar küçükse fiske olma zamanı o kadar kısadır.

              

2)      Zararlı mutasyon

-Etkisini doğrudan gösterir ve gen havuzunda düşük oranda yer alır.

-Resesif mutant bir allelse çok üreme sonucu popülasyonda artabilir, etkisi dominat bir alel ile maskelenebilir ve görülmeyebilir (Genetik hastalıklar).

-Bunların popülasyondaki sürekliliği tekrarlanan mutasyon+seleksiyon dengesi ile sağlanır. Eğer mutasyon canlılıkla ilgiliyse o birey elimine edilir.

-Cinsiyete bağlı olarak görülme sıklığı değişebilir. Örn; Ornitin transkarbamilaz (OTC) eksikliği, X-e bağlı ölümcül bir hastalıktır (erkeklerde). Kadınlarda heterozigot formda (%15 oranda) komaya neden olur. Erkeklerde yeni mutasyonlu bireylerin oranı 0’a yakınken kadınlarda %57 civarındadır.     

3)      Avantajlı / yararlı Mutasyonlar:

Bir mutasyonun “yararlı” olduğunu söylemek zordur, bu çevre/şartlar tarafından belirlenmektedir eğer Mutasyon adapte olma sürecine yardım ediyorsa yararlı mutasyondur.

Yararlı olanlar da dahil, birçok yeni mutantlar kaybolma eğilimindedir ve fiske olması uzun sürer. Bir alelin ne dereceye kadar fiske olacağı ve canlıya yarar sağlayacağı belirsizdir.

Uyum/fitness’de %1 artış sağlayan bir alelin fikse olma şansı %2 olarak hesaplanmıştır.

·        yararlı bir alelin fikse olması ancak devam eden mutasyonlarla güçlenir.

                                                       Mutant alelin kaderi

 

Bir türe ait tüm genler gen havuzunu oluşturur ve Mutasyonla oluşmuş yeni ALEL gen havuzuna tek

 kopya olarak girer

                                  

           

                                                 AA   -----  Aa

a aleli “resesif” ise etkisini göstermesi için homozigot forma gelene dek hiç bir bireyde fenotipik olarak görülmeyecektir.

1)      Alel ara bir frekansa gelene kadar kendi gibi olan bir genotiple eşleşme şansı düşüktür, ancak bu olduktan sonra frekansı popülasyonda zamanla artar (heterozigot formda kalır)

2)      Geri mutasyon: Teorikde; A aleli a aleline bir generasyonda u oranında değişir, ve a tekrar A’ya v oranında geri döner. Bu durumda A’nın denge durumundaki frekansı :

v/(u+v)

•               Denge durumuna gelebilmek için yüz binlerce generasyon geçmesi gerekir.

Evrim Oranı:

Evrim oranını bir generasyonda meydana gelen nükleotit değişimi olarak ifade edersek ve değişimin bir populasyondaki bir alelin yeni bir alel ile yer değiştirmesi old. kabul edersek:

1. Önce bir bireyde mutasyon olur ve yeni bir alel meydana gelir.
2. Bu alel populasyonda fikse olabileceği bir frekansa gelir.

 Evrim oranına k, mutasyon oranına “m” ve populasyonda fikse olmuş mutant bireylerin oranına “f” dersek;

3. denge durumunda Evrim oranı:  k = 2Nf m (diploidlerde) olur.

           Populasyonda mutant genin fikse olması için çok generasyon geçmelidir, öyleyse  mutant gen neden tamamen kaybolmaz ?

1. Mutant geni taşıyan genotip selektif bir avantaja sahip olabilir. (Bu duruma ender rastlanır, esas neden değildir)
2. Mutasyon baskısı vardır. yani bir mutasyon sadece bir kez meydana gelmez, sık sık tekrarlanır. Her gen lokusunun mutasyona uğrama frekansı farklıdır.

Genetik Drift

 Populasyondaki bireylerin döl oluşturma etkinliğine bağlı olarak gen taşıma frekanslarındaki belirsizlik.

                                                              1      2            3           4     5

1. durumda mutant allel 5 generasyon boyunca taşınmıştır ve allelin frekansı belli bir seviyede kalımıştır.

4. birey hiç döl vermediği için yok olmuştur.

3. bireyde ise döller boyu taşınmış ve frekansı belli bir seviyeye gelmiş, fiske olmuştur.

             

Genetik driftin etkileri

1. Genetik drift ile bir alelin fikse olması populasyon ne kadar büyükse o kadar uzun sürer,
2. Uzun vadede genetik drift homozigotlaşmaya yol açar. Bu nedenle polimorfizmi azaltan bir unsurdur.

Nötral Kuram 

Rastgele genetik drift ve mutasyonların dengeleyici etkileri ile bazı alellerin nötral durumda kalması:

•         Bir çok mutasyon selektif açıdan “nötral”dir, yani fenotipik olarak organizmanın yaşamsal ve üremsel uyumunu etkilemez.

                                                            |s| < ½ Ne

         

•         Eğer |s| < 1/2Ne ise Seleksiyon etkisizdir ve aleller drifte maruzdur denebilir :

aleller “etkin olarak nötral”dir.

Genetik driftle nötral mtasyonlar şekillenir. Normalde nötral mutasyonlar fenotipe yansımaz ve seleksiyona tabi olmaz ama ne zaman şartlar değişir ortam uygun olursa avantaj sağlar ve ortaya çıkar. Örnek:

CD4 reseptöründe mutasyon olan bireyler bu gen açısından mutant’dır. Fenotipe yansımaz. Ancak HIV onları enfekte edemez. Burada nötral mutasyon selektif avantaj kazandıracak yararlı bir mutasyona dönüşmüştür. Nötralmuatsyonun varyant oluşturmasına örnek.

•         Bir nötral alelin fikse olma süresi ortalama 4Ne generasyondur

            Denge halindeki ortalama homozigotluk , mutlak aleller modeline göre

•         1/(4Ne m+1)    m= Nötral mutasyonların fikse olduğu oran / Ne’den bağımsızdır

Genetik drift Heterozigotluğu azaltır

 

•        Bir alelde mutasyon oluştuktan sonra o alel genetik drift ile fikse olmaya gider, populasyon ne kadar büyükse fikse olmak için zaman o kadar uzar. Eğer genetik drift yeterli bir uzunluktaki zamana (yeterli sayıda lokusda) yayılırsa,  homozigotlaşma olur.

•        Genetik drift uzun vadede çeşitliliği azaltan bir unsurdur.

•        Doğal seçilim yokluğunda ve her mutasyonun yeni bir alel yarattığı şartlarda (mutlak aleller modeli) heterozigotluğun seviyesi genetik drift ile (ki populasyonu homozigotluğa iter), mutasyon (heterozgiotluk yaratır) arasındaki dengeyle şekillenir.   

•        Genetik driftin azalttığı heterozigotluk yeni mutasyonlarla tekrar oluşur. Yani bu iki süreç (mutasyon ve GD) populasyonu farklı şekilde etkilemiş olur, bir süre sonra populasyon dengeye ulaşır. Denge durumunda heterozigotluk:

                                               H =   4Nm /  4Nm+1    

                                                      

                       m=  Nötral mutasyonların fikse olduğu oran- mutasyon oranı

                       N = popülasyondaki birey sayısı

Öyleyse; heterozigotluk nötral mutasyonun fiske olmasına ve popülasyonun büyüklüğüne bağlıdır.

Burada genetik çeşitliliğin seviyesi  sadece mutasyon oranı (m) ve populasyon boyutu (N) tarafından belirleniyor. Heterozigotluk (H) küçük populasyonlarda düşük, büyük populasyonlarda yüksek olmaktadır.

SONUÇLAR

•        Mutasyon evrimsel değişimde bir hammaddedir ancak -kendi başına- mutasyon alel frekansını değiştirmede zayıf kalır.

•        Nötral bir alel için fikse olma olasılığı alelin populasyondaki frekansına eşittir ve nötral alellerin geleceği genetik drift ile tayin edilir.

•         Önceden nötral olan genler çevresel şartların değişimi ile “selektif avantaj” sağlayabilir; kısa sürede gerçekleşen evrimde bu “depolanmış” çeşitlilik kullanılabilir (mutasyon olmaksızın).

•        Rekombinasyon aleller üzerinde yeni düzenlemeler yaparak pop. içinde kısa zamanda yeni formlar oluşturan önemli bir mekanizmadır.

•        Mutasyon ve rekombinasyon ile oluşan “varyant”lar gen akışı ile altpop. lar arasında yayılır.

•        Evrim  gen formlarındaki (allel) değişime paralel gerçekleşir, bu değişim “daha iyiye” olarak tanımlanmaz. Canlının fitnesini artıran özellikler populasyonda sabitlenirse  türsel evrimleşme gerçekleşir.

•        Yeni mutant aleli taşıyan bireylerin populasyon içinde dominant olup bu genleri yaymaları gerekir. Buda türün/bireylerin üremsel kapasiteleri ile yakından ilişkilidir.