5) Analýza mtDNA

proč je mtDNA supr

Známe kompletní sekvenci, neprobíhá rekombinace, mění se pouze procesem mutace, vysoká mutační rychlost, maternální dědičnost

proč je maternální dědičnost supr

Mater. dědičnost výrazně snižuje počet studovaných předků

iii. Předávání mtDNA pouze přes ženskou linii (“pramáN Eva”)

Koalescence

splývání linií mtDNA

množství mutací a stáří mtDNA

mtDNA se liší, díky náhodným mutacím (jsou předávány v dané linii)

čím je generace starší, em více mutací se v ní nahromadí

Kde v mtDNA mutace hledáme:

• kódující region x kontrolní region HVR (regulace replikace mtDNA, HVSI a HVSII)

kódující region

lze analyzovat pomocí RFLP, specifickou sadou restrikčních enzymů

kontrolní region

variabilita studována přímým sekvencováním

Co v mtDNA zkoumáme:

některé mutace se předávají na potomky vždy spolu = haplotyp = určují tedy dědičnou linii

• některé haplotypy jsou si podobnější (sdílejí stejné mutace) a ukazují na společného příbuzného předka – tyto haplotypy se sdružují do tzv. haploskupin

Haplotyp

• sestava mutací

• podobnější haplotypy sdílejí příbuznější jedinci

Haploskupina

• příbuzné haplotypy sdílejí stejné nebo podobné sestavy mutací

• tvoří haploskupinu

• mají svůj geografický původ (vzhledem k původnímu předkovi)

hledání společného předka

na základě haplotypů a haploskupin jsme schopni určit, ke které linii daní jedinci náleží (hledáme příbuznost na základě rozdílů a podobností) = identifikace společného předka

již víme - selekčně neutrální mutace – v čase se hromadí konstantní rychlostí = molekulární hodiny

podle počtu těchto mutací lze také odvodit stáří sledované linie, předka

problém

– stanovit podobnost mezi jedinci nemusí být úplně jednoduché -> vycházíme z mnoha změn na různých místech a také u většího počtu jedinců -> více sekvencí = nárůst geometrické řady počtu možných stromů -> stovky sekvencí (+ vícenásobné substituce,) -> vytvoření programu PAUP

tudíž

dokážeme odhadnout počet genetických změn pro každou skupinu, při znalosti průměrné mutační rychlosti na generaci je pak možné dopočítat počet generací ke společnému předku

Cann a kol.

analyzovali mtDNA 147 lidí, každý vzorek přidělen do jedné skupiny podle geografického původu

k analýze použili 12 restrikčních enzymů (průměrně připadlo 370 restrikčních míst na osobu)

• analýza pomocí PAUP

Výsledek 1

dva významné shluky – zástupci se sub-saharským předkem / ostatní regiony včetně Afriky -> s největší pravděpodobnose společný předek z Afriky -> v souladu s oběma modely původu: africký model počítá s ještě jedním mladším předkem: oba modely se tedy liší názorem na to, jak a kdy k tomu došlo

Výsledek 2

na základě odhadu četnose mutací v mtDNA a sledované variability pokus o výpočet, kdy došlo k oddělení od tohoto společného předka -> 2-4% rozdílů za milion let -> společný předek žil před 285 000 lety (2%) až 143 000 lety (4%) -> průměr 214 000 let

? Co se stalo s mtDNA předků, kteří v té době žili mimo Afriku?

podle všeho byl H. erectus, neanderthalensis aj. zcela nahrazen moderním člověkem bez vzájemného křížení

mitochondriální Eva

společný předek, který žil v Africe před zhruba 200 000 lety

i neexistovala v té době v Africe pouze jediná Eva, ale těchto Ev, předchůdkyň bylo zcela logicky určitě několik stovek nebo tisíce

Námitky proti modelu nahrazení

rozdělení mtDNA na africkou a neafrickou nemusí odrážet reálné rozdělení populací (neboli geografická asociace tohoto rozdělení nemusí představovat ono následné nahrazení expandující africkou populací)

Otázka interpretace genetických stromů (Alan Templeton, 1993, 1997, 1998)

1) získané genetické stromy nemusí odpovídat populačním stromům - avšak řada studií až do současnosti ukazuje na vysokou korelaci mezi genetickými a populačními údaji = námitku lze zamítnout

2) odlišnost afrických populací od ostatních nemusí být důsledkem nahrazení, ale příčinou může být omezený genový tok v důsledku prostorové izolace - jsou-li populace příliš vzdálené, neprobíhá genový tok a výsledek vypadá jako při nahrazení jedněch populací jiný = Templetonův model omezeného genového toku

Templetonův model omezeného genového toku

dle Templetona neexistuje důkaz o expanzi africké populace mimo Afriku

• africké stopy přítomné ve všech populacích jsou spíše důsledkem stálého genového toku mezi geograficky blízkými oblastmi v uplynulých několika stech tisících letech (africké znaky se tak do těchto populací rozšířily)

nové analýzy genetických stromů (kombinuje až 10 různých znaků) ukazují dle něj na několik migrací z Afriky s neustálým genovým tokem

• první expanze proběhla před 1,7 miliony let – Homo erectus

• druhá vlna před 800 až 400 000 lety

  • a) expanze Homo heidelbergensis (předek Neandrtálce) nebo

  • b) možná migrace jiného předka Neandrtálce a moderního člověka

• třetí vlna před asi 150 000 lety

„Out of Africa again and again“

Templetonovy výsledky svědčící o opakovaném genovém toku (expanze z Afriky a následné křížení) v průběhu posledních 2 milionů let:

• podporují africké genetické kořeny = moderní člověk se mohl rozšířit z Afriky, avšak nejen odtud = Eva mohla žít kdekoliv

• do jisté míry podporuje multiregionální model – opakované migrace s genovým tokem vedou ke stejnému výsledku, tedy africkému původu, přestože je původ ve skutečnosti multiregionální

• plně však nepodporuje ani jeden ze dvou modelů = uznáván jako další model

Analýza chromozomu Y - výhody

Nehomologický úsek Y nerekombinuje

nabízí potvrzení výsledků studia mtDNA použitím jiných zdrojových dat

Různé odhady stáří společného předka dle chromozomu Y

???

haploskupiny dle chromozomu Y

Dnes jednotlivé haploskupiny – např. haploskupina R

R1a – 2 centra výskytu

• Evropa • Centrální a Jižní Asie

Odlišná velikost populace mužů a žen

• ukazuje na to, že poměr mezi efektivní velikostí ženské a mužské populace (Nf /Nm) dosahoval hodnoty větší než 1,0

• a směrem do současnosti se zvyšuje v důsledku rychlejšího růstu hodnoty Nf

Odlišná velikost populace mužů a žen - proč

• nepoměr pohlaví jako reakce na nehostinné podmínky mimo Afriku zejména na kontinentální evropskou tundru

• ztráta významného podílu sběračství (vidíme u dnešních Inuitů – jen 10 % zajištěno sběrem)

• většinu potravy tak musí zajistit lov

• lov je nyní na větším území - musí se ulovit více zvěře (výpadek ze sběru) + zvířata se pohybují za potravou po větším území

= hlad, vyčerpání, nehody při lovu = zvyšuje se úmrtnost mladých mužů (například u dnešních Inuitů je výrazná převaha žen, v 19. st. 57 mužů na 100

atudium mtDNA a chromozom Y - závěr

výsledky a závěry analýzy mtDNA a chromozomu Y jsou navzájem kompatibilní = = můžeme je považovat za správné (včetně diploidních a jaderných znaků)

• společný předek moderních lidí žil v Africe

- Model afrického původu = OK

- Multiregionální model = OK + i jinde

Výsledky dalších analýz

diploidní znaky, jaderné geny -> nepodporují model nahrazení