Bedeutung genetischer Diversität
Ermöglicht Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen
Verhindert Inzucht (‚inbreeding‘)→erhöht/erhält Fitness
Fitness
Fitness =Anzahl an Nachkommen, die überleben und sich selbst wieder fortpflanzen können.
Population
Population = Ansammlung von Individuen einer Art in einem definierten Gebiet. Die Individuen einer Population stehen/stehen nicht im genetischen Austausch mit anderen Populationen in anderen Gebieten.
Grundlagen der Populationsgenetik
Gen – Abschnitt auf der DNA, der die Erbinformation für eine bestimmte Funktion hat, z.B. Bildung von Proteinen, Blütenfarbe.
Locus – Lokation eines bestimmten Gens auf dem DNA-Strang.
Allel – Ausprägung eines Gens an einem Locus, z.B. Blütenfarbe rot. Codiert durch spezifische Abfolge der Nukleobasen.
Monomorpher Locus – Varianten des Allels an einem Locus identisch
Polymorpher Locus – Mehr als eine Allel-Variante möglich an diesem Locus.
In einem Individuum kann ein polymorpher Locus homozygot (beide Allele gleich) oder heterozygot (zwei unterschiedliche Allele) sein.
Heterozygosität eines Individuums:
Anzahl heterozygoter Loci / Anzahl Loci. Ein Maß für die Mischerbigkeit eines Individuums.
Wichtige Maße für genetische Diversität in Populationen
Anteil polymorpher Loci (P) = Zahl polymorpher Loci / Gesamtzahl untersuchter Loci
Allel-Diversität (A) = mittlere Anzahl an Allelen pro Locus
Beobachtete Heterozygosität (H0) = durchschnittlicher Anteil heterozygoter Loci
Genetische Probleme kleiner Populationen
Inzucht und Inzuchtdepression
Genetische Drift
Inzucht und Inzucht-Depression (‚inbreeding depression‘)
Inzucht – Die Produktion von Nachkommen durch Individuen, die nahe miteinander verwandt sind.
Folge – Erhöht Homozygosität und fördert besonders vitale (AA) als auch besonders nachteilige/rezessive (aa) Allele. →Reduktion der Fitness
Inzucht-Depression – Abnahme der Fitness aufgrund von Inzucht.
Inzucht-Depression messen
Genetisch effektive Populationsgröße (Ne)
Idealisierte Population: Geschlechterverhältnis 1:1, jedes Individuum erzeugt Nachkommen
Realität: Nicht alle Individuen der Gesamtpopulation (N) tragen zum Genpool der nächsten Generation bei →Genetisch effektive Populationsgröße (Ne)
Ne = N wenn Geschlechterverhältnis 1:1, jedes Individuum erzeugt Nachkommen
Beispiel mit 500 Individuen; m:w = 250:250
Ne = (4 × 250 × 250) / (250 + 250) = 250.000/500 = 500
Bei Geschlechterverhältnis 450:50:
Ne = (4 × 450 × 50) / (450 + 50) = 90.000/500 = 180
Bei nur 150 Individuen mit m:w 100:50:
Ne = (4 × 100 × 50) / (100 + 50) = 20.000/500 = 133
Genetic Drift - Zufällige zeitliche Veränderung von Allel-Frequenzen
Vererbte Allele sind unvollständige Stichprobe der Allel-Frequenz der vorausgehenden Generation
Stärkere Drift in kleinen Populationen
—> Verlust der genetischen Vielfalt
Genflus (‚Gene flow‘)
Genfluss – Die Bewegung von Genen von einer Population zur anderen.
—> Reduziert Unterschiede in der genetischen Zusammensetzung zwischen Populationen.
Abhängig von:
Grad der Isolation
Ausbreitungsfähigkeit
Reproduktionszyklus
Populationsgröße
Achtung: Outbreeding depression!
Kreuzung verschiedener Populationen kann zu Auskreuzungs-Depression führen.
—> Herabsenkung der Fitness aufgrund von genetischen Unterschieden zwischen Eltern.
—> z.B. durch Kombination von Allelen, die Anpassungen an verschiedene Umweltbedingungen in getrennten Populationen bewirken.
Gefahr der Outbreeding-Depression abschätzen:
Genetische Differenzierung in Abhängigkeit von räumlicher Distanz und Klimaunterschieden
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