Gen Organizasyonu ve Genomların Evrimi

... konulu sunumlar: "Gen Organizasyonu ve Genomların Evrimi"— Sunum transkripti:

1 Gen Organizasyonu ve Genomların Evrimi
Biyoteknoloji ve Genetik II Gen Organizasyonu ve Genomların Evrimi Prof. Dr. Hilâl Özdağ

2 Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

3 RNA’nın Kendi Kendini Kopyalayabiliyor Olmalıydı
İlkin zamanlardaki RNA dünyasında RNA moleküllerinin kopyalanması. RNA polimerazlar ortaya çıkmadan önce bir RNA kalıbına bağlanmış olan ribonükleotidler muhtemelen spontan olarak polimerize oluyorlardı. Bu işlem hatalarla dolu oluyor ve bu da çok çeşitli RNA dizilimlerinin açığa çıkmasına neden oluyordu. Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

4 RİBOZİMLER VE KODLAYICI RNA
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences İlk kodlayıcı RNA ile ilgili iki muhtemel senaryo bulunmaktadır: Hem katalitik hem de kodlayıcı özelliği olan bir ribozim evrimleşmiş olabilir (A) veya bir ribozim kodlayıcı bir molekülü sentezlemiş olabilir (B). Her iki durumda da amino asitlerin kodlayıcı moleküle küçük bir adaptör RNA aracılığı ile bağlandığı gösterilmiştir. Bu adaptör RNA’lar bugünkü tRNA’ların öncülleri olarak kabul edilirler.

5 Kodlayıcı RNA Molekülünün İlk DNA Genom Öncülüne Dönüşümü
Bu senaryoya göre ilk DNA genomları ayrı birçok molekülü içeriyordu. Bunların herbiri ayrı bir proteinden sorumludur ve buradan hareketle her biri ayrı bir gene denktir. Bu genlerin ilk kromozom halinde biraraya gelmesi ki bu DNA’ya geçişten önce veya sonra gerçekleşmiş olabilir, hücre bölünmesi sırasında genlerin dağılımının verimini arttırır. (Szathmáry and Maynard Smith, 1993). Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

6 Evrimsel Süreç Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

7 Otopoliploidizasyon Panelin sağında profaz I ile profaz II arasında gerçekleşen bir hata gözleniyor. Homolog kromozom çiftleri farklı nükleuslara dağılmamış. Gametler haploid yerine diploid olarak oluşmuşlar. Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

8 Gen Duplikasyonları Evrimsel süreç içinde duplikasyon sonucu oluşmuş olan myoglobin kromozom 22’de, alfa globin kromozom 16’da ve beta globin kromozom 11’de yeralmaktadır. Strachan ve Read (1999). Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

9 Gen Duplikasyon Modelleri
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

10 Domain Yapısı Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences Bu basitleştirilmiş örnekte polipeptitteki herbir ikincil yapı ayrı birer yapısal damain olarak gözlenir.

11 Domain duplikasyonu/Domain Karılması
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

12 Domain Duplikasyon Örneği
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences a2 TipI kollajen omurgalılarda üç kollajen polipeptidinden birini kodlamaktadır. Bu üç kollajen polipeptidinin herbirinde yüksek oranda tekrarlayan tripeptid (Glycin-X-Y/X genelde Prolin ve Y genelde hidroksiprolin) tekrarları içerir. a2 TipI kollajen geni bu tekrardan 338 adet içerir, 52 ekzona ayrılmıştır ve bu ekzonların 42’si bu tekrarları kapsar.

13 Domain Karılması Örneği
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

14 Segmental Duplikasyon
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

15 Segmental Duplikasyon
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

16 Kromozom 22 Duplikasyon Modeli
Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences

17 İnsan Genomu Brown TA, 2006, Genomes, Garland Sciences İnsan ikinci kromozomu iki şempanze kromozomunun birleşmesinden oluşmuştur. Ayrıntılı bilgi ve bantlama paternleri için Strachan ve Read (1999).

18 GENETİK Popülasyon Genetiği Doç. Dr. Hilâl Özdağ

19 Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

20 Popülasyon Genetiği Popülasyon genetiği bireylerin oluşturduğu toplulukların genetik yapısını ve bu yapının zamanla nasıl değiştiğini inceleyen araştırma sahasıdır. Bir popülasyon gen havuzundaki değişimler sonucunda evrimleşir. Bu nedenler evrim de popülasyon genetikçisinin sahasına girer. Popülasyon genetikçileri grup içi ve gruplar arasındaki allel varyasyonlarını ve doğada bulunan genetik varyasyon modellerini şekillendiren evrimsel güçleri inceler.

21 GENETİK VARYASYON Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

22 Popülasyon Genetiği Hakkında Bilinmesi Gerekenler
Mendel kanunları ve çoğalmanın genotip ve allel sıklığı üzerine etkileri nelerdir? Gamet oluşumu sırasında allellerin ayrışması ve döllenme sırasında biraraya gelişleri gen havuzunu nasıl etkiler? Bu soruların cevabını Hardy-Weinberg Kanunu verir.

23 Hardy-Weinberg Kanunu
Godfrey H. Hardy ve Wilhelm Weinberg tarafından bağımsız olarak 1908 yılında ortaya konan matematik bir modeldir. Buna göre iki allelli otozomal bir lokus için: Kabul—Eğer bir popülasyon büyükse tesadüfi çiftleşme varsa, mutasyon, göç veya doğal seçilimden etkilenmiyorsa:

24 Hardy-Weinberg Kanunu
Öngörü1- Popülasyonun allel sıklığı değişmez Öngörü2-Genotip sıklığı bir nesil sonra stabilize olur (değişmez). Oran p2 (AA’nın sıklığı), 2pq (Aa’nın sıklığı) ve q2 (aa’nın sıklığı) şeklinde olur. Burada p A allelinin q ise a allelinin sıklığıdır. Popülasyon bu orana ulaştığında Hardy-Weinberg dengesinden bahsedilir.

25 TESADÜFİ OLMAYAN ÇİFTLEŞME
Pozitif assortative çiftleşme Negatif assortative çiftleşme Inbreeding

26 INBREEDING Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

27 ALLELİK FREKANSTA DEĞİŞİMLER
Mutasyon Tekrar eden mutasyonlar allel sıklığında değişime neden olur. Denge halinde allel sıklıkları ileri ve geri mutasyon hızları tarafından belirlenir. Mutasyon hızı düşük olduğu için herbir nesilde mutasyonun etkisi çok küçüktür. Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

28 ALLELİK FREKANSTA DEĞİŞİMLER
Göç Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

29 GENETİK SAPMA/KAYMA Hardy-Weinberg kanunu sonsuz geniş bir popülasyonda tesadüfi çiftleşmeyi esas alır. Popülasyonun büyüklüğü ancak sonsuz olduğunda gametlerin taşıdığı genler atasal gen havuzunu bütünüyle yansıtacaktır. Ancak hiçbir gerçek popülasyon bu duruma uymaz. Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

30 GENETİK SAPMA/KAYMA Popülasyonun büyüklüğü sınırlı olduğunda bir sonraki nesli oluşturmak için biraraya gelen gametler atasal gen havuzunda bulunan allellerin yalnızca bir kısmını temsil edecektir. Gamet örneklemi ne kadar küçük olursa oluşan neslin atasal gen havuzundan sapması o kadar fazla olacaktır. Az sayıda atılan yazı tura gibi... Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

31 GENETİK SAPMA/KAYMA Genetik sapma popülasyonun küçüklüğü, kurucu etkisi (bir popülasyonun az sayıda birey tarafından oluşturulmuş olması) ve darboğaz etkisi (popülasyonda ciddi azalmalar) ile oluşur. Genetik sapma bir popülasyonda allel sıklığında değişime, allellerin sabitlenmesi nedeniyle genetik çeşitliliğin kaybına ve popülasyonlar arasında genetik ayrışmaya (divergence) neden olur. Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

32 GENETİK SAPMA/KAYMA Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

33 DOĞAL SEÇİLİM Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

34 DOĞAL SEÇİLİM Doğal seçilim genotiplerin farklı olarak (differential) çoğalmasıdır. Popülasyondaki diğer genotiplere göre çoğalması daha başarılı (uygun/fit) olması ile ölçülür. Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

35 DOĞAL SEÇİLİM Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

36 MOLEKÜLER EVRİM Doç. Dr. Hilâl Özdağ

37 Moleküler Tekniklerin Avantajları
Moleküler Veriler: Genetik niteliktedir ve bütün organizmalarda araştırılabilir. Geniş veri seti oluştururlar. Aynı karakteristikler kullanılmak suretiyle bütün organizmalar kıyaslanabilir. Nicelendirilebilir özelliktedir. Evrim süreci ile ilgili bilgi sağlar.

38 Moleküler Tekniklerin Avantajları

39 Protein Varyasyonu

40 DNA Dizilim Varyasyonu

41 DNA Dizilim Varyasyonu

42 Moleküler Değişim Hızı

43 Moleküler Değişim Hızı

44 Moleküler Değişim Hızı

45 Moleküler Değişim Hızı

46 Moleküler Filogeni Sitokrom C

47 Moleküler Filogeni Sitokrom C

48 Moleküler Filogeni Sitokrom C

49 HAYAT AĞACI