Programma 1 (a) Diversità genetica (b) Equilibrio di Hardy-Weinberg (c) Linkage disequilibrium (d) Mutazione

Linkage e linkage disequilibrium Linkage: l’associazione fisica degli alleli sui cromosomi Linkage disequilibrium: l’associazione non casuale degli alleli di diversi loci nei gameti Il linkage è una causa (non la sola) del linkage disequilibrum

Nove diversi blocchi di aplotipi in questa regione Il genoma umano è diviso in blocchi di aplotipi, al cui interno la ricombinazione è rara Nove diversi blocchi di aplotipi in questa regione

Origini del linkage disequilibrium (LD) Alla sua comparsa, una nuova mutazione è in LD (grigio) con tutti I loci dello stesso cromosoma. Attraverso le generazioni la ricombinazione riduce progressivamente l’area di LD. Contano soprattutto: 1. Tasso di ricombinazione 2. Numero di generazioni

Quindi: Equilibrio di Hardy-Weinberg e linkage disequilibrium Basta una generazione di accoppiamento casuale per raggiungere l’equilibrio di HW a un locus Se si studiano più loci, possono essere necessarie parecchie generazioni per il linkage equilibrium, cioé perché gli alleli siano associati casualmente nei gameti

Attraverso le generazioni, il LD si riduce in maniera esponenziale cromosomi in LD ricombinazione r (1-r) non ricombinazione cromosomi con assoc. cromosomi in LD casuale degli alleli LD fra due loci al tempo t: Dt = (1-r)t D0

E attraverso le generazioni si riduce anche l’area di LD Nature Reviews Genetics 4; 701-709 (2003)

Il valore assoluto di D dipende dalle frequenze alleliche, il suo segno dalle etichette arbitrarie attribuite agli alleli (1 o 2) D = p11 – pA1pB1 = p11p22 – p12p21 Se pA1= pB1 = 0.50 Dmax = 0.50 - 0.25 = 0.25 (p11=0.5, p22=0.5) Dmin = 0.00 - 0.25 = -0.25 (p12=0.5, p21=0.5) Se pA1≠ 0.50 o pB1 ≠ 0.50, p. es. 0.20 e 0.80 Dmax = 0.20 - 0.16 = 0.04 (p11=0.2, p22=0.2, p12=0.6) Dmin = 0.00 - 0.16 = -0.16 (p12=0.8, p21=0.2)

Non tutti i geni sono trasmessi indipendentemente, perché ci sono più loci che cromosomi da Kidd et al. 1999

Le associazioni di alleli in aplotipi variano attraverso le popolazioni 24 = 16 possibili aplotipi

I livelli di linkage disequilibrium variano attraverso le popolazioni

Linkage disequilibrium mapping: LD fra il locus per una reading disability su 6p21.3 e 29 STR

Arabidopsis, Nordborg et al. 2005

Solo una frazione degli aplotipi possibili è presente nelle popolazioni Crawford et al. 2004

Ma una larga parte degli aplotipi presenti è condivisa fra popolazioni Una media di 5.3 blocchi di aplotipi per ogni regione di genoma (15 Mb complessivamente)

Bibliografia

Programma 1 (a) Diversità genetica (b) Equilibrio di Hardy-Weinberg (c) Linkage disequilibrium (d) Mutazione

mutazione μ (1-μ) non mutazione Se la mutazione è unidirezionale può alterare le frequenze alleliche, ma non di molto Allele A1 mutazione μ (1-μ) non mutazione Allele A2 Allele A1 qt = qt-1 + μ(1-qt-1)

Se la mutazione è bidirezionale può alterare le frequenze alleliche, ma non di molto pt-1 1- pt-1 t-1 1-μ μ 1-ν ν t pt = (1-μ) pt-1 + ν(1-pt-1) pt ≈ p0 –tμ Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν)

Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν) generazioni 10000 20000 30000 40000 Cambiamenti nella frequenza allelica per effetto di un processo di mutazione bidirezionale; μ = 0.00003, ν = 0.00001 Frequenza di equilibrio: p = ν / (μ + ν) = 0.25

Tre modelli di mutazione Alleli infiniti: ogni evento mutazionale genera un allele diverso Siti infiniti: ogni evento mutazionale colpisce un sito diverso Stepwise: ogni evento mutazionale allunga o accorcia di un repeat un locus STR o VNTR

Il livello di eterozigosi è associato in modo non banale al tasso di mutazione Ma l’eterozigosi riflette l’equilibrio fra la comparsa di nuovi alleli dovuta alla mutazione e la loro perdita dovuta alla deriva

Il livello di eterozigosi è associato in modo non banale al tasso di mutazione Hatt = (4Neµ) / (4Neµ + 1) Popolazione grande: (4Neµ) ≈ (4Neµ + 1) Popolazione piccola: (4Neµ) < (4Neµ + 1) Es.: con µ= 10-7 , Ne = 106   Neµ = 0.1 e Hatt = (0.4)/(0.4 + 1) = 0.29 Nell’uomo Hoss   = 0.20 

Sintesi 1 Alla base dell’analisi genetica sta la variabilità, misurabile con vari indici Si possono prevedere le condizioni in cui una popolazione è in equilibrio Popolazioni in equilibrio non si evolvono; i fattori che provocano scostamento dall’equilibrio sono i fattori dell’evoluzione

Sintesi 2 Basta una generazione di accoppiamento casuale per raggiungere l’equilibrio di Hardy-Weinberg, ma non il linkage equilibrium Il linkage disequilibrium è causato dalla mutazione e ridotto dalla ricombinazione La mutazione avviene a bassa frequenza e quindi ha solo un debole impatto diretto sulla diversità genetica (e un forte impatto sulla divergenza fra sequenze) Per descrivere gli effetti della mutazione esistono vari modelli: ad alleli infiniti, a siti infiniti, stepwise