Molekulare Evolution
Grundprinzip:
Die Evolution arbeitet aus gegebenen Materialien neue Strukturen (Gene, Organe, usw.) enstehen nur aus schon exis...
…., und später auch funktionelle Separation Chromosom
Gen1
Gen Gen 22
- Die durch die Duplikation entstandene, funktionsfähige Gene nennen wir Paraloge. - Die homologen (d.h. funktionell identischen) Gene verschiedener Spezien sind Ortologen.
6.
7.
Schicksal des neuen Gens ein Pseudogen entsteht Mutation in der kodierenden Region → ein Pseudogen entsteht
X eine neue Funktion entsteht (neu-Funktionalisation)
Mutation in der kodierenden Region → neue Funktion
Alte Funktion, andere Expression (sub-Funktionalisation) Mutationen in den Regulationsregionen→ Gewebespezifische Genexpression
Evolution der Globin-Superfamilie 1 Kette
Hem
2 Kette
Ur-Globin ~800M Jahre
~550M Jahre ~500M Jahre
1 Kette
~450M Jahre
Fe 2 Kette Hem ~200M Jahre
~150M Jahre
Neuroglobin
Zytoglobin
Myoglobin
Hemoglobine (HB)
8.
de novo Genentstehung sehr seltener Prozess
Dissostichus
Tripsinogen
AFGP (anti-freeze glycoprotein)
Thr-Ala-Ala Triplets
de novo: neu (hier: nicht aus dem Wandeln eines anderen Gens)
9.
Duplikation grösserer genetischen Einheiten
10.
Unregelmässige Meiose 1. Chromosom Segment Duplikation 2. Duplikation eines Chromosoms(Aneuploidie) 3. Duplikation des ganzen Genoms(Poliploidie)
Totale Genomduplikation Diploid Totale Genomduplikation
Tetraploid Genverlust und Diploidisation
Diploid Totale Genomduplikation
Tetraploid Genverlust und Diploidisation
Diploid
11.
Die Hox Gene
Fruchtfliege
Maus
12.
Tausch von Chromosomsegmenten
Maus
Mensch
13.
14.
Evolution der genetischen Regelung (evo-devo – Evolutions-Entwicklungsbilogie)
1. Evolution der Regelungsregionen Sean B. Carroll
Funktion der Gene verändert sich selbst in grossen evolutionären Distanzen nicht - viele Fruchtfliegen und Maus Gene können umgetauscht werden
Die Evolution verändert nicht die Gene, sondern die genetische Regulation - dieselben Gene werden in verschiedenen Zeitpunkten eingeschaltet, werden in verschiedenen Geweben in unterschiedlicher Menge produziert.
2. Evolution der Transkriptionsfaktoren Harry Garner und John W. Fondon
Die Veränderung im Aminosäurenzusammensatz der Transkriptionsfaktoren welche die Ontogenese koordinieren erfolgt eine morfologische Veränderung.
Die Länge der Ala + Gln Wiederholungen Verändert sich.
Horizontaler Gentransfer
15.
- Bakterien, Viren: riesiger Genaustauschmarkt - Eukaryoten: kein horizontaler Genaustausch
Vertikaler Gentransfer: Eltern Nachfolger Horizontaler Gentransfer : zwischen nichtverwandten Exemplaren
16.
Der molekulare Stammbaum nukleare DNS
1. Gene
- Veränderungen an stummen Stellen - Veränderungen an nicht-stummen Stellen
2. Nichtkodierende DNS
Mitokondriale und Y Chromosom DNS
Die molekulare Uhr
Vermutung: Die Veränderungsgeschwindigkeit des untersuchten DNS-Abschnittes ist in einem grösseren Zeitintervall gleich.
17.
18a.
Vererbungstypen Urgrossvater
Urgrossmutter
Grossvater
Grossmutter
Mutter
Vater
Somatische Chromosomen Sohn Y Chromosom mitochondriale DNS
Tochter
18b.
Vererbungstypen Urgrossvater
Urgrossmutter
Grossvater
Grossmutter
Mutter
Vater
Somatische Chromosomen Sohn Y Chromosom mitochondriale DNS
Tochter
Die mitochondriale DNS Hiper-variable Region Citochrom b Gen
16,569 Nukleotide
Sequenz-Vergleich
19.
20.
Y Chromosom Gene
STRs
genetische Marker am Y Chromosom Mikrosatelliten - Enthalten 1-4 bp-ige wiederholende Elemente (Zahl der wiederholungen wird verglichen): STR (VNTR) Analyse
Ein-Nukleotid Polimorfismus (SNP; single nucleotide polymorphism ) - Varianz in einem Nukleotid der DNS-Sequenzen zwischen den Individien
Molekulare Uhr - Sequenzvergleich
STR (short tandem repeats ): kurze tandem Wiederholungen VNTR (variable number of tandem repeats ): tandem Wiederholungen mit verschiedener Zahl
VNTR Analyse A und B Allele
PCR
Gelelektrophorese Genotyp
Primer 1
Primer 1
Primer 2
Primer 2
21.
Mitochondriale Eva
22.
Die Frau, dessen Mitochondrium von jedem heutlebenden Menschen geerbt wurde
Wie ist das möglich? 1. Die Kopfzahl der menschlichen Population wurde beschränkt
Vor 120-150 Tausend Jahren 2. Es lebten viele Menschen, aber langfristig überlebte nur eine Population in Ost-Afrika nicht alle Völkergruppen wurden untersucht: → es kann sein, dass sie früher gelebt hat
- Die Mitochondrien der Mitglider der überlebten Population gingen durch zufällige Prozeduren verloren (die Information der genomialen DNS nicht!)
KRITIK: manchmal können auch – wenn auch in geringer Masse - die Mitochondrien des Spermiums zu das mitochondriale Genom des Nachfolgers beitragen sie können rekombiniert werden
Y Chromosom Adam
23.
Der Mann dessen Y Chromosom von jedem heutlebenden Mann geerbt wurde
Er lebte vor 60 – 90 Tausend Jahren - Aufgrund molekularer Uhr und Untersuchungen genetischer Marker Er lebte nicht in der selben Zeit wie mitochondriale Eva (mindestens 30,000 Jahre Unterschied!)
