Získání dat• Sběr vzorků• Izolace DNA• Výběr vhodného márkru (co už

bylo publikováno pro srovnání, dostupnost, mutační rychlost, atd.)

Velká vs. Malá fylogenetika

• malé rozdíly mezi sekvencemi• nízká podpora kládů• často v rámci reproductive

units – možnost introgrese

Alignment

Alignment

Alignment

Alignment

Alignment• Homologizace pozic• Každý mismatch má jistou „penalty“,

totéž platí pro otevření Gapu a pro prodlužování Gapu

• V jednoduchých případech možno okometricky

• Standardně se používá specializovaný software, např. CLUSTAL W.

Velká vs. Malá fylogenetika

• malé rozdíly mezi sekvencemi• nízká podpora kládů• často v rámci reproductive

units – možnost introgrese• nutno odlišovat „gene trees“ a

„species trees“

Koalescenční teorie• proč jsou si alely v jednom

druhu vzájemně bližší, než v jiném druhu?

• Jaký je vztah genetické variability k velikosti populace?

• A k populační historii? A ke geografické struktuře?

Koalescenční teorie• odvození z pravděpodobnosti

přežívání linií

Koalescenční teorie• Pravděpododnost společného

předka dvou jedinců: 1/2N• Pravděpodobnost odlišných

předků k jedinců: (1-1/2N)(1-2/2N)…(1-(k-1)/2N)

• Pravděpodobná koalescence:1-Gkk = k(k-1)/4N

Koalescenční teorie• Jak dlouho to trvá?

4N/k(k-1)+ 4N/(k-1)(k-2) +…+4N/2

4N (1-1/k)

Koalescenční teorie• dvě náhodné kopie genu budou

sdílet MRCA průměrně za 2N generací

• za 4N generací by měly všechny linie splynout

Koalescenční teorie

Koalescenční teorie - předpoklady

• Stabilní populace• Neutralita znaku• Geografická homogeneita

Výpočet populační velikosti

• Podle principu koalescenční teorie– nutno znát mutační rychlost

• Populace se dá charakterizovat parmetrem Θ (Θ = 4Ne * u)

Výpočet populační velikosti

Jaké překvapení• Census versus effective population size

• Vysvětlení se hledalo– v historických změnách

demografických parametrů– v selekčním tlaku– v rozdílných vlivech „life history“

na různé márkry: mtDNA vs. Y chromozóm vs. autozómy

Změny populační velikosti

• Klimatické cykly, infekce atd.• Vliv na dobu koalescence

– population bottlenecks během fragmentace i rekolonizace

Selekce• Jak ji změřit?

– dN/dS poměr• Negativní• Pozitivní• Ve prospěch heterozygotů• Vliv na dobu koalescence

Vliv „life history“• Rozdílná migrace samců a

samic• velká variance v reprodukční

úspěšnosti

Odhad demografické historie

• Mismatch distribution – histogram četností mutačních

rozdílů v jednotlivých dvojicích vzorků

– (DNAsp, Arlequin)

Mismatch distribution

Mismatch distribution

Odhad demografické historie

• Mismatch distribution

Odhad demografické historie

• Mismatch distribution

Odhad demografické historie

• Lineages through time – rozložení počtu genealogických

linií v čase.– (Genie)

Odhad demografické historie

• Skyline plots – zlepšný algoritmus Lineage

Through Time. Počty linií jsou porovnávány v optimalizovaných časových intervalech

– (Genie)

Odhad demografické historie

• h/p poměr a z něj odvozené indexy jako Tajima’s D, Fu’s Fs – Tyto metody jsou založeny na

poměru „starého“ vs. „mladého“ polymorfismu. V expandovaných populacích (převaha „mladého“) nabývají záporných hodnot

– (DNAsp, Arlequin)

Odhad demografické historie

• Maximum Likelihood odhady populačních parametrů– Porovnává se pravděpodobnost

pozorované topologie Genetree s navrženými parametry populačního modelu (např. Θ a g, kde θt = θinitial –gt )

– Parametry se postupně „vylepšují“ až se najdou ty, které maximalizují pst pozorování

– (Fluctuate, Lamarc, Sweep-Botleneck)

Datování událostí• Klasické molekulární hodiny

– LRT test• linearised tree

– ML test• local rates v každém uzlu a optimalisace

parametrů

• Malá divergence – nutno brát v potaz lineage sorting a stochasticitu akumulace mutací

Datování událostí• Malá divergence – nutno brát v

potaz lineage sorting a stochasticitu akumulace mutací– tradiční Neiův přístup– Moment methods– ML methods

Vliv Pleistocénních glaciací na speciaci

• mtDNA divergence predatuje Pleistocén

• druhy však do dob ledových vstupovaly už strukturovány

Complete glaciation of the shelf

And its impact on shelf and slope biota

Notothenioidei-suitable model

two adaptive radiations

first likely in relation to miocen coldering (cca 24 MY)

second cca 3.5 MY- fam. Trematomidae

Trematomus project• study the speciation mechanisms in

the unique marine species-flock• envision the geographical

structuration of shelf fishes• evaluate the role of climatic changes

on the evolution of Antarctic biota• appreciate the roles of intrinsic

factors in shaping the population structure

1

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12

13

T. newnesi

1

2

3 4

5

6

7

89

10

11

1213

T. bernacchii

Conclusions• Glacial cycles apparently had

significant impact on some but not all shelf organisms

• life history likely modifies the effects of these dramatic fluctuations

• presently we do not witness any ongoing speciation within studied species