《多态性和分子进化》课件

多态性和分子进化定义什么是多态性什么是分:子进化多态性分子进化是指在一个群体中，个体之间在研究生物分子如、和DNA RNA基因或蛋白质水平上的差异这蛋白质的演变过程它解释了这种差异可以是单核苷酸的多态性些分子如何随时间推移而改变，，插入和缺失，以及这些变化如何导致新物种的SNPs INDELs或更大的基因组结构变异形成多态性的分类单点突变插入和缺失序列中单个碱基的变化序列中碱基的添加或删除DNA DNA复制数目变异基因重排基因组中特定片段的重复次数变基因组中片段的重新排列DNA DNA化单点突变定义类型12指基因序列中单个碱基的改包括替换、插入和缺失三种变影响例子34可导致蛋白质功能的改变或丧镰刀形红血球贫血症是由一个失单点突变引起的插入和缺失插入缺失基因序列中插入新的碱基对基因序列中丢失部分碱基对复制数目变异基因拷贝数变化基因复制基因缺失基因组中特定区域的重复或缺失，导致基因基因组中某个区域的重复，导致该区域的基基因组中某个区域的丢失，导致该区域的基拷贝数的变化因拷贝数增加因拷贝数减少基因重排染色体片段的重新排列包括倒位、易位和转座可能影响基因表达和功能启动子和调节序列的突变启动子突变调节序列突变12影响基因表达的起始，可导致影响转录因子的结合，改变基基因表达增强或减弱因表达的时间和空间模式重要性3这类突变可导致表型改变，影响个体的适应性，在进化过程中发挥重要作用蛋白质结构的变异氨基酸替换蛋白质折叠蛋白质相互作用单个氨基酸的替换可能会改变蛋白质的形多态性可以影响蛋白质的折叠方式，从而改变异可能影响蛋白质之间的相互作用，从而状、功能或稳定性变其活性改变细胞信号通路或酶活性多态性在进化中的作用遗传变异的来源适应性进化的驱动力物种分化的基础多态性是自然选择的基础，它为生物提供有利的变异在群体中积累，从而导致物种多态性在物种分化中发挥着重要作用，导了适应环境变化的遗传基础的适应性进化致不同群体之间出现遗传差异中性理论和选择理论中性理论选择理论中性理论认为，大多数分子进化选择理论认为，自然选择是分子是由于随机遗传漂变，而不是自进化最主要的驱动力，有利变异然选择会积累，有害变异会清除连锁不平衡定义影响因素在群体中，两个或多个基因座位的等位基因之间的非随机关联，连锁不平衡受基因重组率、选择压力和群体大小等因素的影响称为连锁不平衡群体遗传学参数参数描述等位基因频率特定等位基因在群体中出现的频率基因型频率特定基因型在群体中出现的频率杂合度群体中杂合个体所占的比例遗传多样性群体中遗传变异的程度连锁不平衡的测量值D1衡量两个位点之间连锁不平衡程度值r²2表示连锁不平衡的平方评分LOD3用于评估连锁不平衡的统计显著性细菌和病毒的快速进化快速繁殖环境压力自然选择细菌和病毒通常具有快速繁殖能力，导致细菌和病毒经常受到环境压力，例如抗生具有适应性变异的细菌和病毒能够生存并种群中出现大量的遗传变异素或宿主免疫系统的攻击繁殖，导致快速进化群体瓶颈效应和遗传漂变瓶颈效应遗传漂变当一个种群经历灾难性事件或其他因素导致种群数量急剧下降，这在小种群中，随机遗传变异的累积会导致基因频率发生显著变化，个种群的遗传多样性也会随之降低从而导致基因多样性的丢失适应性进化的表现生物适应环境的变化，以提高生存和通过自然选择，有利变异的基因频率繁殖的机会会增加适应性进化会导致物种的形态、生理和行为发生改变分子钟分子钟是指在进化过程中，DNA序列或蛋白质序列的突变速率相对稳定，因此可以利用这些突变率来推断物种之间的进化关系和时间尺度进化树的构建数据准备1收集相关物种的分子序列数据，如DNA或蛋白质序列序列比对2使用比对算法将不同物种的序列进行比对，找出共同的特征树构建3使用不同的树构建方法，如邻接法、最大简约法、最大似然法等，构建进化树树评估4通过Bootstrap检验或其他方法评估构建的进化树的可靠性原核生物的分子进化水平基因转移适应性进化12原核生物之间通过质粒、转座原核生物能够快速适应环境变子等途径进行基因交换，加速化，例如抗生素耐药性的出进化速度现基因组重排3基因组结构的改变，例如基因的插入、缺失和重排，也驱动着原核生物的进化真核生物的分子进化复杂性增加内共生起源真核生物比原核生物具有更复杂线粒体和叶绿体起源于内共生事的功能，如细胞器和基因调控机件，这在真核生物进化中起着关制键作用基因组重组真核生物的基因组经历了大量重组，导致基因家族的扩展和功能的复杂化人类基因组的多态性

30.1%30亿变异碱基对频率10100百万千单核苷酸多态性SNP拷贝数变异CNV人类疾病与多态性的关系遗传易感性药物反应差异12特定基因变异可增加患特定疾多态性影响药物代谢和治疗效病的风险果疾病严重程度3多态性影响疾病的严重程度和进展药物代谢与多态性代谢酶的多态性药物反应的个体差异药物剂量的个性化不同个体对药物的代谢速度存在差异，这代谢酶的多态性会导致个体对药物的敏感了解个体基因型可以帮助医生制定个性化与代谢酶基因的多态性密切相关性、疗效和副作用产生显著差异的药物剂量方案，提高疗效和安全性免疫系统和癌症相关多态性基因HLA某些免疫相关基因的变异可能导致免疫功能缺陷，增加癌症易感性基因多态性影响抗原识别和免疫HLA应答，与多种癌症风险相关多态性可能影响肿瘤细胞的免疫逃逸能力，影响癌症的进展和治疗效果群体历史和迁徙的重建基因组数据1通过分析不同群体之间的基因组差异，可以重建群体之间的历史联系遗传标记2利用线粒体、染色体等遗传标记，可以追溯群体迁移路线和时间DNA Y计算模型3应用群体遗传学模型和统计方法，可以推断群体历史和迁徙事件物种形成与分化适应性辐射地理隔离生殖隔离达尔文雀是一个著名的例子，展示了如何适当种群被地理障碍隔开时，会导致遗传差异当物种不再能杂交并产生可育后代时，它们应新的环境导致物种多样性和最终的分化被认为是不同的物种保守序列和功能区域的识别序列比对结构预测通过比较不同物种的或蛋白利用已知的蛋白质结构信息，预DNA质序列，识别保守的区域，这些测保守序列的结构，以了解其功区域可能具有重要的功能能功能分析通过实验或生物信息学方法，验证保守序列的功能，例如基因表达、蛋白质相互作用或酶活性生物信息学工具的应用序列比对基因组分析12基因组组装、注释和分析软件BLAST BasicLocal Alignment是用于比较可以帮助我们理解基因组结Search ToolDNA或蛋白质序列的常用工具，可构、功能和进化以帮助识别相似序列和潜在的功能群体遗传学分析进化树构建34和等和等工具可以POPGEN STRUCTUREMEGA PhyML软件可以用来分析群体结构、用来构建进化树，帮助我们理遗传多样性和基因流动解物种之间的亲缘关系结论和展望多态性和分子进化是生命科学研究的重要领域，为我们理解物种的演化和人类疾病提供了宝贵的线索。