Populacijska genetika

ISHODI UČENJA – UVOD U POPULACIJSKU GENETIKU (45 sati ukupno: 15 sati predavanja, 15 sati vježbi i 15 sati seminara): 1. Definirati i opisati osnovne koncepte populacijske genetike i njihove implikacije na druge biološke discipline. 2. Objasniti djelovanja evolucijskih sila, istaknuti sličnosti i razlike među njima, te prosuditi koje od njih i u kojim uvjetima najviše utječu na evolucijsku dinamiku (promjenu alelnih frekvencija i stopu genske supstitucije). 3. Proračunavati populacijsko-genetičke parametre i predviđati evolucijsku dinamiku preko jednadžbi koje povezuju evolucijske sile s mikroevolucijskom promjenom. 4. Protumačiti i analizirati empirijske procjene vrijednosti populacijsko-genetičkih parametara, te ih objasniti teorijskim postavkama populacijske genetike. 5. Prepoznavati i primjenjivati koncepte populacijske genetike u drugim relevantnim granama biologije (botanika, zoologija, evolucijska biologija i ekologija) i primjenjene biologije (konzervacijska biologija, agronomija, medicina i forenzika). 6. Razviti kritičko mišljenje i sposobnost rješavanja problema, što je uz znanstveni interes najvažniji preduvjet za nastavak učenja i znanstvenog usavršavanja. SADRŽAJ PREDMETA: Predmet „Uvod u populacijsku genetiku“ se sastoji iz dvije cjeline: klasične populacijske genetike i molekularne populacijske genetike. PREDAVANJA 1. Klasična populacijska genetika - Povijesni pregled populacijske genetike (nastanak neodarvinizma i predmet izučavanja populacijske genetike); populacija bez djelovanja evolucijskih sila (idealna populacija, koncept alelnih i genotipskih frekvencija, Hardy-Weinberg-ov zakon, gametička neravnoteža). 2. Evolucijske sile općenito (sistematske i nesistematske sile, definicija evolucijske promjene); izolirano djelovanje evolucijskih sila na razini jednog lokusa s dva alela; mutacije kao evolucijska sila (promjene frekvencije alela pod utjecajem mutacija, model sa i bez povratne mutacije); migracije ili protok gena kao evolucijska sila (otočni model migracija). 3. Prirodna selekcija kao evolucijska sila (koncept fitnesa, jednadžbe promjene frekvencije alela pod utjecajem selekcije, usmjerena i balansirana selekcija). 4. Balansirana ili uravnotežena selekcija (naddominancija); alternativne formule za promjenu frekvencije alela pod utjecajem prirodne selekcije (koncept selekcijskog koeficijenta, genetičko opterećenje populacije). 5. Ravnoteža između mutacija i selekcije (jednadžbe za ravnotežnu frekvenciju alela pod djelovanjem štetnih mutacija i selekcije pri različitim koeficijentima dominancije, ravnotežno genetičko opterećenje populacije); genetički drift u metapopulaciji (pogreška pri uzorkovanju gemeta kao glavni uzrok drifta, varijanca alelnih frekvencija među subpopulacijama kao mjera diferencijacije među subpopulacijama, eksperiment s vinskom mušicom, Wright-Fisher-ov model genetičkog drifta, Kimurin model genetičkog drifta primjenom difuzijske jednadžbe). 6. Genetički drift i inbriding (definicija koeficijenta inbridinga, pojam efektivne veličine populacije, genotipske frekvencije kao posljedica inbridinga, fiksacijski indeks kao mjera diferencijacije među subpopulacijama, Wright-ova F-statistika). 7. Molekularna populacijska genetika – Model beskonačnog broja alela (izvođenje jednadžbe za ravnotežnu heterozigotnost zbog djelovanja neutralnih mutacija i drifta, vjerojatnost fiksacije alela, pojam stope genske supstitucije ili brzine molekularne evolucije). 8. Neutralna teorija molekularne evolucije (stopa aminokiselinske supstitucije, empirijski podaci za neutralni polimorfizam i stopu genske supstitucije, neutralističko-selekcionistička debata). VJEŽBE Vježbe se sastoje iz rješavanja zadataka zasnovanih na teoriji prema predavanjima kako slijedi: 1. Hardy-Weinberg-ov zakon i gametička neravnoteža; 2. Mutacije i migracije; 3. Prirodna selekcija i opća selekcijska jednadžba; 4. Naddominancijska selekcija, alternativne formule za usmjerenu i naddominancijsku selekciju; 5. Ravnoteža između mutacija i selekcije i genetički drift; 6. Genetički drift i inbriding; 7. Ravnotežni koeficijent inbridinga i heterozigotnost, vjerojatnost fiksacije alela i stopa genske supstitucije; 8. Neutralna teorija i stopa aminokiselinske supstitucije; SEMINAR Seminar se sastoji iz empirijskih primjera i diskusije o problemima vezanim za pojedinačna predavanja kako slijedi: 1. Populacija bez djelovanja evolucijskih sila; 2. Mutacije i migracije; 3. Prirodna selekcija na jednom lokusu; 4. Mutacijsko-selekcijska ravnoteža i genetički drift; 5. Genetički drift i inbriding; 6. Genetički drift, inbriding i stopa genske supstitucije; 7. Neutralna teorija i stopa aminokiselinske supstitucije; 8. Izlaganja studentskih seminara: prezentacija originalnih radova iz populacijske genetike.