GENETSKA DEMOGRAFIJA LJEKOVITE KADULJE (Salvia...
Transcript of GENETSKA DEMOGRAFIJA LJEKOVITE KADULJE (Salvia...
Martina GrdiMartina Grdiššaa
SveuSveuččiliiliššte u Zagrebu, Agronomski fakultette u Zagrebu, Agronomski fakultet
EE--mail: [email protected]: [email protected]
GENETSKA DEMOGRAFIJA LJEKOVITE GENETSKA DEMOGRAFIJA LJEKOVITE KADULJE (KADULJE (Salvia officinalis Salvia officinalis L.): L.):
PUTOVANJE U PROPUTOVANJE U PROŠŠLOSTLOST
(1) Ljekovita kadulja (Salvia officinalis L.)
(2) Genetska raznolikost i srodnost
(3) Genetska struktura
(4) Modeliranja ekoloških niša
(5) Evolucijska povijest
PLANPLAN
LJEKOVITA KADULJALJEKOVITA KADULJA
- Salvia officinalis L.
- stranooplodna, entomofilna
- višegodišnji polugrm-od antičkih vremena korištenau ljekovite, prehrambene i
ukrasne svrhe - prirodna rasprostranjenost:
obalno područje zapadnog Balkana, središnji i južni dio Apeninskog poluotoka
- uzgoj:mediteransko područje,Australija, Njemačka, SAD
- naturalizirane populacije:biljke pobjegle iz uzgoja
RASPROSTRANJENOST PRIRODNIH POPULACIJA RASPROSTRANJENOST PRIRODNIH POPULACIJA
SVNHRV
BIH
MNE
MKDALB
GRC
ITA
KOS
SRB
ROM
MDA
BLG
HUN
GENETSKA RAZNOLIKOSTGENETSKA RAZNOLIKOST
(1) Prikupljanje
- tkivo listova za izolaciju DNA
-30 populacija / 709 uzoraka (20 do 25 po populaciji)
-porijeklo: 11 Balkanskih zemalja
- status:23 prirodne populacije
7 kultiviranih/naturaliziranih populacija
(2) Ekstrakcija DNA
(3) Analiza molekularnim biljezima
- 8 mikrosatelitnih biljega (SSR) razvijenih za ljekovitu kadulju (Simple Sequence Repeats; SSRs)
- 165 alela
PRIKUPLJANJE PRIKUPLJANJE
Populacije:
prirodne
kultivirane
(naturalizirane)
ROM
MDA
BLG
MKD
GRC
ALB
KOSMNE
BIH
HRV
HUN
SVN
ITA
SRB
KomiKomižža, otok a, otok VVisis
CCaavtatvtat
GENETSKA RAZNOLIKOSTGENETSKA RAZNOLIKOST
Prirodne Kultivirane
No. 23 7
Nav 8.696 3.821
Nar 7.920 3.672
Raspon 5.13-10.30 2.71-4.19
P(Nar) P < 0.001
Npr(ukupno po populaciji)
20 0
Npr(prirodne
vs. kultivirane)
115 0
(1) Prosječni broj alela po populaciji (Nav)
(2) Alelno bogatstvo (Nar)- prosječan broj alela po populaciji neovisno o veličini uzorka
(3) Broj privatnih alela (Npr)- broj utvrđenih alela u populaciji
(ili u grupi populacija: prirodne vs. kultivirane)
ALELNO BOGATSTVOALELNO BOGATSTVO
Alelno bogatstvo:
< 5
5 - 7
7 - 9
> 9
GRC 1
GRC 2
ALB 2
MNE 2
MKD 1
MKD 2HRV 6
MNE 1
SRB 2
BIH 3BIH 2
BIH 1
ALB 1
BIH 4
HRV 8HRV 7
HRV 5
HRV 3
HRV 4
HRV 2
HRV 1
SVN 2
SVN 1
SRB 1 ROU 2
MDA 1
MDA 2
ROU 1KOS 1
KOS 2
0.01
81
99
99
100
99
72
KultiviraneNaturalizirane
- Matrica udaljenosti:Cavalli-Sforza and Edwards' tetivna udaljenost
- metoda sparivanja susjeda(Neighbour-joining)
- nezakorijenjeno stablo
- 7 kultiviranih/naturaliziranih populacija odvojilo se od ostalih populacija tvoreći poseban klaster(vrijednost bootstrap 99%) što upućuje na istovjetan izvor kultiviranog biljnog materijala
GENETSKA SRODNOSTGENETSKA SRODNOST
Bootstrap:
- Bayesovska analiza populacijske strukture
Pretpostavka:
- postoji K broj izvornih populacija, a svaka je karakterizirana setom frekvencije alela na svakom lokusu
Cilj:
- Pridružiti jedinke izvornim populacijama na način da se minimalizira:
(1) Hardy-Weinberg ravnoteža (HWE) i
(2) ravnoteža vezanosti gena (LE)
GENETSKA STRUKTURAGENETSKA STRUKTURA
POSTUPAKPOSTUPAK
(1) Pretpostavljanje broja izvornih popualcija (K)
(1.1) Izabrati različite vrijednosti K
(1.2) Izračunati posteriorne vjerojatnosti za svaki K
(1.3) Utvrditi najvjerojatniji broj populacija (K)
(2) Pripadnost jedinki izvornim populacijama
(2.1) Pridruživanje jedinki populacijama (K)
(2.2) Za svaku jedinku izračunati udio genoma koji potječe iz određene izvorne populacije
GENETSKA STRUKTURA KOD K = 2GENETSKA STRUKTURA KOD K = 2
100
75
50
25
0
K = 2
Q
Klaster: A B
P30
P29
P28
P27
P26
P25
P24
P23
P22
P21
P20
P19
P18
P17
P16
P15
P14
P13
P12
P11
P10
P09
P08
P07
P06
P05
P04
P03
P02
P01
BKultivirane populacije
APrirodne populacije
- udio genoma (Q) svake pojedinačne jedinke koji potječe iz određenog klastera (izvorne populacije):
- svaka je jedinka predstavljena stupcem, a boja odgovara postotku genoma koji potječe iz određene izvorne populacije
P26Sićevo Gorge
Srbija
SVN HRV BIH MNE ALB MKD GRE KOS SRB ROM MDA
100
75
50
25
0
100
75
50
25
0
K = 3
K = 2
Pro
port
ion o
f m
embers
hip (Q
)
Klaster: A1 A2 B
P30
P29
P28
P27
P26
P25
P24
P23
P22
P21
P20
P19
P18
P17
P16
P15
P14
P13
P12
P11
P10
P09
P08
P07
P06
P05
P04
P03
P02
P01
BKultivirane populacije
A1Sjeverozapadne
populacije
A2Sjeveroistočne
populacije
- klaster A (prirodne populacije) je kod K = 3 podijeljena u dvaklastera na temelju zemljopisnog podrijetlaA1 Sjevero-zapad: jadranske populacijeA2 Jug - istok: Crna Gora-Albanija-Makedonia-Grčka
SVN HRV BIH MNE ALB MKD GRE KOS SRB ROM MDA
GENETSKA STRUKTURA KOD K = 3GENETSKA STRUKTURA KOD K = 3
Klaster: A B
100
75
50
25
0
100
75
50
25
0
100
75
50
25
0
K = 4
K = 3
K = 2
Pro
port
ion o
f m
embers
hip (Q
)
Klaster: A1 A2 A3 B
Klaster: A B
Klaster: A1 A2 B
P30
P29
P28
P27
P26
P25
P24
P23
P22
P21
P20
P19
P18
P17
P16
P15
P14
P13
P12
P11
P10
P09
P08
P07
P06
P05
P04
P03
P02
P01
BKultivirane populacije
A1SjeverniJadran
A2Južni
Jadran
A3Makedonija
Grčka
- prirodne populacije se nadalje dijele u tri klastera
GENETSKA STRUKTURA KOD K = 4GENETSKA STRUKTURA KOD K = 4
A1
A2 A3
B
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Zemljopisna udaljenost
Genets
ka u
daljenost
r = 0.47
PMantel = 0.0001
R2 = 0.23
GENETSKA STRUKTURA KOD K = 4GENETSKA STRUKTURA KOD K = 4
(1) Ljekovita kadulja (Salvia officinalis L.)
(2) Genetska raznolikost i srodnost
(3) Genetska struktura
(4) Modeliranja ekoloških niša
(5) Evolucijska povijest
PLANPLAN
MODELIRANJE EKOLOMODELIRANJE EKOLOŠŠKIH NIKIH NIŠŠAA
- Modeliranje rasprostranjenosti vrste (SDMs)- procijeniti odnos između zapisa o rasprostranjenosti vrste na određenim staništima i okolišnih uvjeta tih staništa- procijeniti pogodnost staništa za naseljavanje i
preživljavanje vrste- proizvesti modeliranu distribuciju vrste
(= utvrditi povoljno stanište za vrstu)- ulazni podaci:
(1) zemljopisna rasprostranjenost68 podataka o rasprostranjenosti (ravnomjerno raspoređenih)
(2) okolišni uvjeti staništa (lokacija)19 bioklimatskih parametara (WorldClim database)- 11 temperaturnih- i 8 oborinskih parametara- predstavljaju godišnja kretanja, sezonske promjene itemperaturne i oborinske ekstreme
0.26 - 0.50
0.51 - 0.75
0.76 - 0.94
Suitability
EENM: SADANM: SADAŠŠNJI KLIMATSKI UVJETINJI KLIMATSKI UVJETI
0.26 - 0.500.51 - 0.750.76 - 0.94
Pogodnost staništa:
Apeninski poluotok
Jadransko more
Balkanski poluotok
0.26 - 0.50
0.51 - 0.75
0.76 - 0.94
Suitability
EENM: SADANM: SADAŠŠNJI KLIMATSKI UVJETINJI KLIMATSKI UVJETI
0.26 - 0.500.51 - 0.750.76 - 0.94
Pogodnost staništa:
Apeninski poluotok
Jadranski more
Balkanski poluotok
A1
A2A3
POVIJESNA RASPROSTRANJENOSTPOVIJESNA RASPROSTRANJENOST
- modeliranje moguće rasprostranjenosti vrste u
vrijeme posljednjeg glacijalnog maksimuma (LGM;~21,000 godine pr.n.e.)
- otkrivanje mogućih glacijalnih refugija vrste
Ulazni podaci:
(1) model sadašnjeg stanja
(2) klimatski uvjeti u prošlosti
19 bioklimatskih varijabli
bioklimatski podaci za LGM koje su razvili
Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Phase II
- dva modela:
CCSM (Community Climate System Model; USA)
MIROC (Model for Interdisciplinary Research on Climate; Japan)
EENNMM: POSLJEDNJI GLACIJALNI MAKSIMUM : POSLJEDNJI GLACIJALNI MAKSIMUM CCCSM UVJETICSM UVJETI
Balkanski poluotokApeninski poluotok
0.26 - 0.500.51 - 0.750.76 - 0.94
Pogodnost staništa:
A3
Jadransko more
- CCSM: drastični pad temperature
Suitability0.26 - 0.50
0.51 - 0.75
0.76 - 0.84
0.26 - 0.500.51 - 0.750.76 - 0.94
Pogodnost staništa:
Apeninski poluotok
Balkanski poluotok
A3
A1
A2
Jadransko more
- MIROC: umjereni pad temperature
EENNMM: POSLJEDNJI GLACIJALNI MAKSIMUM : POSLJEDNJI GLACIJALNI MAKSIMUM CCCSM UVJETICSM UVJETI
EVOLUCIJSKA POVIJEST EVOLUCIJSKA POVIJEST
- otkrivanje evolucijske povijesti pomoću Aproksimativne Bayesovske analize (Approximate Bayesian Computation; ABC)
- ulazni podaci:- molekularni podaci
- scenariji koji opisuju evolucijsku povijest
- postupak:- simulirati (veliki broj) setova podataka za svaki scenarij
- usporediti simulirane i utvrđene setove podataka
- najsličniji simulirani set podataka je najvjerojatniji
- cilj:- usporediti alternativne scenarije
posteriorna vjerojatnost svakog scenarija
- procijeniti parametre za jedan ili više scenarijaefektivna veličina populacije; vrijeme razdvajanja
POPULACIJEPOPULACIJE
A1
A2A3
Alelno bogatstvo:
A1 7.97
A2 8.49
A3 6.25
ABC analiza:
A1: 92 jedinke iz 7 pop
A2: 91 jedinke iz 10 pop
A3: 82 jedinke iz 4 pop
PET JEDNOSTAVNIH POVJESNIH SCENARIJAPET JEDNOSTAVNIH POVJESNIH SCENARIJA
Scenarij 1
Populacija A1 je nastala iz
populacije A2, koja je nastala iz populacije A3
Scenarij 2
Populacija A3 je nastala iz
populacije A2, koja je nastala iz populacije A1
A1
A2
A3
A3 A2 A1
A1 A2 A3
A1
A2
A3
Scenarij 3
Populacije A1 i A3 odvojeno su nastale iz populacije A2
Scenarij 4
Populacija A2 je nastala
hibridizacijom populacijaA1 i A3
A1
A2
A3
A3 A2 A1
A1 A2 A3
A1
A2
A3
PET JEDNOSTAVNIH POVJESNIH SCENARIJAPET JEDNOSTAVNIH POVJESNIH SCENARIJA
Scenarij 5
Sve tri populacije su se razdvojile u
isto vrijeme
A2 A1 A3
A1
A2
A3
FFIVE SIMPLE IVE SIMPLE HHISTORIC ISTORIC SSCENARIOSCENARIOS
ScenarijPosteriorna vjerojatnost
(PP)
1 0.166
2 0.193
3 0.075
4 0.126
5 0.440
REZULTATI:REZULTATI:
POVIJESNA REKONSTRUKCIJA: DAVNA PROPOVIJESNA REKONSTRUKCIJA: DAVNA PROŠŠLOSTLOST
?
Vegetacijska karta Europe u zadnjem ledenom dobu
Rasprostranjenost ljekovite kadulje prije zadnje glacijacije ?
ABC Efektivna veličina populacije:Izvorna pop. 8,550 jedinki
A1 4,330 jedinkiA2 7,190 jedinkiA3 2,440 jedinki
Glacijalne refugije:1. Iberijski poluotok2. Apenninski poluotok 3. Balkanski poluotok
Rasprostranjenost ljekovite kadulje u vrijeme zadnjeg glacijalnog maksimuma
A2A3
A1
Karta 52 refugije na mediteranskom području (Médail i Diadema, 2009.)
ABC Vrijeme razdvajanja:prije 572 generacija(95% CI: 157-1,540)
Životni vijek generacijedo 300 godina
POVIJESNA REKONSTRUKCIJA: RAZDVAJANJEPOVIJESNA REKONSTRUKCIJA: RAZDVAJANJE
A2 A1 A3