1 / 100

The Genetic Basis of Evolution

The Genetic Basis of Evolution. I. Genetic Basis II. Mechanism of Evolution. II. Mechanisms of Evolution. 1. What is Evolution 2. Emergence of the first cell 3. Genetic composition of population 4. Genetic variation 5. Genetic equilibrium 6. Microevolution

latifah-chavez
Download Presentation

The Genetic Basis of Evolution

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. The Genetic Basis of Evolution I. Genetic Basis II. Mechanism of Evolution

  2. II. Mechanisms of Evolution 1. What is Evolution 2. Emergence of the first cell 3. Genetic composition of population 4. Genetic variation 5. Genetic equilibrium 6. Microevolution 6.1 Mutation 6.2 Recombination 6.3 Genetic drift 6.4 Natural selection 6.5 Gene flow

  3. Evolutionกระบวนการเปลี่ยนคุณลักษณะไปตามกาลเวลาของ species ใดๆ จนในที่สุดเกิด species ใหม่ที่มีวิถีชีวิตใหม่ Evolution : การเปลี่ยนความถี่ (frequency) ของ gene ในประชากรใดๆ ตามกาลเวลา

  4. First Living Cells on Earth 4.6-4.5 billion (x 103) years: โลกเกิดจาก Cosmic cloud 4 billion year: โลก thin-crusted inferno, heat & gases crust เย็นลงและแข็งตัว น้ำ condensed เป็นเมฆ และ ตกเป็นฝน 3.8 billion years: life originated บนผิวโลก

  5. แสงอาทิตย์ ฟ้าผ่า ความร้อน ที่แผ่ออกจากโลกเป็น supply energy ให้เกิดการรวมกันของสารประกอบ organic ได้ glucose, ribose, deoxyribose, nucleotides, amino acids, lipids, และอื่นๆ • สาร organic มี self assembly จนได้ living cells Miller-Uery’s Apparatus

  6. Chemical & molecular evolution (4 by.) into the first cells (3.8 by.) Evolutionary tree (3.7 by. - present)

  7. Genetic Basis of Evolution • อะไรทำให้เกิดความแปรปรวนทางพันธุกรรม [genetic variation] และคงอยู่ เป็นวัตถุดิบของวิวัฒนาการ • ปัจจัยที่ทำให้เปลี่ยน gene frequency ทำให้เกิด วิวัฒนาการ • species ใหม่เกิดขึ้นได้อย่างไร

  8. วิวัฒนาการเกิดในระดับใด • Individual organisms : be born, • mature, and die No evolution • Species : กลุ่มฃองสิ่งมีชีวิตที่ผสมพันธุ์กันได้ Evolution • Population : สมาชิกของ species ที่อยู่รวม กลุ่มกัน ในพื้นที่/อาณาเขตหนึ่ง Evolutionary change

  9. Genetic Variation

  10. Genetic Variation • ความแตกต่างใน combinations ของ alleles ที่มี • ใน individuals ของ population หรือ • ใน gene pool ของ population • ความแตกต่างของ gene/allele frequency ทำให้เกิด variation ใน characters ของ population • Morphology รูปร่างลักษณะ • Physiology หน้าที่การทำงานของสรีระ • Behavior นิสัย พฤติกรรม

  11. Genetic variation among species Genetic variation among races of the same species

  12. ลักษณะ (trait) ระหว่าง individuals จึงไม่เหมือนกัน • Genetic variation ระหว่าง species ดูจาก frequencyี่ ของ Heterozygosity - two different alleles (Aa) Human - 100,000 genes มี variation 10 % Dogs - 100,000 genes มี variation 5 % Cheetahs - 100,000 genes มี variation 0.067 %

  13. Sources of Genetic variation • เกิดได้จากหลายเหตุการณ์ พอสรุปได้เป็น 5 อย่าง คือ • 1. Gene mutation (produce new alleles) • 2. Recombination การแลกสลับชิ้นส่วนของ gene บน • Chromosome ระหว่างการแบ่ง / สร้างเซลล์สืบพันธุ์

  14. 3. Independent assortment การเลือกถ่ายทอดอิสระ ของgene หรือ Chromosome ระหว่างการแบ่งเซลล์ สืบพันธุ์ 4. Fertilization ระหว่าง gametes ที่มี gene ต่างกัน (combination of alleles from two parents) 5. Change in chromosome structure or number • (loss, duplicate, or alteration of alleles)

  15. Environmental influences on variation • ทำให้เกิด variation ใน phenotypes • ไม่ทำให้ gene เปลี่ยน • แต่ทำให้การแสดงออกของ gene เปลี่ยน ได้ลักษณะเปลี่ยน แมวไทย: อุณหภูมิผิวหนังไม่เท่ากัน Hydrangea macrophylla: allels ของสีดอกเหมือนกัน ปลูกในดินที่มี acidity ต่างกัน

  16. Genetic frequency 1. Genotype frequency 2. Allele frequency / gene frequency

  17. Genotypes in a population มี 3 แบบ AA - Homozygous Dominant Aa - Heterozygous aa - Homozygous Recessive

  18. 1. Genotype frequency • genotype frequency ของ gene ใดๆ ใน population รวมกันเป็น 1 AA + Aa + aa = 1 • และการกระจายเป็น binomial (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1 เมื่อ p = frequency of allele A • q = frequency of allele a Punnett square

  19. 2. Allele frequency หรือ Gene frequency • แตกต่างกัน แล้วแต่เผ่าพันธุ์ • Gene บน locus ใดๆ อาจเป็น A หรือ a สัดส่วนของ alleles A หรือ a รวมกันเป็น 1 p + q = 1 p + q = p2 + 2pq + q2 = 1 • ถ้า p = q โอกาสสูญพันธุ์น้อย • ถ้า allele คงที่ - No Evolution • ถ้า allele เปลี่ยน - Evolution

  20. ตัวอย่างวิธีหา Frequency (f) กลุ่มเลือด MN ซึ่งมี gene อยู่ที่ Chromosome 4 Phenotype Genotype # Individuals # Alleles M LMLM 1787 LM = 2 x 1787 = 2574 MN LMLN 3039 LM = 3039 : LN= 3039 N LNLN 1303 LN= 2 x 1303 = 2606 = 6129 total = 12,258 LM = 2574 + 3039 = 6613 --> f LM = 6613/12,258 = 0.5395 LN = 3039 + 2606 = 5645 --> f LN = 5645/12,258 = 0.4605

  21. ตัวอย่าง Genetic variationของ 2 Subgroups Allele / Genotype Frequency f Subgroup 1 f Subgroup 2 p 0.1 0.9 q 0.9 0.1 p2 0.01 0.81 2pq 0.18 0.18 q2 0.81 0.10

  22. Genetic Equilibrium ถ้าไม่มีแรงผลักดันใด ๆ จากภายนอก frequency ของแต่ละ allele ใน population จะไม่เปลี่ยนแม้หลายรุ่นผ่านไป

  23. Genetic Equilibrium • Allele frequency คงที่ เป็นเวลาหลาย generations เรียกว่า Genetic Equilibrium หรือ Hardy-Weinberg Equilibrium • Variation ของ Allele frequency ใน generations ต่อๆ มา จึงใช้เป็นตัววัดอัตราการเปลี่ยนแปลง ทางวิวัฒนาการ (Rates of Evolutionary Change)

  24. Hardy-Weinberg Principle • Allele frequency จะคงที่จาก generation หนึ่งไปอีก generation หนึ่งได้ ด้วย 5 conditions (ideal) • 1) ไม่มี mutation • 2) ไม่มี gene flow (isolate จาก population อื่น) • 3) มี random mating (ทุก genotypes ต้อง viable และ fertile) • 4) Population size ต้องขนาดใหญ่ • 5) ไม่มี natural selection

  25. Variation ของ Allele Frequency เกิดโดย 5 conditions ทำให้เกิด Evolution ในระดับ Microevolution วิวัฒนาการระดับจุลภาค (พันธุกรรม)

  26. Microevolution 1. Mutation - การกลายพันธุ์ 2. Recombination / Random mating - การพันธุกรรม / การไม่เลือกผสม 3. Genetic drift - การเคลื่อนที่ของพันธุกรรม 4. Gene flow - การไหลของพันธุกรรม 5. Natural selection- การเลือกโดยธรรมชาติ

  27. 1. Mutation เปลี่ยน allele หนึ่งไปเป็นอีก allele ใหม่

  28. Mutation • เปลี่ยน ใน DNAของเซลล์สืบพันธุ์ ถ่ายทอดได้ ทำให้ • เปลี่ยน gene expression • เปลี่ยน phenotype • เพิ่ม หรือ ลด frequency ของ allele ใน gene pool ของ ประชากร ทำให้มีผลต่อ Evolution • เปลี่ยนใน DNA ของเซลล์ร่างกายทั่วไป ถ่ายทอดไม่ได้ • โอกาส 1 ใน ล้าน ที่จะได้ gene ใหม่

  29. สาเหตุของ Mutation : • Spontaneous mutation เกิดเอง • DNA replication errors • Spontaneous chemical changes • Induced mutation ชักนำให้เกิด • Physical agents - Radiation • Chemical agents - Base analogs • Base-modifying agents • Intercalated agents

  30. Induced mutation • Physical agents เช่น UVb ให้เกิดมะเร็งผิวหนัง • Chemical agents เป็นสาเหตุให้เกิด มะเร็ง • Base-modify agents ทำให้ base จับคู่ผิด เช่น sulfur mustard gas • Intercalated agents ทำให้ขยับ base ของ codon เช่น Acridine ในสีย้อมผม

  31. Mutation แบ่งเป็น 2 ระดับ • Chromosomal mutation • Gene mutation

  32. Chromosome number one or few chromosomes - Down syndrome (2n+1 = 47 แท่ง) - Klinefelter syndrome (47, XXY) - Turner syndrome (45, XO), Chromosome structure Deletion - Cri-du-chat syndrome (cat-cry ใน C5) Duplication - Bar eyeใน แมลงหวี่ Inversions (ไม่ค่อยเกิด) Translocation - Leukemia (แท่ง 9/12) - Lymphoma (แท่ง 8/14) Chromosomal Mutation(chromosomal Aberration)

  33. Down syndrome : Chromosome 21 เพิ่ม 1 แท่ง Cat-cry syndrome : ส่วนของ chromosome 5 หายไป

  34. เปลียน complete sets ของ chromosomes • เรียกว่า Genome Mutation เกิดในพืช • และ ใช้ประโยชน์ในการปรับปรุงสายพันธุ์ • พืช • 2n -> n • 2n -> หลาย n • แตงโม 3n • มันฝรั่ง, ถั่วลิสง, กาแฟ, องุ่น 4n

  35. Gene Mutation(DNA sequence changes) 1) Point mutation Base-pair substitution, Addition or Deletion คู่ base ทำให้ ขยับ reading frame ของ codons บน mRNA • AUG-ACA-CAU-AAC-GGC-UUC-GUA--- • +U+C-U • AUG-AUC-ACA-UAC-ACG-GCU--CGU A--- 2) Duplication & Divergence gene จำลอง แล้วได้ - 1 copy เหมือนบรรพบุรุษ - 1 copy ลำดับ bases ไม่เหมือน ทำให้ gene มีโอกาสแยกห่างออกจากบรรพบุรุษ

  36. Gene บน mRNA มีส่วนที่เป็นรหัส เรียกว่า Exonและไม่เป็นรหัส เรียกว่า Intron 3) Exon shuffling แยก gene ออกเป็นชิ้นๆ แล้วสลับ ใหม่ ทำหน้าที่เป็น gene ใหม่ Exons ถูกตัดต่อสลับตำแหน่ง

  37. 2. Recombination Universal source ของ Genetic variation

  38. 2. Recombination • 2.1 Genetic Recombination in Nature • 2.2 Artificial Recombination

  39. 2.1 Genetic Recombination in Nature • เกิดระหว่าง gene บนคู่ Homologous Chromosome • ขณะการแบ่งเซลล์ • สืบพันธุ์ • ทำให้ phenotype • ของลูกที่ได้รับ • recombined gene(s) แตกต่างจากของพ่อ-แม่

  40. Recombination มีโอกาสเกิดสูงมาก ถึง 1 ใน 2 • Species ที่มี genetic recombination จึงมี genetic variation มากกว่าที่การเลือกโดยธรรมชาติจะทำได้ • Recombination ทำให้สิ่งมีชีวิตความสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยน environment ได้ดีกว่า • ถ้า environment เปลี่ยนไป recombinants เหล่านี้คงมี ชีวิตรอดและสืบพันธุ์ต่อไปได้

  41. 2.2 Artificial recombination • การทำ Genetic recombination ในห้องหลอดทดลองใน Lab • โดยวิธีการ พันธุวิศวกรรม • Recombinant DNA Technology หรือ • Genetic Engineering หรือ DNA Cloning • เป็นการสร้าง gene recombinants ใหม่ หรือ สร้าง DNA โมเลกุลผสมใหม่ให้มี คุณสมบัติพิเศษเฉพาะตามวัตถุประสงค์ของมนุษย์ • Artificial recombination ไม่มีผลต่อ Evolution โดยตรงในระยะแรก แต่อาจมีผลในระยะต่อมา ขึ้นกับการควบคุมการใช้ประโยชน์

  42. หลักการของ Genetic Engineering 1. ตัด gene/DNA ที่สนใจด้วย restriction enzyme 2. ตัด DNA พาหะ (vector) ด้วย restriction enzyme ชนิดเดียวกัน 3. ต่อ ชิ้นส่วนทั้งสองด้วย enzyme Ligase จะ ได้ recombinant DNA molecule ใหม่ 4. นำ recombinant ใส่เข้าไปใน bacteria เพื่อเพิ่มจำนวน copy 5. นำ recombinant DNA ไปวิเคราะห์ต่อจนใช้ประโยชน์ได้

  43. เทคนิคการทำ Genetic Engineering

More Related