Tierphysio Teil 1

• verursacht durch 1 Gen

• verursacht durch mehrere Gene

• (z.B. Kuh: Farbe: kategorisch, Muster: kontinuierlich)

  -> Phänotypen ergeben Normalverteilung 

µ= Mittelwert   σ=Standardabweichung     x= Merkmalswert

durch Überlagerung der Verteilungskurven für untesrchiedliche Allele an mehreren Loci -> Merkmalsverteilung

Heritabilität erklärt, welcher Anteil der phänotypischen Cariation auf die genotypische Variation zurückzuführen ist

- Es gibt unendlich viele Gene (Infinitesimalmodell)

- Einzelne Polygene nicht analysierbar mit mendelschem Verhalten

Einige wenige Gene erklären einen großen Teil der Variabilität -> Heritabilität ca. 15%

Die meisten Gene erklären nur wenig der Gesamtvarianz

->Power Low Verteilung

QTL= quantitative trait loci

Marker koppeln mit QTLs, wenn sie auf dem Chromosom nah genug beieinander liegen -> Lokalisierung des Gens anhand des molekularen Markers grob möglich

--> Gen liegt zusammen mit weiteren Kandidatengenen zwischen den nächstliegenden Markern

Mensch, Säugetiere: 3 *10^9 bp

Huhn: 1*10^9 bp

Drosophila monogaster: 1,8*10^8

Arabidopsis: 1,3*10^8

Von den Genomen sind 50-80% repetitiv und … (weniger als 5% codieren für AS Sequenz -)

Mensch, Säugetiere: 3 *10^9 bp

Huhn: 1*10^9 bp

Drosophila monogaster: 1,8*10^8

Arabidopsis: 1,3*10^8

Von den Genomen sind 50-80% repetitiv und … (weniger als 5% codieren für AS Sequenz -)

Vollständiges Genom zufällig fragmentieren und in Klone einfügen -> jeden Klon sequenzieren -> durch überlappende Sequenz-Reads zusammensetzen zu contigs -> überlappende contigs zusammensetzen zu vollständiger Sequenz

Contig = Set überlappender DNA-Stücke

Sequenziert nicht die vollständigen Inserts, sondern nur ein Gerüst an korrekter Sequenz mit Lücken.

und –stop

Transkriptionsende, Poly-A-Site                                                                                           

3‘-UTR, 5‘-UTR

mi-RNA-Bindestellen Exon-Intron-Grenzen (GT-AG-Regel)

Promotorregion (-30 bp TATA-Box), Transkriptionsstart

Translationsstart

1 cM=1 Mio. Bp

(Abweichen von der prototypischen Referenzsequenz)                                                                            

- Mutationen führen zu DNA-Variation:

• Transition oder Transversion
• Deletion oder Insertion      
• Inversion                                                      .

- DNA-Variation:

• RFLPs: Längenpolymorphismen von Restriktionsfragmenten
• Durch Dazukommen/Wegfallen von Restriktionsstellen                                                 
• Durch Punktmutation oder Verlängern/ Verkürzen der Fragmente durch Insertionen / Deletionen

(variable number of random repeats)

Hierbei werden 30 bp unterschiedlich oft wiederholt

(Short Tandem Repeat Polymorphism)

Kurze Sequenzmotive unterschiedlich oft wiederholt

relative häufig im Genom: Rind: 44000mal -> Markernetz

= Single Nucleotide Polymorphisms (Unterschied in 1 Base)

Wenn Frequenz >1%, Polymorphismus, sonst Variante, SNPs: ca.7-10 pro 10 000 bp, nur 2 Allele, geringe Mutationsrate (1,1*10^-8 -> 33 Mutationen pro Gamet und Generation), meistens keine Auswirkung auf Phänotyp

Entdeckung durch Resequenzierung eines/ mehrerer Individuen

Next Generation Sequencing: Illumina

• Spaltung des Genoms in Fragmente (200-500 bp)
• Ligation von Adaptern und Sequenzprimern
• Binden der Fragmente an Flow Cell über Oligonukleotide, die zu den Adaptern komplementär sind -> Adapter an beiden Enden des Fragments => Fragment bindet mit beiden Enden
• Durch Amplifikation in mehreren Replikationszyklen Bilden eines Clusters aus dem Fragment
• Sequencing by Synthesis ab Sequenzierungsprimer: dNTPs sind mit verschiedenen Farben gelabelt und geschützt
• -> pro Zyklus kann nur 1 Base eingebaut werden
• -> anschließend Schutzgruppe und Farbstoff entfernen
• -> Zugeben der dNTPs für nächsten Zyklus
• -> durch Farbsignal Ablesen der eingebauten Base

Herstellung des Chips mit photochemischen Verfahren

Lichtmaske -> Licht entfernt Schutzgruppe, sodass zugegebene dNTPs selektiv an beleuchteten Positionen eingebaut

Oligosynthese in situ auf dem Chip

Herstellung des Chips mit photochemischen Verfahren

Lichtmaske -> Licht entfernt Schutzgruppe, sodass zugegebene dNTPs selektiv an beleuchteten Positionen eingebaut

Oligosynthese in situ auf dem Chip

• Auf Beads ist jeweils ein bestimmtes Oligonucleotid immobilisiert -> für jedes SNP 1 Oligo nötig
• Alle Beads mit verschiedenen Oligos werden vermischt und auf Träger mit Vertiefungen aufgebracht
• Nacheinander Zugabe von Oligos, die zu den immobilisierten Oligos komplementär sind und die je Hybridisierung ein anderes Label tragen -> Abfolge der hybridisierten Labels; identifiziert über Decodierungs-Software das an dem Bead immobilisierte Oligo

-> Kombinationsmöglichkeiten= Label^Hybridisierungsschritte

• Genomische DNA wird mit Oligos auf Beads hybridisiert -> je SNP 2 Beads nötig, die mit der SNP-Position abschließen
• Infinium I: Amplifikation und Signal nur möglich, falls an SNP-Position kein Mismatch vorliegt
• Infinium I: nur je 1 Bead pro SNP nötig, komplementäres Oligo endet mit Position vor dem SNP

-> Single base extention der SNP-Position mit gelabeltem ddNTP

                -> je nach Label oder Mischung daraus: SNP homo- oder heterozygot

(Mikrosatelliten, heute eher SNPs)

->   Meiotische Rekombination zwischen Marker und QTL durch crossing over:  es entstehen parentale und rekombinante Meioseprodukte, wenn Marker und QTL auf dem gleichen Chromosom liegen. (Sonst freie Rekombination)

Crossing over: Rate= Abstand zwischen Genarten (in cM): 1 cM=1% rekombinante Nachkommen/ Rekombination

Rindergenom umfasst 3000 cM (30 genetisch wirksame Chiasmata für Crossing over)      1 cM= 1Mio. bp

->  Marker, die immer/meist zusammen mit einem QTL vererbt werden (d.h. keine/ wenig Rekombination zwischen Marker und QTL) liegen in der Nähe des QTL und koppeln damit

       -> für verschiedene Allele eines koppelnden Markers ergibt sich durch die unterschiedlichen Allele des QTLs ein

           unterschiedlicher durchschnittlicher Phänotyp                                           

      -> nicht-koppelnde Marker -> immer gleicher durchschnittlicher Phänotyp

GWAS = Genomweite Assoziationsstudien

t= phänotypischer Wert      g= genotypischer Wert   

q= QTL-Genotyp (0,1,2= qq, qQ, QQ)   a=Marker-Genotyp (0,1,2=AA,AB,BB)

-> Korrelationskoeffizient r gibt an, wie stark die beiden untersuchten Variablen korrelieren

     r=0 -> kein Zusammenhang,       r=1 -> perfekter Zusammenhang

außerdem Betrachten des Regressionskoeffizienten (Steigung) und y-Abschnitt

= Bestimmtheitsmaß -> wie viel der Varianz der einen Variablen kann durch die andere Variable erklärt werden?

r(t,m)=r(m,q)x r(q,g) x r(g,t)

r^2(m,q)= Ausmaß von Linkage Disequilibrium zwischen dem Marker und dem QTL

r^2(q,g)= Proportion der genetischen Varianz, die durch QTL erklärt werden kann

r^2(g,t)= Anteil der phänotypischen Varianz, die durch die genetische Varianz erklärt werden kann (Heritabilität)

H₀:r(m,t) = 0            H₁ : r(m,t) ¥ 0                          

P (Ablehnung von , obwohl es wahr ist),

Signifikanzlevel: P=0,05     effektives Signifikanzlevel: P=α/ Anzahl der Tests

Marker auf x-Achse übertragen gegen –log10 (P)

-> Werte oberhalb Signifikanzgrenze werden erkannt

Quantile-Quantile-Plot: Auftragen von erwartetem –log10 (P) gegen beobachtetes –log10 (P)

-> Annahme von GWAS: homogene Population

    ABER: oft nicht korrekt, z.B. Mischung von Rassen, einige Väter überrepräsentiert

->  Liefert viele, falsch positive „signifikante“ Signale

    Berücksichtigung der Unterschiede der Subpopulationen als Cofaktoren in der Regressionsanalyse

t= ß0 + ß1*Struktur + ß2*Struktur + E

                          t= trait value               ß0  =y-Achsenabschnitt  

ß1= Regressionskoeffizient SNP       ß2= Regressionskoeffizient Struktur                   -> Korrektur nötig

Haplotyp: Anordnung und Ausprägung der Allele auf einem Genom

1. Schritt: Haplotyp-Bibliothek in einer Untergruppe von dicht genotypisierten Tieren

2. Schritt: Genotypisieren eines Teils der Tiere an einem Teil der Marker

3. Schritt: Ableiten des Genotyps mit hoher Dichte aller Tiere                                                             

   -> Ableiten des Haplotyps durch Kopplung/ Assoziation der umliegenden Gebiete mit einem Marker

- SNPs für die Vorhersage des genomischen Werts eines Tieres

       - Effekt von anonymen QTLs auf ein Merkmal kann durch gekoppelte SNPs abgeschätzt werden

       - Genomische Selektion (mgl. Durch Illumina SNP-Chip)

            -> kürzeres Generationsintervall: genetische Veränderung verkoppelt

            -> kein festen (?) der Nachkommen: redeziere Kasten

Genauigkeit nimmt ab über Generationen -> Rekalibrierung und reguläres Testen der Nachkommen nötig

Genomische Selektion kann nicht bei kleinen Populationen angewandt werden

Formeln für genomische Vorhersagen können nicht von einer Population auf die andere übertragen werden

imputed Genomsequenzen basierend auf Resequenzierung von 50 Individuen

maximale Markerdichte inklusive kausale QTLs = QTN: r^2=1

Maximale Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der genomischen Richtwerte

Übertragbarkeit der Formeln von einer Population auf die andere

• (Protein) kodierende Einheit von DNA-Molekülen
• spezifische Form eines Kontrollfaktors, spezifische Variante eines DNA-Moleküls
• Ort einer (DNA)-Variation
• Erscheinung eines Individuums
• Einheit von Allelen, die von einem Individuum getragen werden
• Individuum, das einen Genotyp mit zwei identischen Allelen besitzt
• Individuum, das einen Genotyp mit zwei verschiedenen Allelen besitzt
• ein Phänotyp, der aus einem Allel resultiert, unabhängig vom anderen Allel
• ein Phäotyp, der nur zum Vorschein kommt, wenn das Individuum homozygot für ein spezifisches Allel ist