تجزیه تنوع ژنتیکی در محصولات زراعی
تشخیص دقیق سطوح و شکل تنوع ژنتیکی می تواند در اصلاح گیاهان برای کاربردهای متنوع با ارزش باشد.
الف) تجزیه تنوع ژنتیکی در ارقام
ب) تشخیص ترکیب والدینی متنوع برای ایجاد نتاج متنوع جهت حداکثر کردن تنوع برای انتخاب
ج) انتروگرسیون ژن های مطلوب از ژرم پلاسم های متنوع به مبنای ژنتیکی موجود.
مطالعه تنوع ژنتیکی فرایندی است که توسط آن تنوع بین افراد یا گروهی از افراد یا جمعیت ها توسط یک روش خاص یا ترکیبی از روش ها تحلیل می شود
داده های مختلفی برای تحلیل تنوع ژنتیکی استفاده می شود:
داده های شجره، داده های مرفولوژیکی، داده های بیوشیمایی ( آیزوزایم ها و پروتئین های ذخیره ای) و جدیداً داده های مارکرهای مولکولی
تجزیه پایه ای تنوع ژنتیک
1) توصیف تنوع درون و بین جمعیت ها، نواحی و غیره
2) برآورد روابط درون و بین جمعیت ها، نواحی و غیره
3) بیان روابط بین نتایج حاصل از دسته های مختلف صفات
انواع متغییرها
خصوصیات کیفی: این ها به خصوصیت یا کیفیت رجوع می کند
دودویی (binary) : دو اندازه وجود (1) یا عدم وجود (0) را می گیرد.
قیاسی (categorical): اندازه ای را در میان تعدادی از حالات میگیرد
ترتیبی (ordinal): حالات یک رتبه خاصی دارند
اسمی (nominal): خصوصیاتی هستند که ارتباط ندارند
خصوصیات کمی : این خصوصیات عددی هستند
پیوسته: تمامی اعداد و اعشارها را به خود اختصاص می دهد.
گسسته: اندازه ای را درون یک محدوده به خود اختصاص می دهند.
تعیین تنوع ژنتیکی : اندازه گیری تنوع ژنتیکی درون جمعیتی
بر اساس تعداد تنوع ها
چند شکلی یا نرخ چند شکلی (Pj)
ژنی پلی مورفیک تعریف می شود که فراوانی یکی از آلل هایش کمتر یا مساوی 95/0 یا 0/99 باشد
Pj = q ≤ 0.95 یا Pj = q ≤ 0.99
نسبت مکان های ژنی چند شکل
نسبت تعداد مکان های ژنی چند شکل بر کل مکان های ژنی (چند شکل و تک شکل) است.
P = npj/ntotal
غنی بودن آلل های مختلف (A)
به تعداد انواع در یک نمونه بستگی دارد.
اندازه تنوع (1 – A) نوع است زیرا در یک جمعیت تک شکل درجه تنوع برابر صفر است(0=1- A)
متوسط تعداد آلل ها در هر مکان ژنی
مجموع تمام آلل های ردیابی شده در تمام مکان های ژنی بر تعداد کل مکان های ژنی است
بر اساس فراوانی انواع
تعداد موثر آلل ها (Ae)
تعداد آلل هایی است که می تواند در یک جمعیت حضور داشته باشد
متوسط هتروزیگوسیتی مورد انتظار He (تنوع ژنتیکی نئی Nei یا D)
احتمال این است که در یک تک مکان ژنی هر یک از دو الل های انتخاب شده به طور تصادفی از یکدیگر متفاوتند.
سه نوع محاسبه ممکن است:
یک مکان ژنی با دو آلل
یک مکان ژنی j با i آلل
متوسط برای چندین مکان ژنی
متوسط He در تمامی مکان های ژنی تخمینی از میزان تنوع ژنتیکی در یک جمعیت است
تعیین تنوع ژنتیکی : اندازه گیری تنوع ژنتیکی بین جمعیتی
افتراق بین جمعیتی برای یک ژن (gst)
تنوع جمعیتی
تنوع کل
افتراق بین جمعیتی برای چندین مکان ژنی
همکاری جمعیت ها در تنوع ژنتیکی کل
آماره F (Wright)
معادله برای ساختار ژنتیکی جمعیت ها برابر است با
تفسیر اندازه های Fst
محدوده Fst عبارت است از:
تجزیه واریانس مولکولی AMOVA
AMOVA متدی برای مطالعه تنوع مولکولی درون یک گونه است
براساس یک مدل آشیانه ای یا سلسله مراتبی است
از تجزیه واریانس به دلایل زیر متفاوت است:
ممکن است حاوی فرضیات تکاملی بدون تغییر ساختار اولیه تجزیه باشد.
فرضیه مشتق شده از متدهای تبدیل استفاده می کند که نیازی به فرضیه توزیع نرمال ندارد.
تعیین روابط ژنتیکی : فاصله ژنتیکی
فاصله ژنتیکی بین دو نمونه به عنوان سهم عناصر ژنتیکی (آلل ها، ژن ها، گامت ها، ژنوتیپ ها) است که دو نمونه به اشتراک نمی گذارند.
فقط وقتی 1=D است که هیچ دو نمونه عناصر ژنتیکی مشترکی ندارند.
بسته به تشابهات افراد سه نوع نمایش فاصله (D) ممکن است:
D=1-S به عنوان فاصله خطی شناخته می شود زیرا فرض می شود که رابطه با تشابه خطی است.
D=√(1-s) که فاصله درجه دوم شناخته می شود زیرا فرض می شود که رابطه با تشابه تابعی درجه دوم است لذا برای خطی ساختن آن ریشه دوم محاسبه می شود.
D=√(1-s2) که فاصله دایره ای شناخته می شود.
مدل های فاصله
محاسبه فاصله یا عدم تشابه یکی از دو مدل ممکن زیر را دنبال می کند.
فاصله در طی زمان ثابت باقی می ماند تعادل بین مهاجرت و رانده شدن ژنتیکی وجود دارد
تغییرات فاصله با زمان به دلیل مهاجرت یا رانده شدن ژنتیکی اتفاق می افتد
مدل های عدم تعادل: فاصله هندسی
رابطه مستقیم بین شاخص (های) تشابه و فاصله را اندازه گیری می کند.
وضعیت های مختلفی امکان پذیر است:
متغییرهای دودویی، متغییرهای کمی، انواع مختلط متغییرها، P تعداد از متغییرها
با متغییرهای دودویی:
تجزیه چند متغییره استفاده می شود و ماتریس های تشابه یا افتراق بین جفت های ممکن افراد یا واحدهای تاکسونومیکی موثر (OUTs)
دو فرد مشابه بطور همزمان حداقل اندازه فاصله و حداکثر اندازه تشابه را دارد.
فاصله و تشابه به طور معکوسی با یکدیگر مرتبطند.
تشابه به وسیله تعداد تطابق ها تخمین زده می شود.
ضرایب تشابه برای متغییرهای دودویی
نمایش روابط: دسته بندی یا کلاستر بندی
فرایند گروهبندی اشیاء در دسته ها یا رده هایی بر اساس خصوصیات یا روابط مشترک آن ها است.
سلسله مراتبی: دسته های بزرگی که دسته های کوچکتری را به عنوان شاخه در بر می گیرند
شامل اساس گرائی، تکاملی و فنتیک
غیر سلسله مراتبی: هر فرد به توسط مقایسه آن با دسته های اولیه به یک گروه خاص اختصاص می یابد بطوریکه مکان یابی آن مناسبترین باشد.
هم پوشانی: افراد ممکن است به بیش از یک گروه تعلق یابند
رده بندی فنتیک
روابط بین نمونه ها را با استفاده از یک شاخص تشابه نشان می دهد.
یک متد گروه بندی یا فاصله انتخاب می شود تا یک دیاگرام درختی یا یک فنوگرام (اگر ماتریس تشابه حاوی داده های فنوتیپی باشد) می تواند رسم شود.
متدهای کلاستر بندی
مراحل کلاستربندی
تقریب تعریف می شود
هر گروهبندی بر طبق فاصله تخمین زده می شود
شاخه های دندروگرام در هر چرخه ایجاد می گردد.
سه متد اصلی عبارتند از:
نزدیکترین همسایه ها
دورترین همسایه ها
متوسط همسایه ها
نمایش روابط : رتبه بندی
رتبه بندی عبارت از مرتب کردن یا رتبه دادن واحدهای نمونه در سیستم های مختصات است
هدف رتبه بندی همانند دسته بندی تفسیر اشکال در ترکیب نمونه هاست.
Principal coordinates analysis (PCoA)
Non metric multidimensional scaling (NMDS)
Correspondence analysis (CA)