Beregn den genetiske diversitet
ØVELSEIntroduktion
I denne øvelse skal du prøve at beregne den genetiske diversitetGenetisk diversitet er et udtryk for, hvor forskellige DNA-sekveGenetisk diversitet er et udtryk for, hvor forskellige DNA-sekvenser er. Hvis den genetiske diversitet mellem et antal DNA-sekvenser er 0, så er sekvenserne helt ens. Hvis den genetiske diversitet derimod er 1, så er sekvenserne helt forskellige. Læs mere hos en art af pattedyr, der hedder brud (Mustela nivalis).
Du skal beregne den genetiske diversitetGenetisk diversitet er et udtryk for, hvor forskellige DNA-sekveGenetisk diversitet er et udtryk for, hvor forskellige DNA-sekvenser er. Hvis den genetiske diversitet mellem et antal DNA-sekvenser er 0, så er sekvenserne helt ens. Hvis den genetiske diversitet derimod er 1, så er sekvenserne helt forskellige. Læs mere for to stikprøver af DNA-sekvenser, som koder for cytokrom b-genetCytokrom b er et gen, som koder for et membranprotein i mitokondCytokrom b er et gen, som koder for et membranprotein i mitokondrier. Proteinet er vigtigt for cellernes energiproduktion.Læs mere hos brud. De data, som du skal bruge, kommer fra et stort forskningsstudieSpyros Theodoridis m.fl.: ”Evolutionary history and past climaSpyros Theodoridis m.fl.: ”Evolutionary history and past climate change shape the distribution of genetic diversity in terrestrial mammals”, udgivet i Nature Communications i 2020.Læs mere, hvor biodiversitetsforskere har kortlagt genetisk diversitet for landlevende pattedyr over hele Jorden.
På figur 1 nedenfor kan du se et simpelt eksempel på, hvordan genetisk diversitet beregnes. Du skal bruge samme fremgangsmåde i øvelserne 1 og 2.
Figur 1: Sådan beregnes genetisk diversitet.
Om studiet: Her kommer data fra
De DNA-sekvenser, som du skal arbejde med i denne øvelse, stammer fra et stort forskningsstudie fra 2020 om global genetisk diversitet. Forskerne bag studiet kombinerede for første gang nogensinde DNA-sekvenser fra Jordens pattedyr med geografisk information om, hvor DNA-prøver stammer fra. Det revolutionerede dele af biodiversitetsforskningen, fordi det gjorde det muligt for forskerne at undersøge, hvordan den genetiske diversitet fordeler sig på Jorden.
Data er samlet ved at hente DNA-sekvenser fra cytokrom b-genet hos 1.690 arter af landlevende pattedyr (flere end 24.000 DNA-sekvenser i alt) fra enorme genetiske databaser. DNA-prøverne er både indsamlet fra vilde dyr og fra afdøde dyr i samlingerne på zoologiske museer over hele verden.
Studiet ’Evolutionary history and past climate change shape the distribution of genetic diversity in terrestrial mammals’ er udgivet i det internationale tidsskrift Nature Communications. Forskerholdet bag studiet inkluderer flere forskere fra Center for Makroøkologi, Evolution og Klima på Københavns Universitet.
Baggrund: Bruden – Danmarks mindste rovdyr
Bruden (Mustela nivalis), er en art af pattedyr i mårfamilien, og den er Danmarks mindste rovdyr. Bruden er, udover Danmark, udbredt over det meste af EurasienEurasien er et udtryk for det samlede område af Europa og AsienEurasien er et udtryk for det samlede område af Europa og Asien.Læs mere og Nordamerika.
Bruden er lille i forhold til de andre mårdyr som odder eller ilder. Den er blot ca. 16-23 cm lang inklusiv en kort hale, og den vejer blot mellem 40 og 140 gram, hvilket det svarer til en mellemstor tomat. Man kan kende bruden på dens rødbrune ryg, hvide bug, korte ben og aflange, slanke krop, som kan drejes og bugtes, så den kan kravle i de gange, som bl.a. mus graver i jorden.
Det er da også ofte under jorden, eller i den tætte vegetation, at bruden gemmer sig, og derfor er det nok de færreste danskere, der rent faktisk har set en brud i naturen. Bruden kan dog også klatre i træer, hvor den jager fugle og tager fugleæg.
Bruden findes i størstedelen af landet, men er i dag klassificeret som næsten truet i Danmark, bl.a. fordi dens levesteder forsvinder, og fordi den dræbes af musegift og -fælder. Arten blev fredet tilbage i 1967.
Øvelse 1: Beregn den genetiske diversitet
I denne øvelse skal du prøve at beregne den genetiske diversitet for tre individer af brud.
Du skal bruge computer, lommeregner, papir og blyant.
1. Åben datafil 1, som indeholder DNA-sekvenser for genet cytokrom b fra tre individer af brud (Mustela nivalis).
2. Optæl og noter antallet af forskelle mellem DNA-sekvenserne for hver af de nedenstående parvise sammenligninger. Bemærk: Som en hjælp er de nukleotider, hvor der er ændringer mellem sekvenserne, markeret med gult. I de øvrige positioner er der ikke ændringer.
a) Antal nukleotidforskelle mellem AB564130 og AB564127
b) Antal nukleotidforskelle mellem AB564130 og AM258872
c) Antal nukleotidforskelle mellem AB564127 og AM258872
3. Beregn nu det gennemsnitlige antal nukleotidforskelle for de tre DNA-sekvenser i datafil 1.
4. Den fulde længde på DNA-sekvensen for et pattedyrs cytokrom b-gen er altid 1140 nukleotider. Beregn nu den gennemsnitlige genetiske diversitet for de tre DNA-sekvenser, som datafil 1 indeholder, ved at dividere tallet fra punkt 3 med DNA-sekvensens samlede længde på 1140.
Øvelse 2: Lav parvise sammenligninger og beregn den genetiske diversitet
I denne øvelse skal du beregne genetisk diversitet for tre andre individer af brud. Denne gang skal du selv opstille de mulige parvise sammenligninger.
1. Åben datafil 2, som indeholder DNA-sekvenser for genet cytokrom b fra 3 individer af brud (Mustela nivalis).
2. Find de parvise sammenligninger, man kan lave ud fra de tre DNA-sekvenser, og skriv dem op som i punkt 2 i øvelse 1.
3. Optæl antallet af forskelle mellem DNA-sekvenserne for hver af de parvise sammenligninger. Bemærk: Som en hjælp er de nukleotider, hvor der er ændringer mellem sekvenserne, markeret med gult. I de øvrige positioner er der ikke ændringer.
4. Beregn nu det gennemsnitlige antal nukleotidforskelle for de tre DNA-sekvenser i datafil 2.
5. Den fulde længde på DNA-sekvensen for et pattedyrs cytokrom b-gen er altid 1140 nukleotider. Beregn nu den gennemsnitlige genetiske diversitet for alle de tre brud-individer, som datafil 2 indeholder, ved at dividere tallet fra punkt 3 med DNA-sekvensens samlede længde på 1140.
Hvornår er den genetiske diversitet ”høj nok”?
Hvis du har prøvet at udregne genetisk diversitet, så står du tilbage med en talværdi, fx 0,0013. Er det så et højt eller et lavt tal? Hvornår er den genetiske diversitet høj nok, og hvornår er den for lav? Det er relevante spørgsmål, som dog er svære at svare entydigt på.
Hvis en population af pattedyr har en genetisk diversitet på 0,05, så vil man typisk betegne den som ret høj. Omvendt vil en genetisk diversitet på 0,001 – altså 50 gange lavere – betegnes som ret lav. Men for andre organismegrupper end pattedyr kan det se helt anderledes ud. Fx har de fleste arter af svampe meget højere genetisk diversitet end pattedyr.
Men blot fordi, at en population har en lav genetisk diversitet, betyder det ikke, at populationen er dømt til at klare sig dårligt eller sågar uddø. Det afhænger også af de omstændigheder, som populationen lever under, fx sygdomme, menneskelig aktivitet eller klimaforandringer. På samme måde er en høj genetisk diversitet ikke en garanti for, at en population klarer sig godt.
Som tommelfingerregel kan man sige, at hvis du sammenligner populationer med forskellig genetisk diversitet, så er det som udgangspunkt bedst at have en højere genetisk diversitet. Men der findes ikke en specifik grænse for, hvornår du kan sige, at den genetiske diversitet er ”høj nok”.
I de videnskabelige samlinger på Statens Naturhistoriske Museum i København, hvor dette billede er taget, findes en række eksemplarer af brud. De er indsamlet over mange år, og fra flere lokaliteter. Al information om eksemplarerne er noteret, så forskere kan bruge den viden i dag, når de fx indsamler DNA fra hår- eller vævsprøver. Foto: Emma Emilie Andersen.