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Das Buch behandelt die genetische Vielfalt von Populationen von Organismen. Es erläutert, wie genetische Vielfalt gemessen wird und wie aus diesen Daten die Mechanismen untersucht werden können, die die Variabilität auf der Genomebene und damit die Mikroevolution einer Population beeinflussen. Ziel dieses Buches ist es, das Wirken der natürlichen Selektion im Genom zu verstehen und vom Einfluss neutraler Evolutionskräfte (wie genetischer Drift, Mutation und Rekombination) unterscheiden zu lernen. Dazu werden die grundlegenden theoretischen Konzepte der Populationsgenetik eingeführt und anhand von zahlreichen Beispielen aus allen Organismengruppen (Menschen, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen) veranschaulicht. Um das Verständnis der theoretischen Ableitungen von Hypothesen und der darauf basierenden Datenanalysen zu überprüfen und weiter zu vertiefen, schließt jedes Kapitel mit Übungsaufgaben und Lösungen ab. (Verlagstext)

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Phänotypische und genetische Variabilität 1 / 1.1 Phänotypische Variabilität 1 / 1.1.1 Diskrete Variabilität 1 / 1.1.2 Quantitative Variabilität 2 / 1.2 Genetische Variabilität 2 / 1.2.1 Gelelektrophorese von Proteinen 3 / 1.2.2 Messung genetischer Variabilität mittels Restriktionsenzymen 5 / 1.2.3 DNA-Sequenzierung 6 / 1.3 Erhaltung der genetischen Variabilität und das Hardy-Weinberg-Gesetz 9 / Literatur 11 / / 2 Genetische Drift und Mutation 13 / 2.1 Genetische Drift 13 / 2.1.1 Wright-Fisher-Modell 13 / 2.1.2 Verlust der genetischen Variabilität einer Population 17 / 2.2 Genetische Drift mit Mutation 19 / 2.2.1 Heterozygotie im Mutations-Drift-Gleichgewicht (infinite alleles-Modell) 19 / 2.2.2 Nukleotiddiversität im Mutations-Drift-Gleichgewicht (infinite sztes-Modell) 20 / 2.3 Der Koaleszenzprozess 20 / 2.3.1 Genealogie einer Stichprobe von n Allelen 21 / 2.3.2 Der Koaleszenzprozess mit Mutation 23 / 2.3.3 Computersimulation des Koaleszenzprozesses 25 / 2.4 Effektive Populationsgröße 26 / Literatur 28 / / 3 Räumlich-zeitliche Populationsstruktur und Populationsgenomik 31 / 3.1 Modelle räumlich strukturierter Populationen 32 / 3.1.1 Kontinent-Insel-Modell 32 / 3.1.2 Symmetrisches Inselmodell 33 / 3.1.3 Isolation by distance und alternative Migrationsmodelle 34 / 3.2 Modelle zeitlich strukturierter Populationen 35 / 3.2.1 Populationsflaschenhals (bottleneck) 35 / 3.2.2 Populationsexpansion und -reduktion 35 / 3.3 Populationsgenomik 36 / 3.3.1 Frequenzspektrum einer Population konstanter Größe 37 / 3.3.2 Frequenzspektren von zeitlich strukturierten Populationen 37 / 3.3.3 Frequenzspektrum des Inselmodells mit zwei Subpopulationen 39 / 3.3.4 Frequenzspektren in räumlich-zeitlich strukturierten Populationen 39 / Literatur 43 / / 4 Molekulare Variation und Evolution 45 / 4.1 Raten von Nukleotidsubstitutionen 45 / 4.1.1 Schätzung der Raten von Nukleotidsubstitutionen 45 / 4.1.2 Raten synonymer und nicht-synonymer Nukleotidsubstitutionen bei Säugetieren und Drosophila 47 / 4.2 Neutralitätstheorien der molekularen Evolution 49 / 4.2.1 Die strikt-neutrale Theorie der molekularen Evolution 49 / 4.2.2 Die fast-neutrale Theorie der molekularen Evolution 51 / 4.3 Tests der strikt-neutralen Theorie der molekularen Evolution 51 / 4.3.1 HKA-Test 51 / 4.3.2 McDonald-Kreitman-Test 54 / Literatur 56 / / 5 Selektion und Adaptation 57 / 5.1 Klassische Selektionstheorie 58 / 5.1.1 Selektion in einer haploiden Population 58 / 5.1.2 Selektion in einer diploiden Population 60 / 5.2 Wie effizient ist die natürliche Selektion? 63 / 5.2.1 Gerichtete Selektion in einer sehr großen Population 63 / 5.2.2 Überlebenswahrscheinlichkeit einer vorteilhaften Mutation in einer sehr großen Population 67 / 5.3 Die genetische Basis der Adaptation 68 / 5.3.1 Fishers geometrisches Modell der Adaptation 68 / 5.3.2 Evidenz für Fishers Modell der Adaptation 70 / Literatur 74 / / 6 Wechselwirkung der natürlichen Selektion mit Mutation, Migration und genetischer Drift 75 / 6.1 Mutation und Selektion 75 / 6.1.1 Mutations-Selektions-Gleichgewicht 76 / 6.1.2 Genetische Bürde 77 / 6.2 Migration und Selektion 78 / 6.2.1 Migration und Selektion in diskreten Subpopulationen 78 / 6.2.2 Migration und Selektion in einem kontinuierlichen Habitat 81 / 6.3 Genetische Drift und Selektion 82 / 6.3.1 Fixierungswahrscheinlichkeit unter der Wirkung von Drift und Selektion 82 / 6.3.2 Relative Stärke von Drift und Selektion: die Bedeutung von Nes 84 / Literatur 85 / / 7 Rekombination und Selektion 87 / 7.1 Das Kopplungsungleichgewicht (LD) 88 / 7.2 Wirkung von Rekombination undgenetischer Drift auf LD 89 / 7.3 Wirkung von Rekombination und Selektionauf LD 92 / Literatur 97 / / 8 Selective sweeps 99 / 8.1 Hitchhiking-Effekt eines vorteilhaften Allels 100 / 8.2 Nachweis der positiv gerichteten Selektion mithilfe von selective sweeps 103 / 8.3 Evidenz für positiv gerichtete Selektion im Genom 107 / 8.3.1 Genomscans 107 / 8.3.2 Funktionelle Untersuchungen zu selective sweeps 109 / 8.4 Soft sweeps 110 / Literatur 112 / / 9 Balancierende Selektion 115 / 9.1 Formen der balancierenden Selektion 115 / 9.1.1 Heterozygoten vorteil 115 / 9.1.2 Negativ frequenzabhängige Selektion 119 / 9.1.3 Räumlich und zeitlich variierende Selektion 124 / 9.2 Einfluss von balancierender Selektion auf neutrale Variation 127 / 9.3 Nachweis von balancierender Selektion im Genom 129 / Literatur 133 / / 10 Background selection 137 / 10.1 Theorie der background selection 137 / 10.2 Vergleich von background selection und selective sweeps 140 / 10.3 Gemeinsame Wirkung von background selection und selective sweeps auf die neutrale Variabilität 142 / Literatur 145 / / 11 Quantitative Merkmale - genetische Basis und Effekt der Selektion 147 / 11.1 Genetische Basis quantitativer Merkmale 148 / 11.2 QTL- Analyse 151 / 11.2.1 Methoden der QTL-Analyse bei D. melanogaster 151 / 11.2.2 Ergebnisse der QTL-Analyse bei D. melanogaster 154 / 11.3 Quantitative Merkmale unter gerichteter Selektion 157 / 11.3.1 Heritabilität 157 / 11.3.2 Ähnlichkeit eines quantitativen Merkmals zwischen Verwandten 158 / 11.3.3 Effekt gerichteter Selektion 161 / Literatur 163 / / 12 Polygene Adaptation 165 / 12.1 Genom weite Assoziationsstudien 165 / 12.2 Theorie der polygenen Adaptation 167 / 12.2.1 Multi-Locus-Modell der gerichteten und stabilisierenden Selektion 168 / 12.2.2 Alleifrequenzen und Varianz im Fitnessoptimum 169 / 12.2.3 Evolution eines quantitativen Merkmals nach einer Umweltänderung 170 / 12.3 Die Suche nach Signaturen polygener Adaptation im Genom 173 / Literatur 176 / / 13 Elementare Mathematik, Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik 177 / 13.1 Elementare Mathematik 177 / 13.1.1 Mathematische Approximationen in der Populationsgenetik 178 / 13.1.2 Rekurrenzgleichungen 178 / 13.1.3 Gewöhnliche Differenzialgleichungen 180 / 13.2 Grundlagen der Wahrscheinlichkeitstheorie 181 / 13.2.1 Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitstheorie 181 / 13.2.2 Zufallsvariablen und ihre Verteilungen 182 / 13.3 Statistische Grundlagen 186 / 13.3.1 x2-Anpassungstest 186 / 13.3.2 x2-Unabhängigkeitstest, G-Test und exakter Test von Fisher 186 / 13.3.3 Maximum-Likelihood-Schätzer und der Likelihood-Ratio-Test 187 / Literatur 188 / / Lösungsvorschläge zu den Übungen 189 / Glossar 201 / Stichwortverzeichnis 209