EKSAMENSOPPGAVE I BI2016 MOLEKYLÆR ØKOLOGI

Transkript

1 Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for biologi EKSAMENSOPPGAVE I BI2016 MOLEKYLÆR ØKOLOGI Faglig kontakt under eksamen: 1. aman. Hans K. Stenøien Tlf.: Eksamensdato: Eksamenstid: 4 timer Vekttall: 7,5 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator HP30S Språkform: Norsk bokmål Antall sider bokmål: 1 Antall sider nynorsk : Antall sider engelsk: 1 Antall sider vedlegg : 2 Sensurdato: VED SENSUR TELLER OPPGAVENE LIKT Merk! Studentene må primært gjøre seg kjent med sensur ved å oppsøke sensuroppslagene. Evt. telefoner om sensur må rettes til instituttet eller sensurtelefonene. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike telefoner.

2 Oppgave 1. a) Hva er en substitusjonsmodell og hvorfor benytter man slike modeller? Hvordan kan man foreta valg mellom ulike substitusjonsmodeller for et gitt datasett? b) I hvilken grad er ulike seleksjonstester, som for eksempel Tajima s test og Ka/Ks ratio test, avhengig av valg av substitusjonsmodell? c) I hvilken grad er fylogenetisk rekonstruksjon avhengig av valg av substitusjonsmodell? d) Figur 1 viser fylogenetisk slektskap mellom omlag 800 mose- og levermosearter konstruert fra variasjon i rps4 genet. Hvilke slutninger er det mulig å trekke fra dette resultatet? Gi mulige forklaringer på denne observasjonen. Oppgave 2. Ulven var tidligere vanlig på den skandinaviske halvøy, men var regnet som utryddet i Norge før den dukket opp igjen på 1980-tallet. Norske universitetsmuseer har flere eksemplarer av ulveindivider fanget i Norge fra tiden før utryddelse. Figur 2 viser ulvens utbredelse i vår del av verden. I Skandinavia holder det til en ulvebestand på om lag 150 dyr, hvorav vi i Norge har om lag 20 dyr. Ulven er rødlistet og vi trenger detaljert kunnskap om arten for å kunne gjennomføre en hensiktsmessig forvaltning. Det er av spesiell interesse å kartlegge både artens historie i Norge (hvor dagens stamme kommer fra) og generelt hvor levedyktig arten er i Skandinavia. Du får ansvaret for å lede et forskningsprosjekt på ulv i Skandinavia for å få svar på disse spørsmålene. Gjør rede for hvordan du vil legge opp et slikt studium, hvilke hypoteser som skal testes og hvordan du vil teste dem ved hjelp av molekylære markører. Oppgave 3. Figur 3 viser den nordlige utbredelsen av osp (Populus tremula). Osp er på grunn av sin utbredelse, korte generasjonstid og næringsrike bark en av nøkkelartene i norske skoger hva angår biologisk mangfold. Den har såkalt rikbark og utgjør habitat for mange sjeldne lavarter i tillegg til mange moser og insekter. Det er relativt lett å dyrke osp under kunstige miljøforhold, og man håper å få hele genomet sekvensert i løpet av få år. I naturlige bestander av osp har man observert betydelige forskjeller i ulike morfologiske karakterer fra nordlige til sørlige populasjoner i Skandinavia. Du får ansvaret for å teste om denne variasjonen skyldes tilpasninger til varierende miljøforhold langs en nord-sør gradient eller om det skyldes andre faktorer. Gjør rede for hvordan du vil legge opp et slikt studium, hvilke hypoteser som skal testes og hvordan du vil teste dem.

3 Question 1. a) What is a substitution modell and why do we use such models? How is it possible to choose among various substitution models to use on a given data set? b) To what extent are different tests of selection, e.g. Tajimas test and the Ka/Ks ratio test, depending on the choice of substitution model? c) To what extent is phylogenetic reconstruction depending on choice of substitution model? d) Figure 1 shows the phylogenetic relationship between approximately 800 moss and liverwort species based on variability in the rps4 gene. What conclusions can be drawn from this result? Give some explanations for the observed result. Question 2. Wolf was earlier on a common species on the Scandinavian peninsula, but was considered extinct in Norway until it reappeared in the 1980s. Norwegian university museums contain several samples of wolf individuals collected before the species became extinct. Figure 2 shows the distribution of wolves in our part of the world today. In Scandinavia the total wolf population contains approximately 150 individuals, and in Norway we have ca 20 animals. The species is redlisted and we need detailed knowledge about the species in order to develop efficient conservation strategies. It is of particular interest to know more about the history of the species in Norway (where the Norwegian population come from) and how vital this population is. You are responsible for a research project aimed at answering these questions. Explain how you want to conduct such a study, what hypotheses to test and how you want to test them using molecular markers. Question 3. Figure 3 shows the northern distribution of aspen (Populus tremula). Aspen is one of the key species regarding the biodiversity of Norwegian woodlands because of its distribution, short generation time and nutrient rich bark. It has so-called rich bark and constitutes the habitat of many rare lichen species in addition to many mosses and insects. It is relatively easy to cultivate aspen under artificial conditions, and the aim is to sequence the complete genome of this species within a few years. In natural populations of aspen considerable variability in morphological characters has been observed from northernmost to southernmost populations of Scandinavia. You are responsible for testing whether this variability is due to adaptations to varying environmental conditions, or if it is due to other factors. Explain how you want to conduct such a study, what hypotheses to test and how you want to test them.

4 VEDLEGG utgruppe (grønnalge) outgroup (green algae) moser / mosses levermoser / liverworts Fig. 1. Fylogenetisk slektskap mellom moser og levermoser i rps4 genet. Fig. 1. Phylogenetic relationship between mosses and liverworts in the rps4 gene. Fig. 2. Ulvens utbredelse i Europa (NINA temahefte 22). Fig. 2. The distribution of wolves in Europé (NINA temahefte 22).

5 a) b) Fig. 3. a) Morfologi og b) utbredelse av osp (Populus tremula) i Norden (kart: Hultén 1971). Fig. 3. a) Morphology and b) distribution of aspen (Populus tremula) in the Nordic countries (map: Hultén 1971).