Side 1 av 11 Norges teknisknaturvitenskapelige universitet Fakultet for naturvitenskap og teknologi Institutt for biologi Faglig kontaktperson under eksamen: 1.aman. Hans K. Stenøien (91897592) EKSAMEN I: BI2016 Molekylær økologi BOKMÅL DATO: 23. mai 2007 Antall timer: 4 Studiepoeng: 7,5 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator HP30S Sensurdato: 13. juni 2007 VED SENSUR TELLER OPPGAVENE LIKT Oppgave 1 a) Forklar begrepet effektiv populasjonsstørrelse. b) Gjør kort rede for ulike metoder som kan benyttes for å estimere effektiv populasjonsstørrelse. c) Hva er konsekvensene av en flaskehals ( bottleneck )? Oppgave 2 a) Gjør kort rede for ulike metoder man kan ta i bruk for å estimere genflyt. b) Hos bartreet Pinus flexilis nedarves kloroplaster både maternalt og paternalt, mens mitokondrier nedarves maternalt. En studie ble foretatt for å se på variasjon i cpdna og mtdna basert på RFLP markører i de to genomene. For populasjoner spredt over et stort område fant man at kloroplast haplotyper er spredt over mye større områder enn mitokondrielle haplotyper. Forklar dette fenomenet. c) Tabell 1 og 2 (Appendix) viser resultater fra studier av genetisk strukturering og genetisk variasjon innen populasjoner for den ettårig planten Arabidopsis thaliana (vårskrinneblom). Resultatene er basert på studier av variasjon i mikrosatelitt-markører hos et antall individuelle planter fra hver populasjon. Tolk resultatene. Oppgave 3 a) Forklar kort hva som ligger i begrepet selektiv nøytralitet. b) I hvilke sammenhenger vil vi benytte nøytrale molekylære markører? c) Figur 1 (Appendix) oppsummerer sammenhengen mellom estimerte Fst og Qst verdier i 29 studerte plante- og dyrearter. Den stiplede linjen viser når de to målene er like store. Fst verdiene er basert på data fra allozymer, RAPDs, og RFLPs. Qst verdier er basert på både morfologiske trekk og livshistorie-trekk. Gi en forklaring på dette mønstret.
Oppgave 4 a) Extinction vortex er et fenomen som beskriver hvordan reduserte populasjonsstørrelser og habitatforandringer innvirker på populasjoners fitness, og hvordan dette kan føre til utryddelse av populasjoner. Forklar hvordan molekylære teknikker kan benyttes for å gi en bedre forståelse av de ulike prosessene involvert i the extinction vortex. b) Tap av genetisk variasjon er ansett for å være én av de største farene for både plante- og dyrepopulasjoner. Bruk av molekylære markører kan være et effektivt redskap for å dokumentere endringer i grad av homozygoti, men kan likevel være av begrenset verdi for å predikere skjebnen til populasjoner og arter. Forklar hvorfor.
APPENDIX TABELL 1. Resultat fra analyser ved hjelp av programvaren Arlequin (NB! over 2 sider). === AMOVA ANALYSIS === --------------------------- Genetic structure to test : --------------------------- No. of Groups = 3 [[Structure]] StructureName = "New Edited Structure" NbGroups = 3 IndividualLevel = 0 DistMatLabel = "" Group={ "Pop6_1_Stange" "Pop1_3A_Hvaler" "Pop2_3B_Hvaler" "Pop3_3C_Hvaler" "Pop4_4_Moss" "Pop5_5_Jessheim" } Group={ "Pop8_6_Skatval" "Pop9_7_Skatval" "Pop7_T_Trondheim" } Group={ "Pop10_M_Meloy" } --------------------------- Distance method: Pairwise differences -------------------------- AMOVA design and results : -------------------------- Reference: Weir, B.S. and Cockerham, C.C. 1984. Excoffier, L., Smouse, P., and Quattro, J. 1992. Weir, B. S., 1996. --------------------- Source of Sum of Variance Percentage variation d.f. squares components of variation --------------------- Among groups 2 161.709 0.19479 Va 6.66 Among populations within groups 7 400.816 2.36965 Vb 81.05 Within populations 242 86.916 0.35916 Vc 12.28 --------------------- Total 251 649.440 2.92359 --------------------- Fixation Indices FSC : 0.86838 FST : 0.87715 FCT : 0.06663 --------------------- ========================
== Comparisons of pairs of population samples ======================== List of labels for population samples used below: Label Population name ----- --------------- 1: Pop6_1_Stange 2: Pop1_3A_Hvaler 3: Pop2_3B_Hvaler 4: Pop3_3C_Hvaler 5: Pop4_4_Moss 6: Pop5_5_Jessheim 7: Pop8_6_Skatval 8: Pop9_7_Skatval 9: Pop10_M_Meloy 10: Pop7_T_Trondheim ------------------------ Population pairwise FSTs ------------------------ Distance method: Pairwise differences 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0.00000 2 0.73795 0.00000 3 0.79168 1.00000 0.00000 4 0.56797 0.74298 0.74042 0.00000 5 0.65217 1.00000 1.00000 0.84478 0.00000 6 0.69861 1.00000 1.00000 0.83385 1.00000 0.00000 7 0.69776 0.90778 0.91309 0.67429 0.92526 0.93117 0.00000 8 0.78696 1.00000 1.00000 0.80886 1.00000 1.00000 0.91989 0.00000 9 0.73122 0.89276 0.91783 0.73569 0.90422 0.92481 0.81432 0.85403 0.00000 10 0.77669 0.96209 0.96567 0.82742 0.96405 0.96628 0.87954 0.96108 0.87949 0.00000 ----------------- Matrix of M values (M=Nm for haploid data, M=2Nm for diploid data) ----------------- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0.00000 2 0.17755 3 0.13157 0.00000 4 0.38033 0.17297 0.17529 5 0.26667 0.00000 0.00000 0.09187 6 0.21571 0.00000 0.00000 0.09963 0.00000 7 0.21658 0.05079 0.04759 0.24152 0.04039 0.03696 8 0.13536 0.00000 0.00000 0.11816 0.00000 0.00000 0.04354 9 0.18379 0.06006 0.04476 0.17964 0.05297 0.04065 0.11401 0.08546 10 0.14376 0.01970 0.01778 0.10429 0.01865 0.01745 0.06848 0.02025 0.06851 0.00000 //////////////////////////////////////////////////////////////////// END OF RUN NUMBER 1 (10/05/07 at 10:14:56)) Total computing time for this run : 0h 0m 0s 341 ms ////////////////////////////////////////////////////////////////////
TABELL 2. Resultater fra analyser ved hjelp av programvaren Arlequin (NB! over 5 sider). ================ == ANALYSES AT THE INTRA-POPULATION LEVEL ================ ================= == Sample : Pop6_1_Stange ================= == Standard diversity indices : (Pop6_1_Stange) No. of gene copies : 34 No. haplotypes : 19 No. of usable loci : 13 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 8 1 20 2 0.10000 0.10000 3 34 2 0.05882 0.05882 4 34 2 0.00000 0.42781 10 34 2 0.05882 0.45098 11 28 2 0.00000 0.42328 13 22 2 0.00000 0.51948 15 34 2 0.05882 0.05882 16 34 3 0.05882 0.46881 17 34 2 0.00000 0.42781 18 20 2 0.00000 0.50526 19 28 3 0.07143 0.20370 20 34 2 0.00000 0.49911 21 34 2 0.00000 0.37077 22 26 2 0.00000 0.36923 24 32 2 0.06250 0.46573 Mean 30.800 1.680 0.01877 0.21398 s.d. 4.454 0.614 0.03101 0.21420 Sum of square freqs. : 0.0606 Gene diversity : 0.9679 +/- 0.0128 ================= == Sample : Pop1_3A_Hvaler ================= == Standard diversity indices : (Pop1_3A_Hvaler) No. of gene copies : 16 No. haplotypes : 3 No. of usable loci : 22 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 0
Mean 15.200 0.960 0.00000 0.00000 s.d. 3.150 0.196 0.00000 0.00000 Sum of square freqs. : 0.5938 Gene diversity : 0.4333 +/- 0.1382 ================= == Sample : Pop2_3B_Hvaler ================= == Standard diversity indices : (Pop2_3B_Hvaler) No. of gene copies : 22 No. haplotypes : 6 No. of usable loci : 14 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 0 Mean 20.800 1.000 0.00000 0.00000 s.d. 1.497 0.000 0.00000 0.00000 Sum of square freqs. : 0.3388 Gene diversity : 0.6926 +/- 0.0992 ================= == Sample : Pop3_3C_Hvaler ================= == Standard diversity indices : (Pop3_3C_Hvaler) No. of gene copies : 14 No. haplotypes : 6 No. of usable loci : 20 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 10 3 14 2 0.00000 0.26374 6 14 2 0.00000 0.43956
7 14 2 0.00000 0.52747 10 14 2 0.00000 0.43956 16 14 2 0.00000 0.43956 17 12 2 0.00000 0.54545 18 14 2 0.00000 0.43956 19 14 2 0.00000 0.26374 20 14 2 0.00000 0.52747 21 14 2 0.00000 0.52747 22 14 2 0.00000 0.43956 25 12 2 0.00000 0.30303 Mean 13.360 1.480 0.00000 0.20625 s.d. 1.670 0.500 0.00000 0.22501 Sum of square freqs. : 0.1837 Gene diversity : 0.8791 +/- 0.0524 ================= == Sample : Pop4_4_Moss ================= == Standard diversity indices : (Pop4_4_Moss) No. of gene copies : 20 No. haplotypes : 2 No. of usable loci : 23 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 0 Mean 18.960 0.960 0.00000 0.00000 s.d. 4.045 0.196 0.00000 0.00000 Sum of square freqs. : 0.5800 Gene diversity : 0.4421 +/- 0.0875 ================= == Sample : Pop5_5_Jessheim ================= == Standard diversity indices : (Pop5_5_Jessheim) No. of gene copies : 26 No. haplotypes : 9 No. of usable loci : 15 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 0
13 18 2 0.00000 0.47059 Mean 23.600 1.000 0.00000 0.01882 s.d. 5.367 0.283 0.00000 0.09222 Sum of square freqs. : 0.1361 Gene diversity : 0.8985 +/- 0.0303 ================= == Sample : Pop8_6_Skatval ================= == Standard diversity indices : (Pop8_6_Skatval) No. of gene copies : 24 No. haplotypes : 8 No. of usable loci : 14 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 1 1 24 2 0.00000 0.50725 10 22 2 0.00000 0.51948 25 22 2 0.00000 0.51948 Mean 21.120 1.040 0.00000 0.06185 s.d. 6.377 0.445 0.00000 0.16750 Sum of square freqs. : 0.1667 Gene diversity : 0.8696 +/- 0.0401 ================= == Sample : Pop9_7_Skatval ================= == Standard diversity indices : (Pop9_7_Skatval) No. of gene copies : 26 No. haplotypes : 5 No. of usable loci : 17 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 0
Mean 24.400 0.960 0.00000 0.00000 s.d. 5.060 0.196 0.00000 0.00000 Sum of square freqs. : 0.5030 Gene diversity : 0.5169 +/- 0.1126 ================= == Sample : Pop10_M_Meloy ================= == Standard diversity indices : (Pop10_M_Meloy) No. of gene copies : 26 No. haplotypes : 5 No. of usable loci : 23 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 8 1 26 2 0.00000 0.36923 3 26 2 0.00000 0.36923 10 26 2 0.07692 0.32308 11 26 2 0.00000 0.36923 13 26 2 0.00000 0.27077 17 26 2 0.00000 0.36923 19 26 2 0.00000 0.36923 25 26 2 0.00000 0.36923 Mean 25.840 1.320 0.00308 0.11237 s.d. 0.543 0.466 0.01507 0.16493 Sum of square freqs. : 0.5118 Gene diversity : 0.5077 +/- 0.1082 ================= == Sample : Pop7_T_Trondheim ================= == Standard diversity indices : (Pop7_T_Trondheim) No. of gene copies : 44 No. haplotypes : 12 No. of usable loci : 15 loci with less than 5.00 % missing data No. of polymorphic loci : 2
11 44 2 0.00000 0.24101 15 44 2 0.00000 0.30444 18 36 2 0.00000 0.28571 19 36 2 0.00000 0.41270 24 36 2 0.00000 0.35556 Mean 41.520 1.200 0.00000 0.06398 s.d. 2.955 0.400 0.00000 0.13066 Sum of square freqs. : 0.1777 Gene diversity : 0.8414 +/- 0.0446 //////////////////////////////////////////////////////////////////// END OF RUN NUMBER 1 (10/05/07 at 10:29:52)) Total computing time for this run : 0h 0m 0s 180 ms ////////////////////////////////////////////////////////////////////
FIGUR 1.