Lektion 5: Test af simple genetiske hypoteser

Præsentationer af emnet: "Lektion 5: Test af simple genetiske hypoteser"— Præsentationens transcript:

1 Lektion 5: Test af simple genetiske hypoteser
Autosomal recessiv arvegang Autosomal dominant arvegang Kønsbunden recessiv arvegang Kønsbundet dominant arvegang Testparringer, statistisk test Felt data, statistisk test Dette kapitel omhandler formulering af genetisk hypoteser. Desuden forklares de grundlæggende principper der er nødvendige for at forstå genealogien. Formålet er at forklare metoder til at verificere mendelske arvegange. Det drejer sig om følgende arvegange. Autosomal recessiv arvegang, Autosomal dominant arvegang Kønsbunden recessiv arvegang og Kønsbundet dominant arvegang Man kan teste en given genetisk hypotese ved at foretage testparringer og derefter lave en statistisk test på resultaterne i henhold til de mendelske forhold, som hypotesen lægger op til. Det kan ske, at man arbejder med familier i hvilke et sygdomsgen rent tilfældigt ikke bliver synliggjort. På sådanne felt data kan man også lave statistisk test. Det kræver bare nogle lidt andre formler. Men det vender vi alt sammen tilbage til.

2 Genetiske hypoteser Somme tider opstår der nye egenskaber eller sygdomme i en population. I disse tilfælde, vil det være godt, hvis man kan skelne mellem genetiske eller miljømæssige årsager til forandringen. Miljømæssige faktorer kan være: Ernæring, opstaldning eller infektioner. Miljømæssige faktorer kaldes også for exogene, mens genetiske faktorer kaldes for endogene. Hvis der er tale om endogene sygdomme, vil karakteristika nødvendigvis optræde inden for tæt beslægtede individer. Typisk vil de mendelse udspaltningsforhold være på: 1:1, 1:3 eller 1:7 Ved simpel mendelsk nedarvning, er der 4 forskellige nedarvningsformer: Dominant eller recesiv kombineret med autosomal eller kønsbunden nedarvning. Tærskelsygdomme der også har familievis optræden, er sygdomme, hvor dyret er mere eller mindre disponeret for sygdommen. Dette kommer til udtryk, hvis der sker en uheldig kombination af dårlige gener og miljø. Tærskelsygdommene vil blive behandlet mere indgående I lektion 8. En genetisk hypotese er en teori om de genetiske forhold, som ligger til grund for en given sygdom eller egenskab, som kan underkastes statistisk test på udspaltningsdata.

3 Anvendte tegn inden for genalogien
Ved genalogi forstår man, sporing af egenskaber ned gennem en stamtavle. Inden for genaologien anvendes en række symboler, til at beskrtve de enkelte dyr inden for et stamtræ. Hvis et dyr er angivet med en firkant betyder det at dyret er af hankøn, mens en cirkel betyder at dyret er en hun. For normale raske dyr anvendes en tom firkant for hanner og en tom cirkel for hunner. Hvis dyret er nummereret, skrives nummeret inde i dyrets cirkel eller firkant. Et afficeret dyr, har et sort eller farvet symbol. Hvis et dyr er proband, peger en lille pil på dens symbol. En proband er det dyr, som giver anledning til undersøgelser. Såfremt dyret er dødt, er der en skråstreg over symbolet. Hvis dyret er bærer af et sygdomsgen, er halvdelen af dets sybol farvet. Dvs. dyret er carrier. Hvis der er tale om en kønsbunden sygdom, makeres bæreren med en prik inde i cirklen som symboliserer hunnen. En ruder betyder at dyrets køn ikke er kendt. Hvis to dyr parres, forbindes de med en vandret linje. Som alternativ kan der anvendes pilediagrammer.

4 Autosomal recessiv nedarvning indikeres af:
Syge individer er indavlede Syge individer forekommer ikke nødvendigvis i hver generation Afkom af afficerede forældre er selv afficeret Sygdomsfrekvenses er ens hos hanner og hunner Udspaltningen er 1:3 hos afkom efter raske forældre Hvis en egensakb har autosomal recessiv nedarvning, vil dette blive indikeret af: De syge individer er indavlede, da der i indavlede individer sker en ophobing af recesive gener. Syge individer forekommer ikke nødvendigvis i hver generation. Eksempelvis vil de recessive gener ikke komme til udtryk i en generation af heterozygoter. Afkom af afficerede forældre er selv afficeret, Sygdomsfrekvens er ens hos hanner og hunner, da sygdommen ikke er kønsbunden. Udspaltningen er 1:3 hos afkom efter raske forældre

5 Eksempel på Autosomal recessiv nedarvning
Vi tager nu et eksempel, der vil vise autosomal recessiv nedarvinig. Det genealogiske diagram er over en familie hvori der forekommer en ny ukendt lidelse Familien her må betragtes som propositus, også kaldet probant dvs. de individer der gav anledning til hypotesen. De syge individer er indavlede, men der er kun to, det er dog nok til at sandsynliggøre, at der er tale om recessesiv arvegang. Udspaltningen kan minde om 1:3 hos afkom efter raske forældre Egentlig bevis for recessiv nedarvning kræver flere syge individer I de rigtige talforhold I samme familie eller gennemførte testparringer

6 Autosomal dominant nedarvning indikeres af:
Syge individer forekommer i hver generation Afficeret afkom må have mindst en forældre, som er afficeret Normalt afkom fra afficerede forældre, får normalt afkom. Sygdomsfrekvenses er ens hos hanner og hunner Udspaltningnen er 1:1 efter en rask og en afficeret forælder Ved en egenskab, som er autosomal dominant nedarvet, indikeres dette af: Syge individer forekommer i hver generation, da blot et enkelt gen er nok til at fremkalde sygdommen. Afficeret afkom må have mindst en forældre, som er afficeret, da karriers også samtidig er syge. Normalt afkom fra afficerede forældre, får normalt afkom, da de ikke bærer sygdommen. Sygdomsfrekvenses er ens hos hanner og hunner fordi den ikke er kønsbunden. Udspaltningnen er 1:1 efter en rask og en afficeret forældre.

7 Eksempel på autosomal dominant nedarvning
Vi tager nu et eksempel på autosomal dominant nedarvning. Det genealogiske diagram er over en familie, hvori der forekommer en ny ukendt lidelse. Familiens medlemmer kaldes propositus individer. Syge individer forekommer i hver generation, da blot et enkelt gen er nok til at fremkalde sygdommen. Afficeret afkom må have mindst en forælder, som er afficeret. Carriers er jo altid syge. Normalt afkom fra afficerede forældre, får normalt afkom. Udspaltningnen kan minde om 1:1 efter en rask og en afficeret forældre. Egentlig bevis for dominant nedarvning kræver flere syge individer i samme familie eller gennemførte testparringer

8 Kønsbunden recessiv nedarvning indikeres af:
De syge hunner er oftest indavlede De syge individer forekommer ikke nødvendigvis i hver generation Afkom af to afficerede forældre er også afficerede Ved afkom af to normale forældre, kan kun hanligt være afficerede, og udspaltningen er 1:1 Sygdomsfrekvensen hos hanner er højere end hos hunner Hos pattedyr, hvor kønskromosonerne betegnes som XX og XY, finder man kønsbunden recessiv arvegang. Denne nedarvning indikeres af: De syge hunner er oftest indavlede De syge individer forekommer ikke nødvendigvis i hver generation, da en heterozygot ikke bliver syg Afkom af to afficerede forældre er også afficerede Ved afkom af to normale forældre, kan kun hanligt være afficerede, og udspaltningen er 1:1 Sygdomsfrekvensen hos hanner er højere end hos hunner.

9 Eksempel på kønsbunden recessiv nedarvning
Det genealogiske diagram er over en familie hvori der forekommer en ny ukendt lidelse. Familiens medlemmer kaldes propositus individer. De syge hunner er oftest indavlede Ved afkom af to normale forældre er kun hanligt afkom afficerede Ved afkom efter syg hun er der kun syge hanlige individer Egentlig bevis for nedarvningen kræver flere syge individer I samme familie eller gennemførte testparringer

10 Kønsbunden dominant nedarvning indikeres af:
Alt hunligt afkom efter en afficeret far, bliver afficeret Alt hanligt afkom efter en afficeret far, bliver normalt Normalt afkom fra afficerede forældre, får kun normalt afkom Sygdomsfrekvensen hos hanner er lavere end hos hunner Udspaltningen forventes 1:1 hos afkom efter en rask far og afficeret mor Kønsbunden dominant nedarvning indikeres af: Alt hunligt afkom efter en afficeret far bliver afficeret Alt hanligt afkom efter en afficeret far, bliver normalt Normalt afkom fra afficerede forældre, får kun normalt afkom. Sygdomsfrekvensen hos hanner er lavere end hos hunner. Udspaltningen forventes 1:1 hos afkom efter en rask far og afficeret mor.

11 Eksempel på kønsbunden dominant nedarvning
Det genealogiske diagram er over en familie hvori der forekommer en ny ukendt lidelse. Familiens medlemmer kaldes propositus individer. Alt hunligt afkom efter en afficeret far er afficeret Alt hanligt afkom efter en afficeret far, bliver normalt Udspaltningen kan minde om 1:1 hos afkom efter en rask far og en afficeret mor. Egentlig bevis for nedarvningen kræver flere syge individer I samme familie eller gennemførte testparringer

12 Antal normalt afkom der kan frikende mistænkt anlægsbærer
Udelukkelse af at Sandsynlighed Formel være bærere ved test parring af tyr til , ,01 0,001 (x)n mindre end Kendte recessive x=1/2 Kendte anlægsbærere x=3/4 Egne døtre x=7/8 For at verificere om en genetisk hypotese er korrekt, kan man benytte testparringer eller feltdata. I en testparring parres et avlsdyr med dyr som har lidelsen, kendte anlægsbærer eller eget afkom . Hvor mange stykker raske afkom skal dyret have, for det kan frikendes som anlægsbærer i de tre tilfælde, der er vist i tabellen. I tabellen er x sandsynligheden for, at der fødes et normalt afkom selv om testdyret er anlægsbærer. De to første tilfælde er ret velkendte. Den teoretiske udspaltning ved parring til egne døtre af en anlægsbærer er vist, chancen for normalt afkom er 7/8. Vi tager lige et eksempel for at få tingene på plads.Der skal fødes mindst 23 normale kalve for at frikende en tyr på 5% niveauet og 35 kalve for at frikende den på 1 % niveauet. Så selv ved 35 fødte normale kalve er der stadig 1% chance for at tyren er anlægsbærere.

13 Testparringer til verificering af recessiv arvegang
Udspaltning ved testparring Aa  Aa, dominant nedarvning Genotype AA+ Aa aa Total Antal, obs = 120 = N Frekvens, exp 3/ /4 = 1,00 Antal, exp = 120 Afvigelse  , ,70 = 3,70 DF = 1 Her er vist et eksempel på statistisk test af en testparring. I forbindelse med en sammenparring af kendte anlægsbærer, Aa. Der er fundet 81 normale og 39 afficerede stk. afkom. Den forventede udspaltning ve recessiv nedarvning er 3/4 og 1/4, der multiplikeret med total antallet giver et forventet antal på 90 normale og 30 afficerede Chi-I-anden værdien bliver 3,70 og der er 1 frihedsgrad. Grunden til at df = 2-1er, at materialet kun leverer parametren N til beregning af forventet antal. Chi-i-anden værdien er lige under H0 testværdien 3,84, så der er ikke signifikant afvigelse fra en 3:1 udspaltning på 5% niveauet. Resultaterne må derfor anses for at være i overensstemmelse med en 3:1 udspaltning.

14 Teoretisk udspaltning af recessive i familier med to afkom
Feltdata og statistikstisk hypotese testing Ved arbejde med feltdata for at studere nye sygdomme, arbejdes der naturligvis med familier, hvor sygdommen forekommer. Når feltdata studeres for mendelsk arvegang, er det vigtigt at inddrage alle familier, så der kommer et korrekt billede af arvegangen. På grund af tilfældigheder er det jo ikke alle familier, hvor der forekommer udspaltning. Det er især et problem, når der kun er få afkom. Her ses den teoretiske udpaltning af recessiv arvegang hos 16 familier. De 16 forældrepar er alle heterozygoter, og dermed bærere af sygdommen. Hvert forældrepar får to afkom. I 9 af de 16 (3/4)2 = 9/16 familier vil der ikke blive født afficeret afkom. I 2(1/4)(3/4) = 6/16 vil der være et sygt afkom, og i (1/4)2 = 1/16 vil begge afkom være afficeret. For at kunne se, at der er tale om mendelsk arvegang, skal analysen gennemføres som om alle 16 familier medtages i analysen.

15 Formler for beregning af korrigeret udspaltning ved feltdata
Her ses formlen for udregning af det korrigerede udspaltningsforhold A er antal afficerede afkom. A1 og A2 er antal familier med henholdsvis 1 og to stk. afficerede afkom. T er total antal afkom, Z2 er Chi i anden fordelt med 1 frihedsgrad. p-hat er beregnet korrigeret proportion af tilfælde i populatioen. Den beregnes som antal afficerede minus antal familier med 1 afficeret divideret med Total antal også minus antal familier med 1 afficeret. Anvendes tallene fra det teoretiske eksempel får man fra de 7 familier med udspaltning (vist med blå farve) p-hat er lig med 8 syge minus 6 familier med 1 syg divideret med 14 individer minus 6 familier med 1 syg, hvilket giver 0,25, der er lig med den teoretiske forventning Var(p-hat) er variansen for p-hat Z er Chi i anden fordelt med 1 frihedsgrad. Det er en sammenligning af den forventede og beregnede udspaltningsratio, der I dette tilfælde begg er 0. Værdien for Z er beregnet til 0, så der er ikke statistisk signifikant afvigelse fra en 3:1 udspaltning. T (14) er total antal afkom, A (8) er antal afficerede afkom. A1 (6) og A2 (1) er antal familier med henholdsvis 1 og to stk. afficerede afkom

16 Korrigeret udspaltning ved felt data Udspaltning af tyrosinæmi hos mink
Nu vil vi så til at anvende formlerne. Vi bruger data, der stammer fra en genetisk analyse af tyrosinæmi hos mink. I ovenstående familier fandtes ved optælling i 16 familier alle med mindst 1 syg. total antal hvalpe, T = 94 antal afficerede, A = 32 antal familier med 1 syg, A1 = 4 antal familier med 2 syge, A2 = 9 familier, hvor der er 3 eller flere syge anvendes ikke seperat i beregningerne. p-hat er beregnet til 0,311 hvor det forventede skulle være 0,25 ved recessiv autosomal nedarvning Z er Chi i anden fordelt med 1 frihedsgrad. Værdien er beregnet til 1,10, så der er ikke statistisk signifikant afvigelse fra en 3:1 udspaltning. Så de foreliggende data understøtter theori om Mendelsk recessiv udspaltning. T (94) er total antal afkom; A (32) er antal afficerede afkom,A1 (4) og A2 (9).er antal familier med henholdsvis 1 og to stk. afficerede afkom.