Detailansicht
Fate and fortuity
Branching process models for the establishment and fixation of beneficial alleles
Hildegard Uecker
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Betreuer*in
Joachim Hermisson
DOI
10.25365/thesis.29012
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30017.95912.578865-6
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Etablierung vorteilhafter Allele ist elementar für die genetische Anpassung einer Population an veränderte Umweltbedingungen. Ein günstiges Allel liegt anfangs oft nur in geringer Zahl in einer Population vor. Damit Adaptation stattfinden kann, darf es nicht durch stochastische Fluktuationen verlorengehen und muß schließlich fixieren. Die mathematische Theorie der Verzweigungsprozesse bildet einen eleganten Rahmen, um die Etablierungswahrscheinlichkeit und die Geschwindigkeit des anfänglichen Frequenzanstiegs des vorteilhaften Allels in einer großen Population näherungsweise zu bestimmen. In dieser Dissertation wende ich diesen Ansatz an, um Adaptation in ökologisch oder genetisch komplexen Szenarien zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Situationen, in denen die Fitness des Alles zeitabhängig ist. Die analytischen Ergebnisse werden durch Computersimulationen ergänzt.
Das erste Kapitel liefert analytische Approximationen für die Etablierungswahrscheinlichkeit eines einzelnen vorteilhaften Allels in einer veränderlichen Umwelt und die Zeit, die es benötigt, um eine gegebene Frequenz zu erreichen. Es zeigt sich, daß selbst geringfügige zeitliche Änderungen im Selektionsdruck beide Größen beträchtlich beeinflussen können. Im zweiten Kapitel werden die Ergebnisse auf die Frage angewandt, ob eine vom Aussterben bedrohte Population ihren Fortbestand durch genetische Anpassung an die geänderte Umwelt sichern kann (“evolutionary rescue”). Ich zeige, wie verschiedene, teils antagonistische Effekte ineinandergreifen und dadurch zu einer komplexen Abhängigkeit der Überlebenswahrscheinlichkeit der Population von ökologischen Faktoren führen. Das dritte Kapitel befaßt sich mit adaptiver Introgression von Genen (d.h. der Etablierung vorteilhafter Allele einer Art im Genom einer anderen in der Folge von Hybridisierung). Gelinkte und ungelinkte schädliche Allele haben einen starken Einfluß auf den Fixationsprozeß des positiv selektierten Allels. Näherungen für die Etablierungswahrscheinlichkeit des vorteilhaften Allels in der fremden Population und die Wahrscheinlichkeit, daß schädliche Allele mitfixieren, werden hergeleitet.
Abstract
(Englisch)
The establishment of beneficial alleles is fundamental for the genetic adaptation of populations to environmental change. Often, a favorable allele is initially only present in few copies in a population. For adaptive evolution to proceed, it has to escape stochastic loss and finally rise to fixation. The mathematical theory of branching processes provides an elegant framework to estimate the establishment probability and the speed of early growth of a beneficial allele in a large population. In this thesis, I apply this approach to study adaptation in ecologically or genetically complex scenarios. A special emphasis is put on situations where the fitness of the allele is time dependent. The analytical results are complemented by computer simulations.
The first chapter provides concise analytical approximations for the establishment probability of a single beneficial allele in a variable environment and the time that it needs to reach a given frequency. It turns out that even slight changes in the selection pressure over time can strongly alter both quantities. In the second chapter, the results are applied to the biological problem of evolutionary rescue in structured populations. I show how various, partially antagonistic effects intertwine, leading to a complex dependence of the rescue probability on ecological characteristics. The third chapter addresses the topic of adaptive gene introgression. Linked and unlinked deleterious alleles strongly affect the introgression process of a beneficial allele. Approximations for the introgression probability and the hitchhiking probability of closely linked deleterious alleles are derived.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
branching process population genetics evolutionary model adaptation fixation probability extinction risk introgression
Schlagwörter
(Deutsch)
Verzweigungsprozeß Populationsgenetik evolutionäres Modell Adaptation Fixationswahrscheinlichkeit Aussterberisiko Introgression
Autor*innen
Hildegard Uecker
Haupttitel (Englisch)
Fate and fortuity
Hauptuntertitel (Englisch)
Branching process models for the establishment and fixation of beneficial alleles
Paralleltitel (Deutsch)
Verzweigungsprozeßmodelle für die Etablierung und Fixation vorteilhafter Allele
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
209 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Lindi Wahl ,
Nicholas Barton
AC Nummer
AC11639670
Utheses ID
25891
Studienkennzahl
UA | 091 | 405 | |