Реферати » Реферати з біології » Введення в популяційної і медичну генетику

Введення в популяційної і медичну генетику

Московський Державний Університет імені М. В. Ломоносова біологічний факультет кафедра антропології

Реферат:

Введення в популяційної і

медичну генетику

Москва , 2001


Введення

Популяційна генетика - наука про генетичних основах популяції. Це теоретична область генетики, що вивчає спадкову наступність у популяціях, що займається генетичним описом і математичним дослідженням самих популяцій, і сил, на них діючих.

Спадкові зміни, що відбуваються в низці поколінь, лежать в основі процесу еволюції, тому популяционную генетику можна розглядати як основу синтетичної теорії еволюції, тобто об'єднання дарвінівської ідеї природного відбору і нової теорії Менделя.
Математична основа популяційної генетики була доведена Рональдом А.
Фішером (Fisher, 1930) у його фундаментальної теорії природного відбору.

Велика панміксная популяція

Популяція - це спільнота особин одного виду, які мають загальним ареалом протягом тривалого часу, розташоване окремо від інших спільнот і вільно схрещуються між собою. Родинними узами пов'язані члени будь-якої популяції, проте в організмів, що розмножуються безстатевим шляхом, відсутні зв'язки, що виникають в результаті перехресного запліднення.
Спільнота особин, що розмножуються статевим шляхом називається менделевской популяцією.

Причиною того, що окремо взятий генотип не може служити адекватною еденицей процесу еволюції, є те, що його генотип залишається незмінним протягом усього його життя, а час життя організму обмежена. З іншого боку, популяція являє собою безперервний ряд поколінь, а генетична структура популяції може змінюватися, тобто еволюціонувати, від покоління до покоління. Безперервність існування популяції забезпечується механізмом біологічної спадковості.

При вивченні процесу еволюції важливе значення має уявлення про генофонд. Генофондом називається сукупність генотипів всіх особин популяції. Для диплоїдних організмів генофонд популяції, налічує N особин, що складаються їх 2N гаплоїдний генотипів. Таким чином, генофонд популяції з N особин включає в себе N пар гомологічних хромосом і 2N алелей кожного локусу (4N, тому що у диплоидного організму 2 локусу).
Виняток становлять статеві хромосоми і зчеплені з підлогою гени, представлені в кожному гетерогаметних організмі в одному екземплярі.

Безпосередньо ми спостерігаємо лише фенотип, а не генотипи або гени.
Мінливість генофонду може бути описана або частотами генів, або частотами генотипів. Якщо ми знаємо співвідношення між генотипами і відповідними їм фенотипами, то по частотах спостережуваних фенотипів ми можемо розрахувати частоти відповідних генотипів.

Частоти алелів можна розрахувати по частотах генотипів, враховуючи, що в гомозиготу міститься по два однакових алелі, а в гетерозиготах - по одному аллели кожного типу. Таким чином, що б отримати частоту алелів кожного типу, потрібно до частоти індивідуумів, гомозиготних за даним аллели, додати половину частоти гетерозигот з цього алелей. Якщо частоти генотипів представити як: гомозиготних (АА) - D, (аа) - R, гетерозиготного
(Аа) - H, то частоти алелей вважаються як: p = D + 1/2 H q = R + 1/2 H

Одна з причин, по яких генетичну мінливість популяцій часто краще описувати, використовуючи частоти алелів, а не генотипів, полягає в тому, що різних алелей зазвичай буває набагато менше, ніж генотипів. При двох аллелях число можливих генотипів дорівнює трьом, при трьох аллелях - шести, при чотирьох - десяти. У загальному випадку, якщо число різних алелей одного локусу одно k, то число можливих генотипів одно k (k +
1) / 2.

У 40-ті - 50-ті роки існувало дві конкуруючих Гіпотіза про генетичну структуру природних популяцій. Відповідно до класичної моделі, генетична мінливість популяції дуже мала, а відповідно до балансової - дуже велика.

За класичною Гіпотіза переважна більшість локусів містить аллели так званого "дикого типу" з частотою, близькою до одиниці.
Типова особина гомозиготна по аллелю "дикого типу" або гетерозиготна за мутантного аллели і аллели "дикого типу". Нормальний ("ідеальний") генотип гомозіготен по аллелям "дикого типу". Відповідно до балансової теорії, не існує якогось одного алелі "дикого типу", а присутній цілий ряд алелей з різними частотами, отже, популяцію складають особини, гетерозиготні за цими аллелям. Нормальний генотип відсутній.

Біологічна еволюція - це процес накопичення змін в організмі і збільшення їх різноманітності в часі. У своїй основі еволюційні зміни мають генетичний аспект, тобто відбувається зміна спадкового речовини, яка, при взаємодії з середовищем, визначає всі ознаки організму. На генетичному рівні еволюція являє собою накопичення змін в генетичній структурі популяцій.

Еволюцію можна розглядати як двуступенчатий процес. З одного боку. виникають мутації і рекомбінації - процеси, що обумовлюють генетичну мінливість; з іншого боку, спостерігається дрейф генів і природний добір - процеси, з яких генетичні зміни передаються з покоління в покоління.

Еволюція можлива тільки в тому випадку, якщо існує спадкова мінливість. Єдиним постачальником нових генетичних варіантів служить мутаційний процес. Крім мутацій до процесів, що змінює частоти алелей в популяції, відносять природний відбір, потік генів (тобто міграція їх) між популяціями і випадковий дрейф генів. Частоти генотипів (але не алелей!) Можуть змінюватися також в результаті ассортотівного, тобто невипадкового, формування шлюбних пар.

Отже, для опису генетичної структури популяцій треба знати число алелей і генотипів. Нехай генотипи розрізняються фенотипічно: АА, Аа, аа; їх частоти рівні відповідно: D, H, R. Нехай p - частота алелі А, q - частота алелі а. У популяції, що містить диплоїдних особин, частоти алелів будуть рівні: p = D + 1/2 H q = R + 1/2 H

Спадковість сама по собі не змінює частот генів. Цей принцип відомий під назвою закону Харді-Вайнберга, фундаментального закону популяційної генетики.

Основне затвердження закону полягає в тому, що у відсутності елементарних еволюційних процесів, а саме мутацій, міграцій, відбору і дрейфу генів, частоти генів залишаються незмінними з покоління в покоління.
Цей закон стверджує також, що якщо схрещування випадково, то частоти генотипів пов'язані з частотами генів простими (квадратичних) співвідношеннями.
Випадкове схрещування відбувається тоді, коли ймовірність формування шлюбної пари між особинами не залежить від їх генетичної конституції. Коли на вибір шлюбного партнера впливає генотип, говорять про ассортативность схрещуванні. Із закону Харді-Вайнберга випливає наступний висновок: якщо частоти алелів у? і? початково однакові, то при випадковому схрещуванні рівноважні частоти генотипів в будь-якому локусі досягається за одне покоління.

Закон Харді-Вайнберга сформулювали в 1908 році незалежно один від одного математик Т. Харді (Англія) і лікар В.Вайнберг (Німеччина). Він говорить, що процес спадкової наступності не впливає на число частот алелей і (при випадковому схрещуванні) генотипів за певним локусу.
При випадковому схрещуванні равновестние частоти генотипів у цій локусу досягаються за одне покоління, якщо вихідні частоти алелів однакові у обох статей.

Рівноважні частоти генотипів задаються твором частот відповідних алелів. Якщо є два алелі, А і а, з частотами p і q, то частоти трьох можливих генотипів виражаються рівнянням

(p + q) 2 = p2 + 2pq + q2 = p2 + 2pq + q2, де p2 = AA = D, 2pq = Aa
= H, q2 = aa = R.

З урахуванням того, що сума всіх частот алелів, як і сума всіх частот генотипів, завжди дорівнює одиниці, то (p + q) 2 = 1. Розглянемо різні типи шлюбів і їх сталості в двуаллельной популяції.

Таблиця 1
| тип шлюбу | частота | потомство |
| | | АА | Аа | аа |
| АА x АА | D2 | D2 | | |
| АА x Аа | 2DH | DH | DH | |
| АА x аа | 2DR | | 2DR | |
| Аа x Аа | H2 | 1/4H2 | 1/2H2 | 1/4H2 |
| Аа x аа | 2RH | | RH | RH |
| аа x аа | R2 | | | R2 |
| | D + H + R | (D +1 / 2H) 2 | 2 (D +1 / 2H) (R +1 / | (R +1 / 2H) 2 |
| | | | 2H) | |
| сума | 1 | p2 | 2pq | q2 |

Отримуємо, що у великій панміксной популяції не залежно від вихідних генетичних структур в першому ж поколінні після випадкового схрещування досягаються равновестние частоти генотипів.

Якщо у? і? генотипи різні, а чисельність підлог однакова, то для досягнення рівноваги буде потрібно два покоління
|? | | | |? |
| AA | | x | | aa |
| Аа | | x | | Аа |
| 1/2A | | Aa | | 1/2 |
| A | | | | aa |
| 1/4 |: | 1 / |: | 1/4 |
| | | 2 | | |
| 1 |: | 2 |: | 1 |

Одне з можливих застосувань закону Харді-Вайнберга полягає в тому, що він дозволяє розрахувати деякі з частот генів і генотипів у разі, коли не всі генотипи можуть бути ідентифіковані вследствии домінантності і гетерозиготності деяких алелей. Із закону Харді-
Вайнберга можна вивести цікаве слідство: різні аллели є у популяції головним чином гетерозиготному, а не в гомозиготному стані.
Розглянемо приклад. Альбінізм людини обумовлений досить рідкісним рецесивним геном. Якщо аллель нормальної пігментації позначити як А, а аллель альбінізму - а, то генотип альбіносів буде аа, генотип нормально пігментованих людей - АА і Аа. Припустимо, що частота генотипів альбіносів (частота рецессивной гомозиготи) дорівнює 0,0001, тобто q2 = 0,0001, тоді. q = 0,01, відповідно р = 1 - 0,01 = 0,99; частота генотипу АА дорівнюватиме 0,9801, а генотипу

Сторінки: 1 2 3 4

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар