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

Введення в популяційної і медичну генетику

Аа - 2pq = 0,02. Отже, в гетерозиготному стані знаходиться приблизно в 100 разів більше рецесивних алелів, ніж у гомозиготному.

Для генів, зчеплених зі статтю, рівноважні частоти генотипів у?
(Тобто у гомогаметний статі) збігаються з рівноважними частотами аутосомних генів (p2 - AA, 2pq - Aa, q2 - aa). Частоти гамет гемізіготних? (Тобто гетерогаметного статі) збігаються з частотами алелей: p - А, q - а. З цього випливає, що фенотипи, що визначаються рецесивними генами, у? зустрічаються частіше, ніж у?. Цим пояснюється те, що спадкових захворювань, що викликаються рецесивними, зчепленими з підлогою генами, більше піддаються?.

Генетичне уявлення про мінливість

Закон Харді-Вайнберга говорить, що за відсутності збурюючих процесів частоти генотипів не змінюються. Проте процеси, що змінюють частоти генів, постійно відбуваються в популяції, і без них не було б еволюції.

Розглянемо процес мутірованія. Мутації - спонтанні зміни, що відбуваються в ДНК. Вони бувають точкові, або генні (самі локалізовані мутації, відбуваються в самому гені), хромосомні (які змінюють структуру хромосом, наприклад, делеції, транслокації) і геномні (змінюють число хромосом). Мутації вносять в популяцію нові аллели. Це надзвичайно повільний процес, тому що самі по собі вони змінюють генетичну структуру популяції з дуже низькою швидкістю. Якби мутації були єдиним процесом, що обумовлює еволюційні зміни в популяціях, то еволюція протікала б дуже повільно.

Спрямованість мутацій у природі випадкова і непередбачувана. Яким чином вони з'являються в популяціях і як поширюються? Розглянемо приклад.

У популяції, що цілком складається з особин з генотипом АА, виникає мутація і з'являється одна гетерозигота Аа. Припустимо, що а еволюційно нейтральна (не схильна до дії природного відбору). Гетерозигота АА схрещується з гомозиготой аа:

Аа x АА нащадки (у відношенні) АА: Аа
(1/2: 1/2), тобто ген а може залишитися в популяції або зникнути з імовірністю 1/2.
Якщо він залишиться і знову станеться схрещування, то в другому поколінні нова аллель зникне з популяції або подвоїться з імовірністю 1/4 і т.д.
Імовірність збереження / видалення з популяції мутації залежить від числа нащадків і знаходиться як (1/2) k, де k - число нащадків, k = 0, 1, 2, ...

Ісспользуя рівняння розподілу Пуассона, можемо розрахувати відсоток ймовірності збереження і втрати нейтральній мутації. Для першого покоління ймовірність збереження мутації (у%) дорівнює 63, втрати-37, для другого відповідно 47 і 53, для третього - 63 і 37 і т.д. Гранична ймовірність зникнення мутації дорівнює 100%; в 127 поколінні ймовірність зникнення мутації дорівнює 98, 47% (майже 100%), отже, мутація зникне з популяції приблизно через 130 поколінь. Втрата мутацій - необоротний процес.

Розглянемо тепер повторні мутації. Швидкість (або частота) виникнення мутацій є ставленням числа мутованих алелів до загального числа алелей в популяції. Вона залежить від типу аллеля, а також від внутрішніх і зовнішніх умов, змінюється під дією різних факторів, наприклад, радіації, високих температур і т.п. При природних умовах швидкість виникнення мутацій коливається від 10 (-4)-10 (-7).

Нехай в популяції нормальна аллель А з частотою в початковий момент часу рівний p0, а мутантний аллель - а (q0). Швидкість мутації з А в а -
U. Загальна формула частот алеля А буде pn = p0 (1-U) n, а алелі а - qn = 1
- p0 (1 - U) n. Зміна частоти мутацій за покоління:? Q = Upn, тобто чим більше р, тим з більшою частотою аллель А переходить в аллель а.

Мутації можуть відбуватися і в зворотному напрямку, за рахунок чого відбувається компенсація і збереження генетичного різноманіття. Якщо А мутує в а зі швидкістю U, а а назад мутує в А зі швидкістю V, тоді рівноважні частоти алелів дорівнюватимуть p * = V / (U + V), q * = U / (U + V).

Відзначимо дві обставини. По-перше, частота алелів зазвичай не знаходиться в стані, що відповідає рівновазі між прямими і зворотними мутаціями, тому на них впливають і інші процеси (наприклад, природний добір). По-друге, за наявності прямих і зворотних мутацій зміни частот алелей відбуваються медленее, ніж у тому випадку, коли мутації йдуть тільки в одному напрямку, поскільки зворотні мутації частково компенсують зміна частоти алелів в результаті прямих мутацій. Це ще раз доводить, що для того, що б мутації самі по собі призвели до скільки-небудь значної зміни частот алелей, потрібно багато часу.

Природний відбір

До ідеї природного відбору як основного процесу еволюції прийшли незалежно один від одного Чарльз Дарвін і Альфред Рассел Уоллес. У 1858 році на засіданні Ліннєєвського в Лондоні були представлені повідомлення про їх відкриття. Докази того, що еволюція відбувається саме шляхом природного відбору, були представлені Дарвіном з приведенням безлічі прикладів в його роботі "Походження видів", опублікованій в 1859 році.

Основою теорії природного відбору є факт, що деякі генотипи в популяції мають переваги перед іншими, як у виживанні, так і при репродукції. Те, що генотипи в даних умовах мають можливість вижити і залишити плідне потомство, називається генетичної пристосованістю. Вона зумовлює спрямоване збереження генотипу.

Природний добір сприяє (і протидіє) збереженню генотипу тільки за посередництвом фенотипу. У зв'язку з цим виділено два результату дії відбору: позитивний відбір (збереження "корисних" генотипів) і негативний відбір (еллімінація "шкідливих" генотипів). Таким чином, природний відбір - це спрямований процес, рушійна сила еволюції.

В якості кількісної міри відбору використовується відносна пристосованість (звана також селективним, або адаптивним значенням).
Пристосованість є мірою ефективності розмноження даного генотипу, мірою вкладу його в наступне покоління.

Особливості існування організму на різних щаблях життєвого циклу можуть впливати на його репродуктивний успіх, визначальний напрям природного добору і, отже, на пристосованості генотипів. Ці особливості позначаються на виживаності, швидкості розвитку, успішності спарювання, плодючості і т.п., тобто на величинах, званих компонентами пристосованості. Найважливішими компонентами є виживаність і плодючість. Інші компоненти можуть розглядатися самостійно або включатися в дві основні.

Математичні моделі природного відбору були описані Райтом і
Фішером. Найпростіша модель - популяція з однією парою алелів, пристосованість до якої не залежить від інших локусів.

Нехай АА, Аа, аа - генотипи популяції, їх відносні пристосованості відповідно W11, W12, W22. Частоти генів рівні p і q.

Таблиця 2 *
| Генотип | АА | Аа | аа | Сума |
| Частота гена до | p2 | 2pq | q2 | 1 |
| відбору, f | | | | |
| Відносна | W11 | W12 | W22 | |
| пристосованість | | | | |
|, W | | | | |
| Частота гена | W11 p2 | 2W12pq | W22 q2 | T |
| після відбору, fW | | | | |
| Нова частота | p12 | 2p1q1 | q12 | 1 |
| генотипу | | | | |

* - Т - сума частот генів після відбору, p1, q1 - нові частоти генів, p1 = (p2W11 + pqW12) / T, q1 = (q2W22 + pqW12) / T.

Розглянемо моделі дії природного відбору.

1. Повна еллімінація рецесивних гомозигот (летальних).

Генетична пристосованість рецесивних гомозигот дорівнює нулю, тому вони летальні (або не доживають до репродуктивного віку, або не залишають потомства). Прикладом служить хвороба фенілкетонурія.

Таблиця 3 *
| Генотип | АА | Аа | аа | Сума |
| Частота гена до | p2 | 2pq | q2 | 1 |
| відбору, f | | | | |
| Відносна | 1 | 1 | 0 | |
| пристосованість | | | | |
|, W | | | | |
| Частота гена | p2 | 2pq | 0 | T = p2 +2 pq |
| після відбору, fW | | | | |
| Частота після | 1 / (1 + q) 2 | 2q / (1 + q) 2 | q2 / (1 + q) 2 | |
| відбору, до | | | | |
| випадкового | | | | |
| схрещування | | | | |
| Нова частота | p12 | 2p1q1 | q12 | 1 |
| генотипу | | | | |
| Нормалізовані | p2 / (p2 +2 pq) | 2pq / (p2 +2 pq) | 0 | |
| частоти | | | | |

* - частоти алелів після відбору: p1 = 1 / (1 + q); q1 = q2 / (1 + q).

Кількість змін алелів за одне покоління буде:? Q =-q2 / (1 + q).
? Q пропорційна q2 (частоті рецесивних гомозигот), тобто чим більше частота, тим більше кількість змін. ? Q завжди негативна величина
(або рівна нулю), значить значення q зменшується внаслідок відбору.
Іноді відбувається не повна еллімінація, а частковий відбір, тобто не всі особини доживають до репродуктивного віку і залишають життєздатне потомство.

Введемо поняття коефіцієнт відбору S, W = 1 - S. S пропорційна зниження відтворення генотипу в порівнянні з нейтральним, пристосованість якого умовно приймається за одиницю. Для нейтральних ознак S = 1, для нейтральних - S = 0.

Таблиця 4 *
| Генотип | АА | Аа | аа | Сума |
| Частота гена до | p2 | 2pq | q2 | 1 |
| відбору, f | | | | |
| Відносна | 1 | 1 | 1-S | |
| пристосованість | | | | |
|, W | | | | |
| Частота гена | p2 | 2pq | q2 (1-S) | T = 1-Sq2 |
| після відбору, fW | | | | |
| Нормалізовані | p2 / (1-Sq2) | 2pq / (1-Sq2) | q2 (1-S) / (1-Sq | |
| частоти | | | 2) | |
| Частота після | p12 | 2p1q1 | q12 |

Сторінки: 1 2 3 4

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар