Реферат: Введение в популяционную и медицинскую генетику

МосковскийГосударственный Университет имени М. В. Ломоносова

биологический факультет

кафедра антропологии

Реферат:

Введение в популяционную имедицинскую генетикуМосква, 2001<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Введение

<span Times New Roman",«serif»">Популяционная генетика – наука огенетических основах популяции. Это теоретическая область генетики, изучающаянаследственную преемственность в популяциях, занимающаяся генетическимописанием и математическим исследованием самих популяций, и сил, на нихдействующих.

<span Times New Roman",«serif»">Наследственные изменения,происходящие в ряду поколений, лежат в основе процесса эволюции, поэтомупопуляционную генетику можно рассматривать как основу синтетической теорииэволюции, т.е. объединения дарвиновской идеи естественного отбора икорпускулярной теории Менделя. Математическая основа популяционной генетикибыла доказана Рональдом А. Фишером (Fisher,1930) в его фундаментальной теории естественного отбора.

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Большаяпанмиксная популяция

<span Times New Roman",«serif»">Популяция — это сообщество особейодного вида, обладающих общим ареалом в течении длительного времени,расположенное отдельно от других сообществ и свободно скрещивающиеся междусобой. Родственными узами связаны члены любой популяции, однако у организмов,размножающихся бесполым путем, отсутствуют связи, возникающие в результатеперекрестного оплодотворения. Сообщество особей, размножающихся половым путемназывается менделевской популяцией.

<span Times New Roman",«serif»">Причиной того, что отдельновзятый генотип не может служить адекватной еденицей процесса эволюции, являетсято, что его генотип остается неизменным на протяжении всей его жизни, а времяжизни организма ограничено. С другой стороны, популяция представляет собойнепрерывный ряд поколений, а генетическая структура популяции может изменяться,т.е. эволюционировать, от поколения к поколению. Непрерывность существованияпопуляции обеспечивается механизмом биологической наследственности.

<span Times New Roman",«serif»">При изучении процесса эволюцииважное значение имеет представление о генофонде. Генофондом называетсясовокупность генотипов всех особей популяции. Для диплоидных организмов генофондпопуляции, насчитывает N особей, состоящих их 2N гаплоидных генотипов. Такимобразом, генофонд популяции из N особей включает в себя N пар гомологичныххромосом и 2N аллелей каждого локуса (4N, т.к. у диплоидного организма 2локуса). Исключение составляют половые хромосомы и сцепленные с полом гены,представленные в каждом гетерогаметном организме в одном экземпляре.

<span Times New Roman",«serif»">Непосредственно мы наблюдаем лишьфенотипы, а не генотипы или гены. Изменчивость генофонда может быть описаналибо частотами генов, либо частотами генотипов. Если мы знаем соотношение междугенотипами и соответствующими им фенотипами, то по частотам наблюдаемыхфенотипов мы можем рассчитать частоты соответствующих генотипов.

<span Times New Roman",«serif»">Частоты аллелей можно рассчитатьпо частотам генотипов, учитывая, что в гомозиготах содержится по два одинаковыхаллеля, а в гетерозиготах – по одному аллелю каждого типа. Таким образом, чтобы получить частоту аллелей каждого типа, нужно к частоте индивидуумов,гомозиготных по данному аллелю, прибавить половину частоты гетерозигот по этомуаллелю. Если частоты генотипов представить как: гомозиготных (АА) –

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">D<span Times New Roman",«serif»">, (аа) – <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">R<span Times New Roman",«serif»">,гетерозиготного (Аа) – <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">, то частоты аллелей считаютсякак:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> = D + 1/2 H

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> = R + 1/2 H

<span Times New Roman",«serif»">Одна из причин, по которымгенетическую изменчивость популяций часто предпочтительнее описывать, используячастоты аллелей, а не генотипов, состоит в том, что различных аллелей обычнобывает гораздо меньше, чем генотипов. При двух аллелях число возможныхгенотипов равно трем, при трех аллелях – шести, при четырех – десяти. В общемслучае, если число различных аллелей одного локуса равно

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">k<span Times New Roman",«serif»">, то число возможных генотиповравно <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">k<span Times New Roman",«serif»">(<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">k<span Times New Roman",«serif»"> + 1)/2.

<span Times New Roman",«serif»">В 40-е – 50-е годы существовалодве конкурирующих гипотизы о генетической структуре природных популяций.Согласно классической модели, генетическая изменчивость популяции очень мала, асогласно балансовой – очень велика.

<span Times New Roman",«serif»">По классической гипотизеподавляющее большинство локусов содержит аллели так называемого «дикоготипа» с частотой, близкой к единицы. Типичная особь гомозиготна по аллелю«дикого типа» или гетерозиготна по мутантному аллелю и аллелю«дикого типа». Нормальный («идеальный») генотип гомозиготенпо аллелям «дикого типа». Согласно балансовой теории, не существуеткакого-то одного аллеля «дикого типа», а присутствует целый рядаллелей с различными частотами, следовательно, популяцию составляют особи,гетерозиготные по этим аллелям. Нормальный генотип отсутствует.

<span Times New Roman",«serif»">Биологическая эволюция – этопроцесс накопления изменений в организме и увеличения их разнообразия вовремени. В своей основе эволюционные изменения имеют генетический аспект, т.е.происходит изменение наследственного вещества, которое, при взаимодействии сосредой, определяет все признаки организма. На генетическом уровне эволюцияпредставляет собой накопление изменений в генетической структуре популяций.

<span Times New Roman",«serif»">Эволюцию можно рассматривать какдвуступенчатый процесс. С одной стороны. возникают мутации и рекомбинации –процессы, обуславливающие генетическую изменчивость; с другой стороны,наблюдается дрейф генов и естественный отбор – процессы, посредством которыхгенетические изменения передаются из поколения в поколение.

<span Times New Roman",«serif»">Эволюция возможна только в томслучае, если существует наследственная изменчивость. Единственным поставщикомновых генетических вариантов служит мутационный процесс. Помимо мутаций кпроцессам, изменяющим частоты аллелей в популяции, относят естественный отбор,поток генов (т.е. миграция их) между популяциями и случайный дрейф генов.Частоты генотипов (но не аллелей!) могут изменяться также в результате ассортотивного,т.е. неслучайного, формирования брачных пар.

<span Times New Roman",«serif»">Итак, для описания генетическойструктуры популяций надо знать число аллелей и генотипов. Пусть генотипыразличаются фенотипически: АА, Аа, аа;их частоты равны соответственно:

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">D<span Times New Roman",«serif»">, <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">, <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">R<span Times New Roman",«serif»">. Пусть <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»"> – частота аллеля А, <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»"> – частота аллеля а. В популяции,содержащей диплоидных особей, частоты аллелей будут равны:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> = D + 1/2 H

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> = R + 1/2 H

<span Times New Roman",«serif»">Наследственность сама по себе неизменяет частот генов. Этот принцип известен под названием законаХарди-Вайнберга, фундаментального закона популяционной генетики.

<span Times New Roman",«serif»">Основное утверждение законасостоит в том, что в отсутствии элементарных эволюционных процессов, а именномутаций, миграций, отбора и дрейфа генов, частоты генов остаются неизменными изпоколения в поколение. Этот закон утверждает также, что если скрещиваниеслучайно, то частоты генотипов связаны с частотами генов простыми(квадратичными) соотношениями. Случайное скрещивание происходит тогда, когдавероятность формирования брачной пары между особями не зависит от ихгенетической конституции. Когда на выбор брачного партнера оказывает влияниегенотип, говорят об ассортативном скрещивании. Из закона Харди-Вайнбергавытекает следующий вывод: если частоты аллелей у ♂ и ♀ исходноодинаковы, то при случайном скрещивании равновесные частоты генотипов в любомлокусе достигается за одно поколение.

<span Times New Roman",«serif»">Закон Харди-Вайнбергасформулировали в 1908 году независимо друг от друга математик Т. Харди (Англия)и врач В.Вайнберг (Германия). Он гласит, что процесс наследственной преемственностине влияет на число частот аллелей и (при случайном скрещивании) генотипов поопределенному локусу. При случайном скрещивании равновестные частоты генотиповпо данному локусу достигаются за одно поколение, если исходные частоты аллелейодинаковы у обоих полов.

<span Times New Roman",«serif»">Равновесные частоты генотиповзадаются произведением частот соответствующих аллелей. Если имеется два аллеля,А и а, с частотами

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">и <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">,то частоты трех возможных генотипов выражаются уравнением

<span Times New Roman",«serif»">(

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»"> + <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">)2= <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»"> + 2<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">pq<span Times New Roman",«serif»">+ <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">2 <span Times New Roman",«serif»">= <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»"> + 2<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">pq<span Times New Roman",«serif»">+ <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»">, где  <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»"> = <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">AA<span Times New Roman",«serif»">= <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">D<span Times New Roman",«serif»">,2<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">pq<span Times New Roman",«serif»"> = <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Aa<span Times New Roman",«serif»">= <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">,<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»"> = <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">aa<span Times New Roman",«serif»">= <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">R<span Times New Roman",«serif»">.

<span Times New Roman",«serif»">С учетом того, что сумма всехчастот аллелей, как и сумма всех частот генотипов, всегда равна единице, то (

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">+ <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»">)2 = 1. Рассмотримразличные типы браков и их постоянства в двуаллельной популяции.

<span Times New Roman",«serif»">Таблица 1

<span Times New Roman",«serif»">тип брака

<span Times New Roman",«serif»">частота

<span Times New Roman",«serif»">потомство

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»">аа

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> АА

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">D

<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">D

<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2DH

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">DH

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">DH

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> аа

<span Times New Roman",«serif»">2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">DR<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">DR<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">H2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1/4H2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1/2H2

<span Times New Roman",«serif»">1/4

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2RH

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">RH

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">RH

<span Times New Roman",«serif»">аа

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">x<span Times New Roman",«serif»"> аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">R2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">R2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">D+H+R

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">(D+1/2H)2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2(D+1/2H)(R+1/2H)

<span Times New Roman",«serif»">(

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">R<span Times New Roman",«serif»">+1/2<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">H<span Times New Roman",«serif»">)2

<span Times New Roman",«serif»">сумма

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">p2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2pq

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">q2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">Получаем, что в большойпанмиксной популяции не зависимо от исходных генетических структур в первом жепоколении после случайного скрещивания достигаются равновестные частотыгенотипов.

<span Times New Roman",«serif»">Если у ♂ и ♀ генотипыразные, а численность полов одинакова, то для достижения равновесия потребуетсядва поколения

<span Times New Roman",«serif»">♂

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">♀

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">AA

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">x

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">aa

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">x

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1/2AA

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">Aa

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">1/2aa

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1/4

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">:

<span Times New Roman",«serif»">1

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">/2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">1/4

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">:

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Одноиз возможных применений закона Харди-Вайнберга состоит в том, что он позволяетрассчитать некоторые из частот генов и генотипов в случае, когда не всегенотипы могут быть идентифицированности вследствии доминантности игетерозиготности некоторых аллелей. Из закона Харди-Вайнберга можно вывестиинтересное следствие: разные аллели присутствуют в популяции главным образом вгетерозиготном, а не в гомозиготном состоянии. Рассмотрим пример. Альбинизмчеловека обусловлен довольно редким рецессивным геном. Если аллель нормальнойпигментации обозначить как А, ааллель альбинизма – а, то генотипальбиносов будет аа, генотип нормально пигментированных людей – АА и Аа.Предположим, что частота генотипов альбиносов (частота рецессивной гомозиготы)равна 0,0001, т.е. q2 =0,0001

<span Times New Roman",«serif»">, тогда <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">.q = 0,01, соответственно р = 1 – 0,01 = 0,99; частота генотипа ААбудет равна 0,9801, а генотипа Аа – 2pq<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">= 0,02.Следовательно, в гетерозиготном состоянии находится примерно в 100 раз большерецессивных аллелей, чем в гомозиготном.

<span Times New Roman",«serif»">Для генов, сцепленных с полом,равновесные частоты генотипов у ♀ (т.е. у гомогаметного пола) совпадают сравновесными частотами аутосомных генов (

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p2– AA, 2pq – Aa, q2 – aa<span Times New Roman",«serif»">).Частоты гамет гемизиготных <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">♂ <span Times New Roman",«serif»">(т.е.гетерогаметного пола) совпадают с частотами аллелей: <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p – А, q – а. Из этого следует, что фенотипы, определяемые рецессивнымигенами, у ♂ встречаются чаще, чем у ♀. Этим объясняется то, чтонаследственным заболеваниям, вызываемыми рецессивными, сцепленными с поломгенами,  больше подвержены ♂.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Генетическое представление об изменчивости

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">ЗаконХарди-Вайнберга гласит, что при отсутствии возмущающих процессов частотыгенотипов не изменяются. Однако процессы, изменяющие частоты генов, постояннопроисходят в популяции, и без них не было бы эволюции.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Рассмотримпроцесс мутирования. Мутации – спонтанные изменения, происходящие в ДНК. Онибывают точечные, или генные (самые локализованные мутации, происходят в самомгене), хромосомные (изменяющие структуру хромосом, например, делеции,транслокации) и геномные (изменяющие число хромосом). Мутации вносят впопуляцию новые аллели. Это чрезвычайно медленный процесс, т.к. сами по себеони изменяют генетическую структуру популяции с очень низкой скоростью. Если бымутации были единственным процессом, обуславливающим эволюционные изменения впопуляциях, то эволюция протекала бы очень медленно.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Направленностьмутаций в природе случайна и непредсказуема. Каким образом они появляются в популяцияхи как распространяются? Рассмотрим пример.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Впопуляции, целиком состоящей из особей с генотипом АА, возникает мутация и появляется одна гетерозигота Аа. Предположим, что а эволюционно нейтральна (не подверженадействию естественного отбора). Гетерозигота АА скрещивается с гомозиготой аа:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Аа

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> x АА

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">потомки(в отношении)                                         АА:Аа (1/2: 1/2),

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">т.е. ген а может остаться в популяции илиисчезнуть с вероятностью 1/2.

<span Times New Roman",«serif»">Еслион останется и снова произойдет скрещивание, то во втором поколении новаяаллель исчезнет из популяции или удвоится с вероятностью 1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">/<span Times New Roman",«serif»">4 и т.д. Вероятность сохранения<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">/<span Times New Roman",«serif»">удаления из популяции мутациизависит от числа потомков и находится как <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">(1/2)k<span Times New Roman",«serif»">, где<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"> k<span Times New Roman",«serif»"> – число потомков<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">,k = 0, 1, 2, ...

<span Times New Roman",«serif»">Исспользуя уравнениераспределения Пуассона, можем рассчитать процент вероятности сохранения ипотери нейтральной мутации. Для первого поколения вероятность сохранениямутации (в %) равен 63, потери –37, для второго соответственно 47 и 53, длятретьего – 63 и 37 и т.д. Предельная вероятность исчезновения мутации равна100%; в 127 поколении вероятность исчезновения мутации равна 98, 47% (почти100%), следовательно, мутация исчезнет из популяции приблизительно через 130поколений. Потеря мутаций – необратимый процесс.

<span Times New Roman",«serif»">Рассмотрим теперь повторныемутации. Скорость (или частота) возникновения мутаций является отношением числамутировавших аллелей к общему числу аллелей в популяции. Она зависит от типааллеля, а также от внутренних и внешних условий, меняется под действием различныхфакторов, например, радиации, высоких температур и т.п. При естественныхусловиях скорость возникновения мутаций колеблется от 10(-4) –10(-7).

<span Times New Roman",«serif»">Пусть в популяции нормальнаяаллель А с частотой в начальныймомент времени равной

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p0<span Times New Roman",«serif»">, а мутантный аллель – а(<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q0<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">)<span Times New Roman",«serif»">. Скорость мутации из А в а – <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">U<span Times New Roman",«serif»">. Общая формула частот аллеля Абудет <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">n<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">= p0(1–U)n<span Times New Roman",«serif»">, а аллеля а – <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">n<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">= 1 – p0(1 – U)n<span Times New Roman",«serif»">. Изменение частоты мутаций запоколение: Δ<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">q<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">= Upn<span Times New Roman",«serif»">, т.е. чем больше р, тем с большей частотой аллель А переходит в аллель а.

<span Times New Roman",«serif»">Мутации могут происходить и вобратном направлении, за счет чего происходит компенсация и сохранениегенетического разнообразия. Если Амутирует в а со скоростью

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">U,а а обратно мутирует в А со скоростью V, тогда равновесныечастоты аллелей будут равны

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p*

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> = V/(U + V), q*= U/ (U + V).

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Отметимдва обстоятельства. Во-первых, частота аллелей обычно не находится в состоянии,отвечающим равновесию между прямыми и обратными мутациями, поэтому на нихвлияют и другие процессы (например, естественный отбор). Во-вторых, при наличиипрямых и обратных мутаций изменения частот аллелей происходят медленее, чем втом случае, когда мутации идут только в одном направлении, посколько обратныемутации частично компенсируют изменение частоты аллелей в результате прямыхмутаций. Это еще раз доказывает, что для того, что бы мутации сами по себепривели к сколько-нибудь значительному изменению частот аллелей, требуетсямного времени.

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Естественный отбор

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">К идее естественного отбора какосновного процесса эволюции пришли независимо друг от друга Чарльз Дарвин иАльфред Рассел Уоллес. В 1858 году на заседании Линнеевского общества в Лондонебыли представлены сообщения об их открытии. Доказательства того, что эволюцияпроисходит именно путем естественного отбора, были представлены Дарвином с приведениеммножества примеров в его работе «Происхождение видов», опубликованнойв 1859 году.

<span Times New Roman",«serif»">Основой теории естественногоотбора является факт, что некоторые генотипы в популяции имеют преимуществаперед другими, как в выживании, так и при репродукции. То, что генотипы вданных условиях имеют возможность выжить и оставить плодовитое потомство,называется генетической приспособленностью. Она обуславливает направленноесохранение генотипа.

<span Times New Roman",«serif»">Естественный отборблагоприятствует (и противодействует) сохранению генотипа только черезпосредство фенотипа. В связи с этим выделено два исхода действия отбора:положительный отбор (сохранение «полезных» генотипов) и отрицательныйотбор (эллиминация «вредных» генотипов). Таким образом, естественныйотбор – это направленный процесс, движущая сила эволюции.

<span Times New Roman",«serif»">В качестве количественной мерыотбора используется относительная приспособленность (называемая такжеселективным, или адаптивным значением). Приспособленность является меройэффективности размножения данного генотипа, мерой вклада его в следующеепоколение.

<span Times New Roman",«serif»">Особенности существованияорганизма на различных ступенях жизненого цикла могут оказывать влияние на егорепродуктивный успех, определяющий направление естественного отбора и,следовательно, на приспособленности генотипов. Эти особенности сказываются навыживаемости, скорости развития, успешности спаривания, плодовитости и т.п.,т.е. на величинах, называемых компонентами приспособленности. Важнейшимикомпонентами являются выживаемость и плодовитость. Другие компоненты могутрассматриваться самостоятельно или включаться в две основные.

<span Times New Roman",«serif»">Математические моделиестественного отбора были описаны Райтом и Фишером. Простейшая модель –популяция с одной парой аллелей, приспособленность к которой не зависит отдругих локусов.

<span Times New Roman",«serif»">Пусть АА, Аа, аа – генотипы популяции, ихотносительные приспособленности соответственно

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">,W12, W22.<span Times New Roman",«serif»">Частоты генов равны <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">и q.

<span Times New Roman",«serif»">Таблица 2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">*

<span Times New Roman",«serif»">Генотип

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">аа

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Сумма

<span Times New Roman",«serif»">Частота гена до отбора,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> f

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2pq

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q2

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»">Относительная приспособленность,

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> W

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">12<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">22<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Частота гена после отбора,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> fW

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">11<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> p2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2W12pq

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">22<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> q2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">T

<span Times New Roman",«serif»">Новая частота генотипа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">p12

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2p1q1

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">*–

<span Times New Roman",«serif»">Т – сумма частотгенов после отбора, <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">,q1 – новые частоты генов, p1=(p2W11+pqW12)/T, q1=(q2W22+pqW12)/T.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Рассмотриммодели действия естественого отбора.

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1.Полная эллиминация рецессивных гомозигот (летальных).

<span Times New Roman",«serif»">Генетическая приспособленностьрецессивных гомозигот равна нулю, т.к. они летальны (либо не доживают дорепродуктивного возраста, либо не оставляют потомства). Примером служит болезньфенилкетонурия.

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">Таблица 3

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">*

<span Times New Roman",«serif»">Генотип

<span Times New Roman",«serif»">АА

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Аа

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">аа

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Сумма

<span Times New Roman",«serif»">Частота гена до отбора,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> f

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p2

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2pq

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q2

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»">Относительная приспособленность,

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> W

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">0

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">Частота гена после отбора,

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"> fW

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p2

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2pq

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">0

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">T = p2 +2pq

<span Times New Roman",«serif»">Частота после отбора, до случайного скрещивания

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1/(1+q)2

2q<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">/(1+q)2

q2<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">/(1+q)2

<span Times New Roman",«serif»">Новая частота генотипа

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2p1q1

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">q

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">1

<span Times New Roman",«serif»">Нормализованные частоты

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">p

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">2<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">/(p2+2pq)

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">2pq/(p2+2pq)

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">0

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">*–

<span Times New Roman",«serif»">частоты аллелейпосле отбора: <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">p<span Times New Roman",«serif»">1<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">=1/(1+q); q1=q2<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">/(1+q).

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

<span Times New Roman",«serif»">Количество изменений аллелей заодно поколение будет:

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> Δq=–q2/(1+q)<span Times New Roman",«serif»">.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Δq пропорциональна q2 (частоте рецессивныхгомозигот), т.е. чем больше частота, тем больше количество изменений. Δq всегда отрицательная величина (илиравная нулю), значит значение q уменьшаетсяв результате отбора. <span Times New Roman",«serif»">Иногдапроисходит не полная эллиминация, а частичный отбор, т.е. не все особи доживаютдо репродуктивного возраста и оставляют жизнеспособное потомство.

<span Times New Roman",«serif»">Введем понятие коэффициент отбора

<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">S, W = 1 –S. S <span Times New Roman",«serif»">пропорциональнаснижению воспроизводства генотипа по сравнению с нейтральным, приспособленностькоторого условно принимается за единицу. Для нейтральных признаков <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">S= 1, <span Times New Roman",«serif»">для нейтральных– <
еще рефераты
Еще работы по биологии