Закон Харди-Вайнберга

Закон Харди-Вайнберга

Цели: - закрепить понятия микро и макроэволюции, разобраться с генетическими процессами в популяциях

            -развивать умения логически мыслить, сопоставлять, умения решать задачи.

Проверка домашнего задания:

Понятие вида и его становление в биологии

Характеристика морфологического критерия вида

Характеристика генетического критерия вида

Характеристика физиолого-биохимического и этологического критериев вида

Характеристика эколого-географического и исторического критериев

Понятие популяции и ее признаки.

Новый материал:

Создавая теорию естественного отбора Ч.Дарвин связывал действие отбора только с особями. Но исследования в области генетики показали, что полностью понять действия отбора можно, только принимая во внимание процессы, протекающие в группах организмов, т.е. популяциях. Новый признак, если он определяется рецессивным аллелем, может проявиться лишь в том случае, когда концентрация его в популяции в гетерозиготном состоянии станет достаточно высокой.

В ряде случаев в популяцию одновременно входят особи как с доминантными, так и с рецессивными признаками, не находящимися под контролем естественного отбора.

Вопрос 1: Почему рецессивный аллель не вытесняется доминантным?

Вопрос 2: Почему, если аллель карей окраски глаз доминирует над аллелем голубой, число голубоглазых людей не уменьшается?

Эти вопросы были решены в 1908 году двумя учеными, независимо друг от друга, математиком Дж.Харди и врачом В.Вайнбергом.

Попробуем разобраться:

Предположим, нас интересует какой-либо ген, локализованный в аутосоме, например, ген А, имеющий две аллели А и а.

В популяции N особей, различающихся по этой паре аллелей.

В популяции могут встречаться три генотипа: доминантные гомозиготы (АА), доминантные гетерозиготы (Аа) и рецессивные гомозиготы (аа)

Если частоту гена А обозначить через p, а если частоту гена а обозначить через q, то q = 1-p ее можно определить исходя, из того, что сумма аллелей А+а=1 (100%) т.е. p+q=1

Мы вывели форму расчета встречаемости аллелей в генофонде популяции.

Какова же вероятность встречаемости трех возможных генотипов: АА; Аа; аа?

Вероятность встречаемости можно рассчитать по формуле бинома Ньютона:

(p+q)² = p² +2pq + q²

P² – частота генома АА

2pq – частота генома Аа

q² – частота генома аа

Доказательство: предположим, что самцы и самки в популяции скрещиваются случайно, образуя зиготы:

АА получили ♀(А) и ♂(А), т.е. p*p=p², аналогично q²

Генотип Аа может возникнуть двумя путями: аллель А от ♀, а аллель а от ♂ или наоборот. Вероятность возникновения генотипа Аа равна 2pq

Таким образом частоту встречаемости трех возможных генотипов можно выразить биномом Ньютона

(p+q)² = p² + 2pq + q² = 1

Это уравнение носит название закона Харди-Вайнберга.

Закон Харди-Вайнберга выполняется только для идеальной популяции.

Идеальная популяция характеризуется следующими особенностями:

• Бесконечно большой величиной
• Свободным скрещиванием (панмиксия)
• Отсутствием мутаций по данному гену
• Отсутствием миграций в популяцию и из нее
• Отсутствием отбора (по признаку, кодируемому данным геном.

В идеальной популяции соотношение генотипов (АА); (Аа); (аа) остается постоянным. Совершенно очевидно, что в реально существующих популяциях вышеприведенные условия не выполнимы.

Однако использование формул закона Харди-Вайнберга позволяет рассчитать генетический состав популяции в данное время и определить возможные тенденции его изменений. Используя закон, можно вычислить: 1 насыщенность популяции определенными генами; 2 рассчитать частоты гетерозиготного носительства аллелей у людей.

Пример:

В населенном пункте при обследовании на резус-фактор оказалось 16% лиц резус-отрицательными и 84% - резус-положительными.

Положительный резус-фактор наследуется практически моногенно, аутосомно по доминантному типу.

Если ген резус-фактора обозначить С, то носители Rk будут иметь генотипы СС и Сс. Но какая часть из них гомо- и гетерозиготна?

Обратимся к формуле (p+q)² = p² + 2pq + q² = 1 (100%)

Гомозиготы по рецессивному аллелю q² известны, они составляют 16% т.е q²=0,16, отсюда q = 0,4 (40%)

40% - рецессивных из общего числа резус- принадлежности.

Какова же частота доминантного аллеля?

Так как p+q=1, a q=0,4, то p=1-0,4=0,6 или 60% резус-положительных, т.е. p² = (0,6)² =0,36 (36%) тогда Сс = 2pq  Cc=2*0,6*0,4=0,48 (48%)

Итак в населенном пункте положительный резус-фактор имеют люди с генотипом СС – 36%, с генотипом Сс – 48% т.е. всего 36% + 48% =84%, а 16% с генотипом сс- носители отрицательного резус-фактора.

Закрепление материала. Решение задач.