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:
А(p) | а(q) | |
А(p) | АА(p2) | Аа(pq) |
a(q) | Аа(pq) | аа(q2) |
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.
