Генетическая структура популяций уравнение харди вайнберга

Презентация по биологии Закон Харди -Вайнерга

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема: «Генетика популяций» Задачи: Изучить генетические основы структуры и эволюции популяций. Научиться решать задачи, связанные с генофондом популяций.

Популяция — это совокупность особей одного вида, длительное время обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, определенную генетическую структуру и в той или иной степени изолированных от других таких совокупностей особей данного вида. Популяция не только единица вида, форма его существования, но и единица эволюции. Характеристика популяции

Элементарный эволюционный материал – мутации (?). Элементарная эволюционная единица – популяция. (По Ламарку? По Дарвину?) В основе микроэволюционных процессов, завершающихся видообразованием, лежат генетические преобразования в популяциях. Изучением генетической структуры и динамики популяций занимается особый раздел генетики — популяционная генетика. Характеристика популяции

С генетической точки зрения, популяция является открытой системой, а вид — закрытой. В общей форме процесс видообразования сводится к преобразованию генетически открытой системы в генетически закрытую. Каждая популяция имеет определенный генофонд и генетическую структуру. Генофондом популяции называют совокупность генотипов всех особей популяции. Под генетической структурой популяции понимают соотношение в ней различных генотипов и аллелей. Характеристика популяции

Одними из основных понятий популяционной генетики являются частота генотипа и частота аллеля. Под частотой генотипа (или аллеля) понимают его долю, отнесенную к общему количеству генотипов (или аллелей) в популяции. Частота генотипа, или аллеля, выражается либо в процентах, либо в долях единицы. Так, если ген имеет две аллельные формы и доля рецессивного аллеля а составляет ¾ (или 75%), то доля доминантного аллеля А будет равна ¼ (или 25%) общего числа аллелей данного гена в популяции. Характеристика популяции

Характеристика популяции Популяции самоопыляющихся и перекрестноопыляющихся растений существенно отличаются друг от друга. Впервые исследование генетической структуры популяции было предпринято В.Иоганнсеном в 1903 г. В качестве объектов исследования были выбраны популяции самоопыляющихся растений. Исследуя в течение нескольких поколений массу семян у фасоли, он обнаружил, что у самоопылителей популяция состоит из генотипически разнородных групп, так называемых чистых линий, представленных гомозиготными особями.

Характеристика популяции Причем из поколения в поколение в такой популяции сохраняется равное соотношение гомозиготных доминантных и гомозиготных рецессивных генотипов. Их частота в каждом поколении увеличивается, в то время как частота гетерозиготных генотипов будет уменьшаться. Таким образом, в популяциях самоопыляющихся растений наблюдается процесс гомозиготизации, или разложения на линии с различными генотипами.

Закон Харди-Вайнберга Большинство растений и животных в популяциях размножаются половым путем при свободном скрещивании, обеспечивающем равновероятную встречаемость гамет. Равновероятную встречаемость гамет при свободном скрещивании называют панмиксией, а такую популяцию — панмиктической. В 1908 г. английский математик Г.Харди и немецкий врач Н.Вайнберг независимо друг от друга сформулировали закон, которому подчиняется распределение гомозигот и гетерозигот в панмиктической популяции, и выразили его в виде алгебраической формулы.

Закон Харди-Вайнберга Частоту встречаемости гамет с доминантным аллелем А обозначают p, а частоту встречаемости гамет с рецессивным аллелем а — q. Частоты этих аллелей в популяции выражаются формулой p + q = 1 (или 100%). Поскольку в панмиктической популяции встречаемость гамет равновероятна, можно определить и частоты генотипов. Харди и Вайнберг, суммируя данные о частоте генотипов, образующихся в результате равновероятной встречаемости гамет, вывели формулу частоты генотипов в панмиктической популяции: АА + 2Аа + аа = 1 P2 + 2pq + q2 = 1

Закон Харди-Вайнберга Пользуясь этими формулами, можно рассчитать частоты аллелей и генотипов в конкретной панмиктической популяции. Однако действие этого закона выполняется при соблюдении следующих условий: Неограниченно большая численность популяции, обеспечивающая свободное скрещивание особей друг с другом; Все генотипы одинаково жизнеспособны, плодовиты и не подвергаются отбору; Прямые и обратные мутации возникают с одинаковой частотой или настолько редко, что ими можно пренебречь; Отток или приток новых генотипов в популяцию отсутствует.

Закон Харди-Вайнберга В реально существующих популяциях выполнение этих условий невозможно, поэтому закон справедлив только для идеальной популяции. Несмотря на это, закон Харди-Вайнберга является основой для анализа некоторых генетических явлений, происходящих в природных популяциях. Например, если известно, что фенилкетонурия встречается с частотой 1:10000 и наследуется по аутосомно-рецессивному типу, можно посчитать частоту встречаемости гетерозигот и гомозигот по доминантному признаку.

Закон Харди-Вайнберга Больные фенилкетонурией имеют генотип q2(аа) = 0,0001. Отсюда q = 0,01. p = 1 — 0,01 = 0,99. Частота встречаемости гетерозигот равна 2pq, равна 2 х 0,99 х 0,01 ≈ 0,02 или ≈ 2%. Частота встречаемости гомозигот по доминантному и рецессивному признакам: АА = p2 = 0,992 = 0,9801 ≈ 98%, аа = q2 = 0,012 = 0,0001 = 0,01%.

Закон Харди-Вайнберга Факторы, изменяющие генетическую структуру популяции: Изменение равновесия генотипов и аллелей в панмиктической популяции происходит под влиянием постоянно действующих факторов, к которым относятся: 1. Мутационный процесс; 2. Популяционные волны; 3. Изоляция; 4. Естественный отбор; 5. Дрейф генов и другие. Именно благодаря этим явлениям возникает элементарное эволюционное явление — изменение генетического состава популяции, являющееся начальным этапом процесса видообразования.

Закон Харди-Вайнберга Задача: Ген в популяции имеет две аллельные формы и доля рецессивного аллеля а составляет ¾ (или 75%). Какова частота встречаемости каждого генотипа в данной популяции?

Популяция: Популяция — это совокупность особей одного вида, длительное время обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, определенную генетическую структуру и в той или иной степени изолированных от других таких совокупностей особей данного вида. Генофонд популяции: Генофондом популяции называют совокупность генотипов всех особей популяции. Элементарный эволюционный материал: Мутации. Элементарная эволюционная единица: Популяция. Элементарное эволюционное явление: Изменение генофонда популяции. Генетическая структура популяции: Под генетической структурой популяции понимают соотношение в ней различных генотипов и аллелей. Идеальная популяция: Популяция, в которой выполняются 4 условия: Неограниченно большая численность популяции, обеспечивающая свободное скрещивание особей друг с другом; Нет мутаций, или прямые и обратные мутации возникают с одинаковой частотой или настолько редко, что ими можно пренебречь; Нет миграций, или отток или приток новых генотипов в популяцию отсутствует. Нет отбора; Подведем итоги:

Почему популяция – открытая структура, а вид – закрытая? Скрещивание между особями разных популяций возможно, между особями разных видов — нет. Почему закон Харди-Вайнберга не применим для гороха? Горох – самоопылитель. В популяциях самоопыляющихся растений наблюдается процесс гомозиготизации, или разложения на линии с различными генотипами. Какая популяция называется панмиктической? Популяция, в которой обеспечивается равновероятная встречаемость гамет при свободном скрещивании (панмиксия). Подведем итоги:

Закон Харди-Вайнберга Задача: На острове Умнак в 1824 г. добыто чернобурых – 40 лисиц (ВВ), сиводушек – 95 (Вb), красных лисиц 51 (bb). Определите частоты генотипов, частоты аллелей, сравните наблюдаемые соотношения с теоретическими. Разделим численность особей с каждым генотипом на общую численность и получим следующие частоты генотипов: ВВ: 40/186 = 0,215; Вb: 95/186 = 0,511; bb: 51/186 = 0,274. Определим частоты аллелей. Поскольку каждая особь имела два аллеля (одинаковых или разных), то общее число аллелей равно удвоенному числу особей в выборке: р(В) = (2ВВ + Вb)/2(ВВ + Вb + bb) = (2 х 40 + 95)/2(40 + 95 + 51) = 0,470. g = 1 — p = 0,530. Ожидаемое соотношение генотипов должно быть: ВВ = 0,4702 = 0,221; Вb = 2 х 0,470 х 0,530 = 0,498 и bb = 0,5302 = 0,281. Если мы умножим эти значения на число особей в выборке, мы получим, что при состоянии равновесия в популяции должны быть 0,221 х 186 = 41 черных, 0,498 х 186 = 93 сиводушек и 0,281 х 186 = 52 красных лисицы.

Закон Харди-Вайнберга Задача: На полуострове Нушагак в 1824 г. добыто чернобурых – 1 лисиц (ВВ), сиводушек – 7 (Вb), красных лисиц 121 (bb). Определите частоты генотипов, частоты аллелей, сравните наблюдаемые соотношения с теоретическими. Разделим численность особей с каждым генотипом на общую численность (129) и получим следующие частоты генотипов: ВВ: 1/129 = 0,0078; Вb: 7/129 = 0,054; bb: 121/129 = 0,938 . Определим частоты аллелей. Поскольку каждая особь имела два аллеля (одинаковых или разных), то общее число аллелей равно удвоенному числу особей в выборке: р(В) = (2ВВ + Вb)/2(ВВ + Вb + bb) = (2 х 1 + 7)/2(1 + 7 + 121) = 0,0349. g = 1- p = 0,9651. Ожидаемое соотношение генотипов должно быть: ВВ = 0,03492 = 0,0012; Вb = 2 х 0,0349 х 0,9651 = 0,0674 и bb = 0,96512 = 0,9314. Если мы умножим эти значения на число особей в выборке, мы получим, что при состоянии равновесия в популяции должны быть 0,0012 х 129 = 0,15 черных; 0,0674 х 129 = 9 сиводушек и 0,9314 х 129 = 120 красных лисицы.

Закон Харди-Вайнберга Задача: На острове Умнак в 1824 г. жили 40 чернобурых лисиц (ВВ), 95 сиводушек (Вb), 51 красная лисица (bb). Предположим, что в результате эпидемии погибли красные лисицы. Определите частоты генотипов и частоты аллелей в оставшихся лисиц в этом и следующем поколении лисиц. Разделим численность особей с каждым генотипом на общую численность и получим следующие частоты генотипов: ВВ: 40/135 = 0,2963; Вb: 95/135 = 0,7037. Определим частоты аллелей. Поскольку каждая особь имела два аллеля (одинаковых или разных), то общее число аллелей равно удвоенному числу особей в выборке: р(В) = (2ВВ + Вb)/2(ВВ + Вb) = (2 х 40 + 95)/2(40 + 95) = 0,648. g = 1 — p = 0,352. В следующем поколении соотношение генотипов должно быть: ВВ = 0,6482 = 0,42; Вb = 2 х 0,648 х 0,352 = 0,456; bb = 0,3522 = 0,124. Установится новое равновесное состояние популяции.

Генетическая структура популяций. Закон Харди — Вайнберга

Вы будете перенаправлены на Автор24

Генетика популяций

Одной из важных отраслей генетики является генетика популяций. Эта отрасль науки посвящена изучению генетической структуры природных популяций, а также генетических процессов, происходящих в ней. Она играет исключительно важную роль для развития эволюционной теории. Благодаря достижениям генетики популяций установлено, что популяция это не просто единица вида, но и единица эволюции.

Основоположником работ в этом направлении первой половине $XX$ века ($20$-е годы) стал С.С. Четвериков, русский генетик. Также, весомый вклад в развитие этой науки внесли:

Что же такое популяция? Современное определение этого понятия выглядит так:

«Популяция – это специфическая совокупность особей, принадлежащих одному виду, которой свойственно наличие общего генофонда и общая территория».

Закон Харди-Вайнберга

Так как популяция состоит из особей одного вида, то все они обладают одинаковым набором генов. Однако любой ген может быть представлен разными аллелями, количество которых может быть значительным. Значит, популяция – это совокупность неодинаковых в генетическом отношении особей, которые отличаются разными состояниями свойственных им признаков. В природе разные популяции одного и того же вида могут отличаться частотами встречаемости определенных аллельных генов.

Исследование закономерностей, которые распределяют аллели в популяциях, является важной задачей популяционной генетики. Над этой проблемой работали немецкий ученый В. Вайнберг и английский исследователь Г. Харди. Они сделали вывод, что у достаточно многочисленной популяции, особи которой свободно скрещиваются между собой свободно, и без влияния какого-либо внешнего фактора на определенные сочетания аллелей, новые мутации не возникают , и обмен генетической информацией с другими популяциями в результате миграции особей в другие популяции не происходит, соотношение аллелей стабилизируется на протяжении нескольких поколений, затем на длительное время остается постоянным.

Готовые работы на аналогичную тему

Закономерность, установленная Г. Харди и В. Вайнбергом, говорит о том, что при условии постоянства внешних и внутренних факторов частоты встречаемости аллелей у достаточно многочисленной популяции, которая изолированна от других, остается достаточно устойчивым на протяжении длительного периода.

Ученые предложили формулу, с помощью которой можно описать распределение частот в панмиксической популяции по одной паре аллельных генов ($A – a$). Эту формулу используют в качестве простейшей модели, служащей основой для проведения более сложных популяционно-генетических исследований.

$p^2AA + 2pqAa + q^2aa = 1$

Уравнение Харди-Вайнберга

$q$ — частота встречаемости рецессивного гена;
$p$ — частота встречаемости доминантного гена;
$q^2$ — частоста встречаемости генотипа $aa$;
$p^2$ — частоста встречаемости генотипа $AA$;
$2pq$ — частота встречаемости генотипа $Aa$.

Исследования показали, что только при отсутствии свободного скрещивания, можно существенно повлиять на распределение частот встречаемости генотипов потомков.

Кроме того на изменения частот могут повлиять интенсивные миграции особей из между популяциями. Это приводит к активному обмену разными аллелями.

Мутации, происходящие в популяциях, также дают отклонение в показателях частот встречаемости аллелей.

Дрейф генов

Среди главных причин изменений генетической структуры популяций можно выделить дрейф генов.

Дрейф генов – это случайное ненаправленное изменение частоты встречаемости в популяциях аллелей.

Очень четко это явление проявляется в популяциях с немногочисленными особями, благодаря существующему ограничению свободного спаривания во время размножения. Но чем больше численность популяции, тем меньшее влияние на изменение частот встречаемости аллелей имеет дрейф генов.

Генетическая структура популяций

Популяции между собой отличаются частотой различных сочетаний аллельных генов.

Совокупность всех генов и их аллелей особей определенной популяции именуется генофондом.

Особое значение в генетике имеют рецессивные мутации. Рецессивные признаки распространяются в популяции в гетерозиготном состоянии, в фенотипе не проявляются. Но со временем увеличивается вероятность образования гомозигот по рецессивному признаку. Тогда эти признаки проявляются в фенотипе. Если признак окажется полезным или нейтральным, он сохранится, если вредным – его носители просто погибнут. Поэтому рецессивные мутации называют резервом наследственной изменчивости популяций.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 03 03 2021

Занятие «Закон и уравнение Харди-Вайнберга»
методическая разработка по биологии (11 класс) по теме

продолжить формирование знаний о генетической стабильности и генетических процессах в популяциях; — закрепить умения решать задачи разной сложности с применением уравнения Харди-Вайнберга; — на примере практической значимости закона Харди-Вайнберга показать связь теории и практики; — продолжить формирование умения сравнивать биологические объекты (идеальные и реальные популяции) и делать выводы на основе сравнения.

Скачать:

Вложение	Размер
zadacha_ege.docx	43.98 КБ

Предварительный просмотр:

Занятие «Закон и уравнение Харди-Вайнберга»

Цель : закрепить знания по теме «Закон и уравнение Харди-Вайнберга».

— продолжить формирование знаний о генетической стабильности и генетических процессах в популяциях;

— закрепить умения решать задачи разной сложности с применением уравнения Харди-Вайнберга;

— на примере практической значимости закона Харди-Вайнберга показать связь теории и практики;

— продолжить формирование умения сравнивать биологические объекты (идеальные и реальные популяции) и делать выводы на основе сравнения.

В чем значение закона и его практическое применение.

При изучении темы «Эволюционное учение Ч. Дарвина» мы уже рассматривали вопрос о месте популяции в эволюционной теории и знакомились с законом и уравнением Харди-Вайнберга. На сегодняшнем занятии элективного курса мы продолжим формировать знания о процессах, протекающих в популяциях, закрепим умения решать задачи разной сложности с применением закона Харди-Вайнберга, выясним практическую значимость закона Харди-Вайнберга. В начале, давайте вспомним основные понятия и термины, которые нам пригодятся на занятии.

1.Что такое популяционная генетика? (На стыке классического дарвинизма и генетики родилось целое направление – популяционная генетика, занимающаяся изучением эволюционных процессов в популяциях.)

2. Что такое популяция? (группа организмов, принадлежащих к одному виду и занимающих обычно четко ограниченную географическую область )

3. Что такое микроэволюция? (Эволюция, идущая на уровне вида)

4. Что такое генофонд вида и из чего он складывается? (это совокупность генов организмов данного вида, и он складывается из всего разнообразия генов и аллелей, имеющихся в популяциях. Вывод: генофонд вида складывается из генофондов его популяций)

5. Что такое аллель?

6. Что определяет число организмов в данной популяции, несущих определенный аллель? (частоту данного аллеля)

7. Можно ли говорить «частота гена»? (это не совсем точно, так как ген существует в виде нескольких различных форм – аллелей)

8. Как можно использовать знания о частоте отдельных аллелей и частоте генотипов? (можно предсказывать возможные результаты тех или иных скрещиваний, то есть возможные изменения генофонда. Это имеет важное практическое значение в сельском хозяйстве, медицине, экологии)

9. Кто установил математическую зависимость между частотами аллелей и генотипов в популяциях, и как она называется? (в 1908 году независимо друг от друга английский математик Харди и немецкий врач Вайнберг. Эта зависимость называется равновесие или закон Харди-Вайнберга)

10. Сформулируйте закон Харди-Вайнберга. (частоты доминантного и рецессивного аллелей в данной популяции будут постоянными из поколения в поколение при наличии определенных условий)

11. Напишите уравнение Харди-Вайнберга . ( для частот аллелей p + q =1, для частот генотипов p2 + 2pq + q2 = 1, где p-частота доминантного аллеля, q- частота рецессивного аллеля, p2-частота гомозиготного доминантного генотипа, 2pq-частота геторозиготного генотипа, q2-частота гомозиготного рецессивного генотипа).

12. При каких условиях выполняется закон Харди-Вайнберга?

Размеры популяции велики

Равная вероятность скрещивания

Отсутствие мутаций и комбинативной изменчивости

Особи не взаимодействуют друг с другом

Стабильная численность генотипов

Эмиграция и иммиграция генов отсутствуют

В природных популяциях ни одно из этих условий не соблюдается, поэтому и закон Харди–Вайнберга носит условный характер. Тем не менее он реально отражает тенденции в характере распределения частот тех или иных аллелей и генотипов

13. Что произойдет, если условия будут нарушены? (нарушения приведут к изменениям частот аллелей, а это способно вызвать эволюционное изменение )

Какова биография этих двух великих ученых? (Рассказ ученика по презентации).

Давайте повторим теоретический материал по данной теме.

Популяционная генетика в первую очередь занимается выяснением механизмов микроэволюции. Главное начало, объединяющее особей в одну популяцию, – имеющаяся у них возможность свободно скрещиваться между собой – панмиксия (от греч. пан – все и миксис – смешивание). Возможность скрещивания, доступность партнера внутри популяции при этом обязательно должна быть выше, чем возможность встретиться двум особям противоположного пола из разных популяций.

Панмиксия обеспечивает возможность постоянного обмена наследственным материалом. В результате формируется единый генофонд популяции. Важнейшая особенность единого генофонда – его внутренняя неоднородность. Генофонд популяции может быть описан либо частотами генов, либо частотами генотипов, что мы уже повторили

Закон о частотах встречаемости генотипов в генофонде популяции был сформулирован независимо друг от друга английским математиком Дж.Харди и немецким генетиком Г.Вайнбергом.

Предположим, что самцы и самки в популяции скрещиваются случайно.

Образование особей с генотипами АА обусловлено вероятностью получения аллеля А от матери и аллеля А от отца, т.е.:

Аналогично возникновение генотипа аа, частота встречаемости которого g2.

Генотип Аа может возникнуть двумя путями: организм получает аллель А от матери, аллель а от отца или, наоборот, вероятность того и другого события равна р х g, а суммарная вероятность возникновения генотипа Аа равна 2рg.

Таким образом, частоту трех возможных генотипов можно выразить уравнением:

(р + g)2 = р2 + 2рg + g2 = 1.

в котором р – частота встречаемости аллеля А; g – частота встречаемости аллеля а; g2 – частота встречаемости генотипа аа; р2 – частота встречаемости генотипа АА; рg – частота встречаемости генотипа Аа.

Таким образом, если скрещивание случайно, то частоты генотипов связаны с частотами аллелей простым уравнением квадрата суммы. Приведенная выше формула получила название уравнения Харди–Вайнберга.

Закон Харди—Вайнберга в генетике аналогичен первому закону Ньютона в механике, который гласит, что любое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока действующие на него силы не изменят это состояние. Реальные тела всегда подвергаются действию внешних сил, но первый закон Ньютона служит отправной точкой для применения других законов механики. Закон Харди—Вайнберга гласит, что при отсутствии возмущающих процессов частоты генов не изменяются. Однако процессы, изменяющие частоты генов, постоянно происходят в популяциях, и без них бы не было эволюции. Закон Харди—Вайнберга-это отправная точка, из которой мы должны исходить, рассчитывая частоты генов, изменяющиеся под влиянием этих \ процессов.

Теперь давайте решим несколько задач.

Вычислите частоту носителей рецессивного аллеля гена, вызывающего сахарный диабет, если известно, что заболевание встречается с частотой 1 на 200. (Ответ: частота гетерозиготного генотипа 1 на 7,7)

g (aa)=1/200 g (a)= корень из 1/200=0,07 р (А)=1-0,07=0,93

значит частота гетерозигот 2рg (Аа)=2*0,93*0,07= 0,13 или 13%

Тогда: 200чел – 100%

Х чел. – 13% х=26 чел. Являются носителями рецессивного гена, вызывающего сахарный диабет.

Частота гетерозиготного генотипа 200:26=7,7 (один на 7,7)

Почему же мы не наблюдаем большой встречаемости этого заболевания. Возможно, этот ген в гомозиготном состоянии не проявляется у всех имеющих его особей. Это явление называется пенетрантностью. Пенетрантность 50% означает, что фенотипически ген проявляется только у половины имеющих его особей.

В Европе на 10 000 человек с нормальным содержанием меланина встречается 1 альбинос. Ген альбинизма наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Рассчитать частоту встречаемости носителей гена альбинизма.

Носителем называют организм, гетерозиготный по гену, который может вызвать в гомозиготном состоянии нарушение метаболизма.

g2(аа) =1/10 000 g(а) =√1/10 000 = 0,01 р(А) = 1- 0,01 = 0,99

значит частота гетерозигот 2рg (Аа)=2 * 0,99 * 0,01=0,0198 или почти 2%,то есть на 50 человек приходится 1 носитель гена альбинизма.

Х — 2% х=200 чел. Являются гетерозиготными по гену альбинизма.

Тогда 10000:200=50, т.е. на 50 человек приходится 1 альбинос.

Галактоземия (неусваиваемость молочного сахара) наследуется по аутосомно – рецессивному типу, встречается с частотой 1 на 40 000. Рассчитать частоту встречаемости носителей гена галактоземии.

g (aa)=1/40000=0,000025 g (a)=корень из 1/40000=0,005

р (А) =1-0,005=0,995, значит частота гетерозигот 2pg=2*0,005*0,995=0,00995 или 1%

Х — 1% х=400 человек являются носителями гена галактоземии или 40000:400=100, т.е. частота гетерозиготного генотипа 1 на 100.

Какое практическое значение имеют данные расчеты? (можно заранее подготовиться к возможным изменениям)

Какие же следствия вытекают из уравнения Харди-Вайнберга?

1. Значительная доля имеющихся в популяции рецессивных аллелей находится у гетерозиготных особей.

2. Гетерозиготные генотипы являются важным потенциальным источником генетической изменчивости.

3. В каждом поколении из популяции может элиминироваться (т.е. гибель отдельных особей или целых групп организмов (популяций, видов) в результате различных естественных причин) лишь очень малая доля рецессивных аллелей, находящихся в гомозиготном состоянии.

Многие рецессивные аллели элиминируются из популяции потому, что они неблагоприятны для фенотипа (обуславливают гибель до рождения или неспособность к размножению – «генетическая смерть»).

Но не все рецессивные аллели неблагоприятны для популяции. Например, в ряде областей распространено наследственной заболевание серповидноклеточная анемия. Гомозиготные особи обычно умирают, не достигнув половой зрелости, элиминируя при этом по 2 рецессивных аллеля. Геторозиготы не гибнут. Установлено, что во многих частях земного шара частота этого аллеля остается относительно постоянной, а частота гетерозиготного фенотипа достигает 40%. Оказалось, что высокие частоты гетерозигот наблюдаются в районах неблагополучных по малярии. Гетерозиготы устойчивы к малярии. Например, в малярийных районах Северной Африки частота аллеля серповидноклеточности поддерживается на уровне 10-20%. А у негров Северной Америки она упала до 5%. Отсутствие в Северной Америке малярии устранило селективное, то есть отбирающее, действие среды; в результате рецессивный аллель медленно устраняется из популяции.

Этот пример ясно иллюстрирует селективное влияние среды на частоту аллелей – механизм, нарушающий генетическое равновесие, предсказываемое законом Харди-Вайнберга.

Несмотря на известные ограничения, по формуле Харди- Вайнберга можно рассчитать структуру популяции и определить частоты гетерозигот (например, по летальным или сублетальным генам, зная частоты гомозигот по рецессивным признакам и частоты особей с доминантным признаком), проанализировать сдвиги в генных частотаъх по конкретным признакам в результате отбора, мутаций и других факторов.

Популяция находится в равновесии только тогда, когда в ней не происходит отбора. При выбраковке же отдельных животных в такой популяции изменяется соотношение гамет, что влияет на генетическую структуру следующего поколения. Однако К. Пирсон показал, что, как только возникает состояние панмиксии (свободное скрещивание), соотношение генотипов и фенотипов в популяции в следующем поколении возвращается к тому, которое соответствует формуле Харди- Вайнберга, но уже при другом соотношении. Скрещивание, восстанавливающее соотношение генотипов в популяции, в соответствии с формулой Харди- Вайнберга получило название стабилизирующего. Вывод: при использовании в популяции случайных неотобранных производителей или маток наблюдается стабилизация признаков продуктивности на одном уровне, и повышение продуктивности животных в такой ситуации невозможно. Точно так же при отсутствии браковки гетерозиготных носителей рецессивных аномалий частота проявления аномальных животных в популяции остается неизменной.

Практическое значение закона Харди–Вайнберга

В здравоохранении – позволяет оценить популяционный риск генетически обусловленных заболеваний, поскольку каждая популяция обладает собственным аллелофондом и, соответственно, разными частотами неблагоприятных аллелей. Зная частоты рождения детей с наследственными заболеваниями, можно рассчитать структуру аллелофонда. В то же время, зная частоты неблагоприятных аллелей, можно предсказать риск рождения больного ребенка. В селекции – позволяет выявить генетический потенциал исходного материала (природных популяций, а также сортов и пород народной селекции), поскольку разные сорта и породы характеризуются собственными аллелофондами, которые могут быть рассчитаны с помощью закона Харди-Вайнберга. Если в исходном материале выявлена высокая частота требуемого аллеля, то можно ожидать быстрого получения желаемого результата при отборе. Если же частота требуемого аллеля низка, то нужно или искать другой исходный материал, или вводить требуемый аллель из других популяций (сортов и пород). В экологии – позволяет выявить влияние самых разнообразных факторов на популяции. Дело в том, что, оставаясь фенотипически однородной, популяция может существенно изменять свою генетическую структуру под воздействием ионизирующего излучения, электромагнитных полей и других неблагоприятных факторов. По отклонениям фактических частот генотипов от расчетных величин можно установить эффект действия экологических факторов. (При этом нужно строго соблюдать принцип единственного различия. Пусть изучается влияние содержания тяжелых металлов в почве на генетическую структуру популяций определенного вида растений. Тогда должны сравниваться две популяции, обитающие в крайне сходных условиях. Единственное различие в условиях обитания должно заключаться в различном содержании определенного металла в почве).

Урок имеет и большое нравственное значение. Просчитывая процент гетерозигот по некоторым редким наследственным аутосомно-рецессивным болезням, ученики обнаруживают, что количество носителей рецессивного гена неожиданно велико. При проведении анализа таблицы, приходят к выводу о бесполезности метода уничтожения гомозиготных рецессивов, лучше стараться не добавлять в окружающую среду новых мутагенов.

Вывод. «Даже полное устранение из популяции рецессивных гомозигот в каждом поколении не приводит к окончательному исчезновению их даже в сотом поколении, так как гетерозиготные особи являются постоянными поставщиками гомозиготных рецессивов».

Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения с частотой 1 на 2 000. Вычислите частоту носителей этого рецессивного гена.

Врожденный вывих бедра наследуется доминантно, средняя пенетрантность 25%. Заболевание встречается с частотой 6 на 10 000. Определите число здоровых новорожденных. (Ответ: 99.76%)

Рассчитать состав идеальной популяции, если генотипом аа в ней обладает 1 особь из 400.

1) g2 = 1/400 (частота гомозиготного генотипа по рецессивному аллелю);

2) частота рецессивного аллеля а будет равна:

g =, т.е. 1 часть (один аллель) из 20;

3) частота доминантного аллеля будет равна: 20 – 1 = 19;

4) состав популяции: (р + g)2 = р2 + 2рg + g2.

(19 + 1)2 = 192 АА + 2 х 19 Аа + 12 аа = 361 АА + 38 Аа + 1 аа.

Ответ: 361 АА : 38 Аа : 1 аа.

В популяции беспородных собак г. Владивостока было найдено 245 коротконогих животных и 24 с ногами нормальной длины. Коротконогость у собак – доминантный признак (А), нормальная длина ног – рецессивный (а). Определите частоту аллелей А и а и генотипов АА, Аа и аа в данной популяции.

1) Общее количество собак – 245 + 24 = 269.

Генотип собак с ногами нормальной длины – аа, частоту аллеля а (в долях единицы) обозначаем буквой «g». Тогда частота генотипа аа = g2.

g2 = 24/269 = 0,092

Частота рецессивного аллеля:

2) Определяем частоту доминантного аллеля А, т.е. р:

р = 1 – g = 1 – 0,3 = 0,7

3) Определяем частоту генотипа АА, т.е. р2:

4) Определяем частоту гетерозигот, то есть 2рg:

2рg = 2 х 0,7 х 0,3 = 0,42

5) Рассчитываем количество собак разных генотипов:

определяем сумму частот доминантных гомозигот и гетерозигот:

0,49 АА + 0,42 Аа = 0,91;

определяем количество собак с генотипом АА:

245 особей – 0,91

определяем количество собак с генотипом Аа:

245 особей – 0,91

Ответ: 132 АА : 113 Аа : 24 аа

В популяциях Европы из 20 000 человек один – альбинос. Определите генотипическую структуру популяции.

1) Находим частоту рецессивных гомозигот (g2) в долях единицы:

g2 = 1/20 000 = 0,00005,

тогда частота рецессивного аллеля а составит:

2) Определяем частоту доминантного аллеля А:

р = 1 – 0,007 = 0,993

3) Определяем частоту генотипа АА, то есть р2:

р2 = 0,9932 = 0,986

4) Определяем частоту генотипа Аа, то есть 2рg:

2рg = 2 х 0,993 х 0,007 = 0,014

5) Расписываем генотипическую структуру популяции европейцев:

0,986 АА : 0,014 Аа : 0,00005 аа, или в расчете на 20 000 человек:

19 720 АА : 280 Аа : 1 аа

Ответ: 0,986 АА : 0,014 Аа : 0,00005 аа, или 19 720 АА : 280 Аа : 1 аа3

В выборке, состоящей из 84 тыс. растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, так как у них рецессивные гены rr находятся в гомозиготном состоянии. Определить частоты аллелей R и r и частоту гетерозиготных растений, несущих признак альбинизма.

1) Определяем частоту встречаемости генотипа rr:

g2 = 210/84 000 = 0,0025.

2) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

3) Определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:

р = 1 – g = 1 – 0,05 = 0,95

4) Определяем частоту встречаемости гетерозигот:

2рg = 2 х 0,05 х 0,95 = 0,095

Ответ: р(R) = 0,95; g(r) = 0,05; частота встречаемости гетерозигот 0,095 (гомозигот RR: (0,95)2 = 0,9025; гомозигот rr – 0,0025)

Определить вероятное количество гетерозигот в группе кроликов, насчитывающей 500 животных, если в ней выщепляется около 4% альбиносов (альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный признак).

1) Определяем частоту встречаемости гомозигот по рецессивному аллелю:

2) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

3) Определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:

4) Определяем частоту встречаемости гетерозиготного генотипа:

2рg = 2 х 0,2 х 0,8 = 0,32, или 32%;

5) Определяем вероятное количество гетерозигот:

500 особей – 100%

Ответ: 160 особей – с гетерозиготным генотипом .

Вычислить частоту аллелей M и m в соответствующей выборке из популяции: 180 MM и 20 mm.

1) Определяем частоту встречаемости аллеля M:

р = (2Д + Г)/N = (180 + 0)/200 = 0,9

2) Определяем частоту встречаемости аллеля m:

g = 1 – р = 1 – 0,9 = 0,1.

Ответ: р (М) = 0,9; g (m) = 0,1

В популяции садового гороха наблюдается появление растений, дающих желтые и зеленые бобы. Желтая окраска доминантна. Доля растений, дающих зеленые бобы, составляет 81%. Какова частота гомо- и гетерозиготных растений в этой популяции?

1) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля. Из условия задачи вытекает, что gg2 = 0,81, тогда:

2) Определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:

р = 1 – g = 1 – 0,9 = 0,1

3) Определяем генотипическую структуру популяции растений гороха:

(0,1 + 0,9)2 = 0,01 АА + 0,18 Аа + 0,81 аа

Ответ: 1% аа : 18% Аа : 81% аа

Вычислить частоту аллелей А и а в популяции с соотношением генотипов: 64 АА : 32 Аа : 4 аа.

1) Из условия задачи можно сделать вывод о генотипической структуре популяции:

0,64 АА : 0,32 Аа : 0,04 аа, определяем частоту встречаемости доминантного аллеля:

р2 = 0,64, тогда p == 0,8.

Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля:

g2 = 0,04, тогда g = = 0,2

Ответ: р = 0,8; g = 0,2

Решение теста по теме «Закон и уравнение Харди – Вайнберга.»

1. Совокупное количество генетического материала, которое слагается из генотипов отдельных особей

1. Мутация 2. Генофонд 3. Кариотип 4.Фенотип

2. Наука, возникшая из синтеза генетики и классического дарвинизма

1. Популяционная генетика 2. Дарвогенетика

3. Генетический дарвинизм 4. Селекция

3. Элементарные изменения наследственного материала

1. Модификации 2. Комбинации 3. Мутации 4.Перекомбинации

4. Случайное свободное скрещивание

1. Панмиксия 2. Перекомбинация 3. Опыление 4. Оплодотворение

5. Совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, длительно существующих на определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида

1. Биоценоз 2. Сообщество 3. Популяция 4.Экосистема

6. Частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещивания при отсутствии давления отбора и других факторов остается постоянной. Это закон:

1. С.С. Четверикова 2. Харди-Вайнберга 3. Г. Менделя 4.Г.Моргана

7. «Природная популяция как губка насыщена рецессивными мутациями, оставаясь внешне однородной». Кому принадлежит это высказывание?

1. Харди 2. С.С. Четверикову 3. Вайнбергу 4.Г.Менделю

8. В математическом выражении закона Харди-Вайнберга

p²(АА) + 2pg(Аа) + g²(аа) = 1 что означает р -?

1) частота доминантного аллеля (А) 2) частота рецессивного аллеля (а)

3) частота гомозиготного доминантного генотипа (АА)