Что изучает популяционная генетика кратко

Обновлено: 05.07.2024

Генетика популяций постулирует, что единица эволюционного процесса должна представлять собой неделимое единство и быть способной изменяться в ряду поколений. Ни вид, ни особь не удовлетворяют этим критериям. Элементарной единицей эволюционного процесса является популяция.

Популяция – это изолированная группа особей одного вида, связанная общностью территории и происхождения. Этот термин был предложен В. Иоганнсеном в 1909 г.

Представление о популяции как единице эволюции сформировалось почти сразу после возникновения дарвинизма. Популяция представляет собой непрерывный ряд поколений, она характеризуется и наследственностью, и изменчивостью. Понятие популяции применимо для организмов, как размножающихся половым путем, так и для лишенных полового процесса.

Гетерозиготность популяции показывает среднюю частоту особей, гетерозиготных по определенным локусам. Для подсчета гетерозиготности сначала определяют частоты гетерозигот по каждому локусу, а затем вычисляют среднее из полученных результатов. Чем большее количество локусов будет исследовано, тем более точная оценка изменчивости популяции будет получена. Исследования показали, что для приблизительной оценки достаточно проанализировать около 20 локусов.

Гетерозиготность – надежный показатель изменчивости. Она определяет вероятность того, что два любых аллеля одного локуса из генофонда популяции, взятые наугад, будут разными. Средняя гетерозиготность популяций человека составляет 6,7 % (Айала Ф., Кайгер Дж., 1988).

Таким образом, популяция – это совокупность генотипов, различающихся по многим локусам. Большинство локусов характеризуются множественными аллелями. Такое явление получило название полиморфизма. Количественным выражением полиморфизма популяции служит полиморфность (Р), показывающая долю полиморфных локусов. Так, если в исследованной популяции из 40 локусов 8 локусов оказались полиморфными (представленными несколькими аллелями), а 32 – мономорфными (представленными одним аллелем), то Р = 0,2, или 20 %.

Полиморфизм не выражает в полной мере степень генетической изменчивости популяции. Все локусы, имеющие больше одного аллеля, при вычислении Р будут равнозначными. Однако один локус может иметь в популяции 2 аллеля, а другой – 20. Не изменяет Р и относительная частота аллелей при одинаковом их числе. Аллели могут быть более-менее равномерно представлены в популяции, а может наблюдаться явное превалирование одного аллеля над всеми остальными.

Важнейшей характеристикой популяции являются показатели частот аллелей и генотипов составляющих ее особей. Их позволяет рассчитать ключевой закон популяционной генетики – закон Харди – Вайнберга. Он гласит, что при случайном скрещивании и отсутствии внешних факторов частота аллелей в популяции постоянна.

Для обозначения частот аллелей в популяционной генетике используются специальные символы: р – частота аллеля А; q – частота аллеля а; тогда p + q = 1.

Зная частоты аллелей, можно рассчитать частоты генотипов. Вероятность получения каждого генотипа равна вероятности объединения соответствующих гамет.

Для расчета частот генотипов применяют формулу квадрата двучлена:

где p 2 – частота генотипа АА; 2pq – частота генотипа Аа; q 2 – частота генотипа аа.

Применение закона Харди – Вайнберга для расчета частот аллелей у человека наглядно демонстрирует пример аутосомно-рецессивных болезней. Зная частоту встречаемости генетического заболевания, по формуле Харди – Вайнберга мы можем рассчитать частоту аллелей (с поправкой на погрешность). Например, одно из тяжелейших аутосомно-рецессивных заболеваний человека – муковисцидоз, встречается с частотой 1: 2500. Поскольку все случаи проявления обусловлены гомозиготой рецессивного аллеля, то:

Частота гетерозигот (2pq) = 2 ? 0,98 ? 0,02 = 0,039 (около 4 %).

Мы видим, что почти 4 % людей (совсем не мало) являются носителями гена муковисцидоза. Это показывает, сколь большое число рецессивных патогенных генов находится в скрытом состоянии.

При множественном аллелизме частоты генотипов определяются возведением в квадрат многочлена из частот аллелей. Например, имеются три аллеля: а1, а2, а3.

Их частоты соответственно: p, q, r. Тогда p + q + r = 1.

Для расчета частот генотипов:

где p 2 – частота генотипа а1 а1; q 2 – частота генотипа а2 а2; r 2 – частота генотипа а3 а3; 2pq – частота генотипа а1 а2; 2pr – частота генотипа а1 а3; 2rq – частота генотипа а2 а3.

Необходимо отметить, что сумма частот генотипов, как сумма частот аллелей всегда будет равна 1, т. е. (p + q) 2 = (p + q + r) 2 = =… = 1. Частоты генотипов остаются неизменными в последующих поколениях.

Если число аллелей одного локуса обозначить k, то число возможных генотипов (N) можно рассчитать по специальной формуле:


В строгом виде закон Харди – Вайнберга применим только для идеальной популяции, т. е. достаточно большой популяции, в которой осуществляется свободное скрещивание и не действуют внешние факторы. Только при этих условиях популяция находится в равновесии. Такие идеальные условия в природе никогда не реализуются. Рассмотрим подробнее два ограничения применения закона Харди – Вайнберга, касающиеся свободного скрещивания и действия внешних факторов.

В генетике популяций выделяют два вида скрещиваний:

1. Панмиксия – свободное скрещивание: вероятность образования брачной парыне зависит от генотипа партнеров. В отношении целых генотипов панмиксия в природе почти никогда не соблюдается, однако она вполне применима в отношении отдельных локусов.

2. Ассортативность – избирательное скрещивание: генотип влияет на выбор брачного партнера, т. е. особи с определенными генотипами спариваются чаще, чем при случайной вероятности. Избирательное скрещивание не изменяет частот генов, но изменяет частоты генотипов. Одной из крайних разновидностей ассортативности является целенаправленный инбридинг – скрещивание между родственными особями. Применительно к человеку ассортативность будет рассматриваться в разделе психогенетики.

Отклонение от равенства Харди – Вайнберга свидетельствует о том, что на популяцию действует какой-либо внешний фактор. Для анализа изменений генных частот в настоящее время разработаны сложные и довольно громоздкие системы уравнений. Это объясняется наличием переменных факторов, влияющих на результат. Разновидности эволюционных факторов мы рассмотрим чуть ниже, а пока отметим, что в любой достаточно большой популяции отклонения будут весьма незначительны, поэтому закон Харди – Вайнберга позволяет проводить важнейшие расчеты и является основой популяционной генетики. Но эти отклонения становятся значимыми, когда мы начинаем рассматривать процесс в эволюционном масштабе времени. Динамика генофонда популяций и представляет эволюцию на генетическом уровне.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

8. Генетика макроорганизмов

8. Генетика макроорганизмов Наследственный аппарат бактерий представлен одной хромосомой, которая представляет собой молекулу ДНК.Функциональными единицами генома бактерий, кроме хромосомных генов, являются: IS-последовательности, транспозоны,

Что изучает наука генетика?

Что изучает наука генетика? Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, генетику животных, генетику микроорганизмов, генетику человека и т. д., а в

Частная генетика собаки

Частная генетика собаки Генетика окраскиИсследованием окраски собак занимались многие ученые. Сведения по генетике этого признака были опубликованы в монографиях Ильина (1932), Доусона (1937), Уитни (1947), Бернса и Фрезер (1966) и других. Многие авторы детально исследовали

Генетика поведения собак

Генетика поведения собак Несмотря на все многообразие и сложность поведения собаки, его наследование подчиняется тем же закономерностям, что и морфологические признаки. Разнообразие пород, отличающихся друг от друга формами поведения, издавна привлекало внимание

Генетика популяций

Генетика популяций Генетика популяций постулирует, что единица эволюционного процесса должна представлять неделимое единство и быть способной изменяться в ряду поколений. Ни вид, ни особь не удовлетворяют этим критериям. Элементарной единицей эволюционного процесса

11.2. Популяционная экология

11.2. Популяционная экология Основной структурой теоретических построений экологии является популяция. На популяционном уровне сформулированы базовые экологические понятия и

8.2. Популяционная структура вида

8.2. Популяционная структура вида Каждый вид, занимая определенную территорию (ареал), представлен на ней системой популяций. Чем сложнее расчленена территория, занимаемая видом, тем больше возможностей для обособления отдельных популяций. Однако в не меньшей степени

Генетика развития

Генетика развития Не вызывает сомнений, что генетика развития представляет собой сейчас одну из наиболее активных областей биологии в отношении как теоретических построений, так и эксперимента. Однако в течение трех первых десятилетий XX в., когда и генетика, и биология

7.1. Генетика и наследственность

7.1. Генетика и наследственность Наследственные различия между организмами, одинаковыми в других отношениях, зависят от генетических различий; эти последние зависят от различий в структуре ДНК или в ее расположении в хромосомах, а эти различия ведут к изменениям в

Генетика и преступность

Генетика и преступность Если есть на свете что-то более политически спорное, чем связь между наследственностью и интеллектом, то это — генетические корни преступности. Попытки свести криминальное поведение к биологии имеют столь же длинную и проблематичную историю, как

Тема 6. Молекулярная генетика

Тема 6. Молекулярная генетика Кто ясно мыслит, тот ясно излагает. А. Шопенгауэр (1788–1860), немецкий философ Молекулярная генетика изучает молекулярные основы наследственности и изменчивости. Основное положение молекулярной генетики связано с признанием ведущей роли

29. Генетика пола

29. Генетика пола Вспомните!Каково соотношение мужчин и женщин в человеческой популяции?Что вам известно об определении пола из предыдущих курсов биологии?Какие организмы называют гермафродитными?Проблема взаимоотношения полов, морфологические и физиологические


Разбираемся с темой популяционной генетики: ее определение, для чего нужна, кто является основателем и главные этапы развития этого раздела биологии.

Что такое популяционная генетика

Это раздел генетики, который занимается изучением генофонда целых популяций и его изменений под влияний движущих сил эволюции, пытается объяснить различные процессы адаптации и формирования видов. Популяционная генетика является одной из важнейших составляющих синтетической теории эволюции.

Для чего нужна популяционная генетика

Необходимость изучения раздела строится на идее о том, что именно через популяционный уровень происходит генетическая преемственность поколений. А значит, что и такие важные биологические свойства, как численность, плодовитость, устойчивость к заболеваниям, тоже можно отслеживать и регулировать.

Существуют определенные механизмы, которые определяют генетически структуру популяций. Их можно разделить на две группы:

  1. Поддерживающие равновесие. К ним относятся естественный отбор и дрейф генов. Естественный отбор — основной фактор эволюции, в результате которого поддерживается и увеличивается число тех особей, кто сумел приспособиться под новые условия. Дрейф генов — случайные изменения частот аллелей (различные формы одного и того же гена) и генотипов, происходящие в небольшой полиморфной популяции при смене поколений.
  2. Нарушающие равновесие. Это мутагенез и поток генов. Мутагенез отвечает за процесс изменения в нуклеотидной последовательности ДНК, который в дальнейшем приводит к мутациям. Поток генов — это перенос аллелей генов из одной популяции в другую.

Кто является основателем метода исследования

Популяционная генетика

На становление популяционной генетики повлияли Сьюэл Райт, Джон Холдейн, Рональд Фишер и Сергей Четвериков. Однако ключевые закономерности, определяющие частоты аллелей в популяции, были определены Годфри Харди и Вильгельмом Вайнбергом.

Закон Харди-Вайнберга гласит: в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует естественный отбор, не идет мутационный процесс, нет обмена особями с другими популяциями, не осуществляется дрейф генов, а скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо аллельному гену будут поддерживаться на одном уровне из поколения в поколение. Такое утверждение соответствует формуле:

\(p^2 + 2pq + q^2 = 1,\) где

\(p^2\) — доля гомозигота по одному из аллелей,

\(p\) — частота этого аллеля,

\(q^2\) — доля гомозигота по альтернативному аллелю,

\(q\) — частота соответствующего аллеля,

\(2pq\) — доля гетерозигот.

Генетика

Этапы развития популяционной генетики

История становления этого раздела генетики состоит из четырех основных этапов, которые затрагивают определенные промежутки времени и имеют свое значение:

  1. Вторая половина 1920-х — конец 1930-х годов. Период характеризуется накоплением информации о генетической гетерогенности популяций. Итогом стало появление представлений о полиморфизме (способность некоторых организмов существовать в состояниях с различной внутренней структурой или в разных внешних формах) популяций.
  2. 1940-е - середина 1960-х годов. На этом этапе осуществляется изучение механизмов поддержания генетического полиморфизма популяций. Появляются представление о важности гетерозиса в становлении генетического полиморфизма.
  3. Вторая половина 1960-х — конец 1970-х. Широко применяется белковый электрофорез для изучения полиморфизма популяций. Происходит формирование идей о нейтральном характере эволюции.
  4. С конца 1970-х годов. Происходит смещение в сторону ДНК-технологий для изучения особенностей процессов, осуществляющихся в популяциях. Одним из важнейших моментов этого этапа является начало широкого применения вычислительной техники и специальных программ для анализа различных типов генетических данных.

Остались вопросы? Не справляешься с контрольной работой, курсовой или дипломом? Пиши специалистам ФениксХелп, они помогут разобраться с работой любой сложности.

Изменчивость - свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки.

Различают наследственную и модификационную изменчивость.

2. Что такое генотип и фенотип?

Совокупность всех генов какого-либо организма называют генотипом.

Совокупность всех внешних и внутренних признаков и свойств организма называют фенотипом.

3. Что такое гены? Какие гены называют аллельными?

Ген — это участок ДНК, несущий информацию о строении одной молекулы белка.

Аллельные гены - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом.

4. Что такое мутации? Какие виды мутаций вам известны?

Мутации - это изменения генотипа, происходящие под влиянием факторов внешней или внутренней среды.

Мутации могут затрагивать генотип в различной степени, и поэтому их делят на генные, хромосомные и геномные. Среди них встречаются следующие виды мутаций: утрата, делеция, дупликация, инверсия, полиплоидия.

Вопросы

1. Что изучает популяционная генетика?

Популяционная генетика изучает как аллели ведут себя в популяции, в чём состоят механизмы, изменяющие соотношение аллелей в пределах популяции, и как протекают в популяции эволюционные изменения.

2. Что такое генофонд?

Генофонд - совокупность всех генотипов, представленных в популяции.

3. Почему генофонд популяции постоянно изменяется?

Генофонд популяции постоянно изменяется под влиянием разных экологических факторов. Во-первых, это связано с мутационной изменчивостью самих генотипов, образующих генофонд. Во-вторых, генофонд может направленно изменяться под действием отбора. У разных групп организмов изменчивость генофонда различна, но в целом она достаточно высока.

4. Какое значение имеет изучение изменения генофонда популяций?

Изучение состава генофонда популяции позволяет сделать вывод о происходящих в ней эволюционных изменениях.

5. Какие факты могут служить доказательством приспособительного (адаптивного) характера изменений генофонда?

Одним из примеров, доказывающих приспособительный характер изменений генофонда популяции, может служить так называемый индустриальный механизм у березовой пяденицы. Окраска крыльев этой бабочки имитирует окраску коры берез, на которых эти сумеречные бабочки проводят светлое время суток. В популяциях, обитающих в индустриальных районах, со временем стали преобладать ранее крайне редкие темные бабочки, а белые, напротив, стали редкими. В генофондах этих популяций изменилась частота аллелей, определяющих соответствующую покровительственную окраску.

6. Какие изменения генофонда позволяют делать вывод о происходящих в популяции эволюционных изменениях?

О происходящих в популяции эволюционных изменениях можно судить по изменению частоты встречаемости отдельных генов. Происходящие изменения внешнего строения организмов, особенностей их поведения и образа жизни и в конечном итоге — по лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды, являются следствием возрастания в генофонде частот одних генов и снижения частот других.

Задания

Подумайте, какие выводы о причинах различия в генетическом составе разных популяций человека можно сделать, учитывая тот факт, что люди с разными группами крови обладают разной восприимчивостью к некоторым болезням (малярии, диабету, астме и т. д.).

Причиной различия в генетическом составе разных популяций человека можно считать влияние определенной среды определенный период времени. С генетической точки зрения изменчивость представляет собой результат реакции генотипа в процессе индивидуального развития организма на условия внешней среды.

Второй причиной можно считать изолированность популяции с особями, обладающими конкретными признаками, в результате чего увеличивается частота определенных генов.

Изучив основной текст параграфа и познакомившись с дополнительным текстом, обсудите с одноклассниками, какие свойства живого, процессы и явления могут рассматриваться в качестве главных движущих сил эволюции с позиций современной биологической науки.

Ч. Дарвин и его последователи к основным факторам эволюции относили изменчивость, наследственность и естественный отбор. В настоящее время к ним добавляют множество других дополнительных, неосновных факторов, которые, тем не менее, оказывают влияние на эволюционный процесс, а сами основные факторы понимаются теперь по-новому.

Ведущие факторы эволюции. К ведущим факторам эволюции в настоящее время относят мутационные процессы, популяционные волны численности, изоляцию и естественный отбор.

Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат становится неопределенным, однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов. Популяции, насыщенные мутациями, обладают широкими возможностями для совершенствования существующих и выработки новых приспособлений в измененяющихся условиях среды. Однако сам мутационный процесс без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он является лишь поставщиком элементарного эволюционного материала.

Популяционными волнами называют колебания численности особей в популяции. Причины этих колебаний могут быть различными. Например, резкое сокращение численности популяции может произойти вследствие истощения кормовых ресурсов. Среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут оказаться редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.

В качестве третьего основного фактора эволюции выступает обособленность (изоляция) группы организмов. На эту особенность указывал еще Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимость этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию.

Направляющий фактор — естественный отбор. Однако в настоящее время представления о естественном отборе дополнились новыми фактами, значительно расширились и углубились. Естественный отбор следует понимать как избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется ее вкладом в генофонд популяции. Отбор действует в популяции, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Фенотип организма формируется на основе реализации информации генотипа в определенных условиях среды. Таким образом, отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы.

ПОПУЛЯЦИО́ННАЯ ГЕНЕ́ТИКА (ге­не­ти­ка по­пу­ля­ций), на­прав­ле­ние в ге­не­ти­ке, рас­смат­ри­ваю­щее про­цес­сы фор­ми­ро­ва­ния ге­не­тич. раз­но­об­ра­зия в по­пу­ля­ции и за­ко­но­мер­но­сти его из­ме­не­ния в ря­ду по­ко­ле­ний и в раз­ных час­тях ареа­ла. В за­да­чу П. г. вхо­дят как ис­сле­до­ва­ния при­род­ных и экс­пе­рим. по­пу­ля­ций, так и тео­ре­ти­че­ские. Пред­став­ле­ния об эле­мен­тар­ных фак­то­рах эво­лю­ции, раз­ра­бо­тан­ные в рам­ках П. г., со­ста­ви­ли ос­но­ву син­те­тич. тео­рии эво­лю­ции, объ­е­ди­нив­шей клас­сич. дар­ви­низм и ге­не­ти­ку. Ос­но­вы П. г. бы­ли за­ло­же­ны ис­сле­до­ва­ния­ми С. С. Чет­ве­ри­ко­ва , Р. Фи­ше­ра , Дж. Хол­дей­на и амер. ге­не­ти­ка С. Рай­та. Зна­ком­ст­во учё­ных с эво­лю­ци­он­но-ге­не­тич. пред­став­ле­ния­ми, сфор­ми­ро­вав­ши­ми­ся в Рос­сии к нач. 1930-х гг., со­стоя­лось в Ев­ро­пе бла­го­да­ря Н. В. Ти­мо­фее­ву -Ре­сов­ско­му, в США – Ф. Г. Добр­жан­ско­му . П. г. яв­ля­ет­ся тео­ре­тич. ос­но­вой управ­ле­ния при­род­ны­ми по­пу­ля­ция­ми, их мо­ни­то­рин­га и со­хра­не­ния. Дан­ные П. г. ис­поль­зу­ют при про­ве­де­нии гра­ниц эко­но­мич. тер­ри­то­рий мор. про­мыс­ла, раз­ра­бот­ке ме­то­дов борь­бы с па­ра­зи­та­ми и вре­ди­те­ля­ми, ус­та­нов­ле­нии сте­пе­ни род­ст­ва эт­но­сов, вос­ста­нов­ле­нии эво­лю­ци­он­ной ис­то­рии че­ло­ве­че­ст­ва. См. так­же ст. По­пу­ля­ция и лит. при ней.

Читайте также: