Дрейф генов и случайные ненаправленные изменения генофонда популяции уравнение харди вайнберга

Видео:Дрейф генов. Популяционные волны. 10 класс.Скачать

Особенности генетической структуры популяции

Генетика популяций

Генетика популяций — важнейшая отрасль генетики, которая занимается изучением генетической структуры природных популяций, а также различных происходящих в ней генетических процессов.

Большое значение генетика популяций имеет в развитии эволюционной теории. Достижения генетики популяций позволили установить, что популяция является не просто единицей вида, но также и полноценной единицей эволюции.

Первым в этом направлении стал работать русский генетик С. С. Четвериков — это были 20-е годы 20 века. Развитие этой науки также связано с такими именами как:

• С. М. Гершинзон;
• Д. Д. Ромашов;
• Р. Фишер;
• Н. П. Дубинин;
• Ф. Г. Добржанский;
• Р. Райт.

В современном понимании популяция представляет собой специфическую и принадлежащую одному виду совокупность особей, которая характеризуется наличием общего генофонда и общей территории.

Закон Харди-Вайнберга

Популяция включает в себе особей одного вида. Каждая из этих особей отличается одинаковым набором генов. Но каждый ген может быть представлен разными аллелями — их число может быть довольно большим. Поэтому стоит сделать замечание, что популяция представляет собой все же совокупность неодинаковых в генетическом плане особей, отличающихся различными состояниями свойственными им признаками.

Популяции одного и того же вида в природе нередко отличаются частотами встречаемости конкретных аллельных генов.

Важная задача популяционной генетики — изучение закономерностей распределения аллелей в популяциях. Именно этим вопросом занимались такие ученые как В. Вайнберг и Г. Харди. Согласно их исследованиям, в достаточно больших популяциях не возникают новые мутации, даже при условии, что особи свободно скрещиваются между собой, а какой-либо внешний фактор, влияющий на определенное сочетание аллелей, отсутствует. Также не происходит обмен генетической информацией с другими популяциями в ходе миграции особей.

Происходит стабилизация соотношения аллелей на протяжении нескольких поколений. И длительное время такое соотношение остается неизменным.

Из установленной Г. Харди и В. Вайнбергом закономерности следует, что при постоянстве внешних и внутренних факторов частота встречаемости аллелей у больших популяций, находящихся в изоляции от других, длительное время остается устойчивой.

Для описания распределения частот в панмиксической популяции по одной паре аллельных генов (А-а) ученые придумали формулу (формула Харди-Вайнберга). Эта формула служит простейшей моделью и основой для проведения более сложных популяционно-генетических исследований.

Формула Харди Вайнберга выглядит так:

Уравнение Харди-Вайнберга

Уравнение имеет следующий вид:

В этом уравнении:

• q является обозначением частоты встречаемости рецессивного гена;
• p обозначает частоту встречаемости доминантного гена;
• q² — таким сочетанием обозначают частоту встречаемости генотипа aa;
• p² скрывает частоту встречаемости генотипа AA;
• 2pq — это частота встречаемости генотипа Aa.

Существенное влияние на распределение частот встречаемости генотипов потомков возможно только при отсутствии свободного скрещивания. Это было подтверждено в ходе исследований.

Изменение частоты возможно в результате влияния интенсивных миграций особей между популяциями. В итоге происходит активный обмен разными аллелями.

Происходящие в популяциях мутации дают отклонения в показателях частот встречаемости аллелей.

Дрейф генов

Главная причина изменений генетической структуры популяций — дрейф генов.

Под дрейфом генов понимают случайное ненаправленное изменение частоты встречаемости аллелей в популяциях.

Наиболее заметно это явление в популяциях, насчитывающих небольшое количество особей: в таком случае существует ограничение свободного спаривания в процессе размножения.

Большая численность популяции обеспечивает меньшее влияние дрейфа генов на изменение частот встречаемости аллелей.

Генетическая структура популяций

Между собой популяции различаются частотой разнообразных сочетаний аллельных генов.

Генофонд — совокупность всех генов и их аллелей особей одной конкретной популяции.

Рецессивные мутации играют важную роль в генетике. Во многом потому, что распространение рецессивных признаков в популяции происходит в гетерозиготном состоянии, а в фенотипе они не проявляются.

Тем не менее со временем повышаются шансы на образование гомозигот по рецессивному признаку. В таком случае эти признаки находят проявление в фенотипе. В случае, если признак окажется полезным или нейтральным, то он сохранится. Вредный признак приведет к гибели его носителя.

По этой причине рецессивные мутации — это резерв наследственной изменчивости популяций.

Видео:Закон Харди-Вайнберга - наглядное объяснение | Закон генетического равновесияСкачать

Генетическая структура популяций. Закон Харди — Вайнберга

Вы будете перенаправлены на Автор24

Видео:Факторы изменения генофонда популяции. 11 классСкачать

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».

Видео:Принцип Харди-УайнбергаСкачать

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.

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

Видео:Популяции | Биология 11 класс #3 | ИнфоурокСкачать

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.

Видео:Закон Харди-Вайнберга на ЕГЭ по БиологииСкачать

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.

Видео:Решение задачи по генетике на определение частот аллелей гена в популяции | Закон Харди-ВайнбергаСкачать

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: 03.03.2022

Видео:28 Генетика популяций, закон Харди-ВайнбергаСкачать

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.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

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.

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.

📺 Видео

ЗАДАНИЯ С РАСЧЕТАМИ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА ХАРДИ-ВАЙНБЕРГА. ПЕРВЫЙ ТИП ЗАДАНИЙСкачать

43. Решение задач по популяционной генетики (часть 1)Скачать

Популяционные волны. Дрейф генов. Видообразование.Скачать

Генетические процессы в популяциях. Видеоурок по биологии 11 классСкачать

12. Популяционная генетика. Решение генетических задач 9 - 11 классСкачать

Биология 11 класс (Урок№4 - Механизмы эволюционного процесса.)Скачать

15x4 - 15 минут про популяционную генетикуСкачать

Шурупова Яна Андреевна - Теория эволюции - 7. ПопуляцияСкачать

СНОВА ИЗМЕНЕНИЯ В ЕГЭ ПО БИОЛОГИИ 2024! рассказываю все новостиСкачать

Марков А. В. - Теория эволюции - Дрейф геновСкачать

Синтетическая теория эволюции. Видеоурок 3. Биология 11 классСкачать

Экзамен по биологии | АНТРОПОГЕНЕЗ. ЭКОЛОГИЯСкачать