Основно съдържание

Биологична библиотека

Курс: Биологична библиотека > Раздел 25

Урок 2: Популационна генетика

Алелна честота & генофонд

Класна стая на Google

Как се намира алелната честота и как се различава от генотипна честота. Какво е генофонд.

Ключови точки:

Микроеволюцията е промяна в честотата на вариантите (алелите) на даден ген в дадена популация, която обикновено се случва за относително кратък период от време.
Популационната генетика е област в биологията, която изучава алелните честоти в дадени популации, както и промените в тези честоти с течение на времето.
Алелната честота означава колко често се среща определен алел в дадена популация. Тя се определя чрез преброяване на това колко пъти алелът се появява в популацията, след което тази стойност се разделя на общия брой копия на гена.
start text, Ч, е, с, т, о, т, а, space, н, а, space, а, л, е, л, space, end text, A equals $\dfrac{{\text{Брой копия на алел }A \:{\text {в популацията}}}}{\text{Общ брой }{\text{копия на гена в популацията}}}$ start fraction, start text, Б, р, о, й, space, к, о, п, и, я, space, н, а, space, а, л, е, л, space, end text, A, start text, в, space, п, о, п, у, л, а, ц, и, я, т, а, end text, divided by, start text, О, б, щ, space, б, р, о, й, space, end text, start text, к, о, п, и, я, space, н, а, space, г, е, н, а, space, в, space, п, о, п, у, л, а, ц, и, я, т, а, end text, end fraction
Генофондът на дадена популация се състои от всички копия на всички гени в тази популация.

Дарвин среща Мендел — не буквално

Когато Дарвин създава теориите за еволюцията и за естествения отбор, той знае, че процесите, които описва, зависят от наследствени вариации в популациите. С други думи, те зависят от разлики в характеристиките на организмите в популацията и от възможността тези различни характеристики да се предадат на следващото поколение.

[Виж бърз преговор на еволюцията и естествения отбор.]

Но Дарвин не знае как белезите се унаследяват. Подобно на други учени от неговото време, той смята, че белезите се предават чрез смесване. Според този модел белезите на родителите се смесват перманентно в тяхното поколение. Моделът на смесване е опроверган от австрийския монах Грегор Мендел, който открива, че белезите се определят от наследствени единици, наречени гени.

Въпреки че Мендел публикува трудовете си по генетика само няколко години след като Дарвин публикува своите идеи за еволюцията, Дарвин вероятно никога не прочита работата на Мендел. Днес комбинираме идеите на Дарвин и на Мендел, за да получим по-ясна представа за това какво е еволюцията и как работи.

Микроеволюция и популационна генетика

Микроеволюцията (еволюция в малък мащаб) е промяна в честотата на вариантите на ген (алели) в дадена популация със смяна на поколенията. Областта от биологията, която изучава алелните честоти в популациите, както и промените на тези честоти с течение на времето, се нарича популационна генетика.

Микроеволюцията понякога се съпоставя с макроеволюцията – еволюция, която включва големи промени като формирането на нови групи или видове, и която отнема дълги периоди от време. Въпреки това повечето биолози разглеждат микроеволюцията и макроеволюцията като един и същ процес с различно времетраене. Микроеволюционните събития се натрупват постепенно и с минаването на дълги периоди от време водят до макроеволюционни промени.

Да разгледаме три понятия, които са в основата на определението за микроеволюция: популации, алели и алелна честота.

Популации

Популацията е група организми от един биологичен вид, които се срещат в една и съща част от ареала на вида, и могат да се кръстосват свободно помежду си. Популацията е най-малката единица, която може да еволюира, с други думи, отделният индивид не може да еволюира.

Алели

Алелът е вариант на даден ген, той е наследствена единица, която контролира определена характеристика на организма.

Например Мендел изучава ген, който контролира оцветяването на цветовете на граховите растения. Този ген има бял алел — w и лилав алел — W. Всяко грахово растение има две копия на гена, които могат да са с еднакви или с различни алели. Когато алелите са различни, единият — доминантният алел W, може да скрие другия — рецесивния алел w. Наборът от алели на растението, наречен генотип, определя неговия фенотип (неговите видими характеристики), в този случай оцветяването на цветовете.

Алелна честота

Алелната честота се отнася до това колко често даден алел се среща в определена популация. Например, ако всички алели в популация на грахови растения са лилави — W, алелната честота на W ще е 100% или 1,0. Но ако половината от алелите са W, а другата половина — w, всеки от двата алела ще има алелна честота от 50% или 0,5.

Можем да дефинираме алелната честота като

start text, Ч, е, с, т, о, т, а, space, н, а, space, а, л, е, л, space, end text, A equals

\dfrac{{\text{Брой копия на алел }A \:{\text {в популацията}}}}{\text{Общ брой}\:{A/a}{\text{ генни копия в популацията}}}

start fraction, start text, Б, р, о, й, space, к, о, п, и, я, space, н, а, space, а, л, е, л, space, end text, A, start text, в, space, п, о, п, у, л, а, ц, и, я, т, а, end text, divided by, start text, О, б, щ, space, б, р, о, й, end text, A, slash, a, start text, space, г, е, н, н, и, space, к, о, п, и, я, space, в, space, п, о, п, у, л, а, ц, и, я, т, а, end text, end fraction

Понякога в популацията може да има повече от два алела (например определен ген може да има алели A, a и A, start subscript, i, end subscript). При такъв случай в знаменателя трябва да съберем всички различни алели на гена.

Възможно е да пресметнем и честотата на генотип — пропорцията от индивиди с даден генотип, както и честотата на фенотип — пропорцията индивиди с даден фенотип. Не забравяй, че тези понятия са различни от алелната честота. Ще видим разликата в следващия пример.

Пример: Да намерим честотата на алел

Нека обърнем внимание на следния пример. Да разгледаме малката популация от девет грахови растения, показана по-долу. Всяко грахово растение има две копия от гена за оцветяване на цветовете.

Да погледнем двете копия на гена във всяко растение и да преброим колко са копията на W – откриваме, че те са 13. Ако преброим колко са копията на w, ще видим, че те са пет. Общият брой копия на гена в цялата популация е 13, plus, 5, equals, 18.

Можем да разделим броя на копията на всеки алел на общия брой копия, за да получим алелната честота. Прието е, когато даден ген има само два алела в популацията, техните честоти да се означават със символите p и q:

p, equals, start text, ч, е, с, т, о, т, а, space, н, а, end text, W equals 13, slash, 18 equals 0, comma, 72 или 72, percent

q, equals, start text, ч, е, с, т, о, т, а, space, н, а, end text, w equals 5, slash, 18 equals 0, comma, 28 или 28, percent

Когато се съберат честотите на всички алели на гена, трябва да се получи едно или 100%.

Алелната честота е различна от честотата на генотипа или на фенотипа. Честотите да даден генотип или фенотип също могат да се пресметнат и са важни за разбиранията ни за еволюцията на популациите, но те се различават от алелната честота. Диаграмата по-долу илюстрира разликата:

Да си представим, че се връщаме при граховите растения след едно поколение, за да проверим от какъв генотип са новите растения, които съставят популацията. За да открием алелната честота, отново разглеждаме генотипа на всеки индивид, преброяваме копията на всеки алел и разделяме на общия брой копия на гена. Сега виждаме, че честотата на W е намаляла до 8, slash, 18, equals, 0, comma, 44 или 44%, а честотата на w се е увеличила до 10, slash, 18 или 56%.

С поколенията се е появила промяна в алелната честота в популацията, така че според дефиницията за микроеволюция можем да кажем, че популацията е еволюирала. Ако правехме научно изследване, щяхме да използваме статистически тест, за да потвърдим, че тези пропорции наистина се различават.

Ще говорим за факторите, които водят до еволюция на популацията, включително естествен отбор, генетичен дрейф — случайна промяна, и други фактори в останалата част на този урок.

Генофондът

Общият набор от копия на всички гени в дадена популация се нарича генофонд. Името генофонд идва от идеята, че взимаме всички копия на всички гени от индивидите в определена популация и ги слагаме в един голям, общ фонд.

Как би изглеждало това? В примера по-горе минахме през всички девет индивида от популацията и разгледахме копията им на гена за оцветяване на цветовете. Имаше 18 отделни копия на гена, всяко от които беше с алел W или w. Сега си представи да преминем през същия процес за всеки един ген на граховите растения, включително гените, които контролират височината, оцветяването на семената, формата на семената, метаболизма и т.н. За всеки ген ще има по 18 копия, които са взети и сложени в общия фонд. Накрая на този процес общият фонд от копия на гените ще представлява генофонда на нашата популация.

Разглеждайки всички копия на всички гени в популацията, можем да разберем колко е голямо генетичното разнообразие в популацията. Колкото повече разнообразие има в популацията, толкова по-добре тя може да се приспособи към промени в средата чрез естествен отбор. Ако има повече разнообразие, има по-голяма вероятност в популацията вече да има алели, които позволяват на организмите да оцеляват и да се размножават успешно при новите условия.

[Източници и препратки]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.