Миграция и потоки генов в популяциях

Обновлено: 18.05.2024

Перенос (поток) генов (англ. gene flow, gene migration ) в популяционной генетике — перенос аллелей генов из одной популяции в другую.

Миграция в популяцию или из популяции может привести к значительным изменениям в частотах аллелей, так как при этом изменяется пропорция членов популяции, несущих данный аллель. Иммиграция также может привести к появлению новых вариантов генов в стабильный пул генов вида в целом или отдельной популяции.

Существует несколько факторов, которые влияют на скорость переноса генов между популяциями. Одним из наиболее значимых факторов является подвижность. Чем выше подвижность у вида, тем выше потенциал миграции. Животные как правило более подвижны, чем растения, хотя пыльца и семена могут переноситься на значительные расстояния ветром и животными.

Постоянный перенос генов между популяциями может привести к объединению двух пулов генов, снижать генетические различия между ними. Поэтому считают, что перенос генов действует против видообразования.

Например, соседство генетически модифицированных растений (например, кукурузы) с немодифицированными может привести к опылению немодифицированных растений пыльцой от модифицированных.

Содержание

Преграды переноса генов

Физические преграды, как правило, хотя и не всегда, являются природными. Непреодолимые горные вершина, океан, пустыни. В некоторых случаях это могут быть и преграды, сделанные человеком, например, Великая китайская стена. [1] Растения с одной стороны стены несут значительные генетические отличия, так как процесс переноса генов преграждается стеной.

Перенос генов у человека

В США показан перенос генов между потомками европейцев и негров из Западной Африки которые относительно недавно живут рядом. Аллели генов, препятствующие развитию малярии, широко распространенные среди негров в Западной Африке, мало распространены в европейской популяции. Показано также, что перенос генов между европейцами и неграми из Западной Африки значительно выше в северной США, чем в южной.

Перенос генов между видами

Перенос генов между видами может происходить в результате гибридизации, либо путем переноса бактериями или вирусами.

Генетическое загрязнение

Чистокровные, естественно эволюционировавшие виды, обитающие в определенном регионе, могут масштабно исчезнуть [2] в результате генетического загрязнения (genetic pollution) — неконтролируемой гибридизации, интрогрессии (приобретения генов другого вида) или замещения местных генотипов чужими, из-за повышенной пригодности чужих генотипов в данной местности. [3] Некоторый уровень переноса генов может быть естественным, и эволюционно созидательным процессом, и точное соотношение часто не может быть сохранено навсегда, но гидбридизация и интрогрессия часто может привести к вымиранию редких видов. [4] [5]

Облегчение переноса генов

Выращивание генетически модифицированных растений или скота требует защиты окружающих организмов от генетического загрязнения модицифированными генами. Следует предотвращать свободное скрещивание (перекрестное опыление) модифицированных и немодифицированных организмов.

Существует три варианта предотвращения переноса генов: сделать так, чтобы генетические модификации не попадали в пыльцу, предотвращать образование пыльцы и сохранять пыльцу внутри цветка.

Первый подход требует создания транспластомных растений, в которых модифицированная ДНК содержится не в ядре, а в хлоропластах. Так как у некоторых растений пыльца не содержит хлоропластов, передача модифицированной ДНК таким образом будет предотвращена.
Второй подход требует создания стерильных мужских растений, которые не образуют пыльцу.
Третий подход предотвращает открывание цветков. Клейстогамия естественно встречается у некоторых растений.

Примечания

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Поток генов" в других словарях:

ПОТОК ГЕНОВ — обмен генами между популяциями благодаря рассеиванию гамет и зигот; поток генов представляет собой один из ведущих механизмов эволюции (микроэволюции). См. также Генетический дрейф. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная… … Экологический словарь

поток генов — Перемещение генов между популяциями, происходящий в результате межпопуляционной гибридизации; величина П.г. изменяет частоту аллелей в популяции и является фактором эволюции. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

Поток генов — * паток генаў * gene flow обмен генами (одно и двусторонний) между популяциями … Генетика. Энциклопедический словарь

поток генов — gene flow поток генов. Перемещение генов между популяциями, происходящий в результате межпопуляционной гибридизации; величина П.г. изменяет частоту аллелей в популяции и является фактором эволюции. (Источник: «Англо русский толковый словарь… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

ПОТОК ГЕНОВ — Мед ленный обмен генами (односторонний или двухсторонний) между популяциями, обусловленный распространением гамет или миграцией особей … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

генов мечение — * генаў мечанне * gene tagging or targeting метод изолирования мутировавшего гена путем инсерции (см.) короткой чужеродной последовательности ДНК (напр., транспозона) с использованием гибридизационных зондов (см. ) с высокой гомологией для его… … Генетика. Энциклопедический словарь

генов поток — * генаў паток * gene flow обмен генами между разными популяциями одного и того же вида за счет мигрантов, что приводит к временному изменению частоты генов многих локусов в общем пуле генов (см. ) популяции реципиента (см. ). Генов распределение… … Генетика. Энциклопедический словарь

Горизонтальный перенос генов — Дерево жизни показан горизонтальный перенос генов. Горизонтальный перенос генов (ГПГ) процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму … Википедия

Дрейф генов — или генетико автоматические процессы явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе… … Википедия

Миграция генов миграционный поток — Миграция генов, миграционный поток * міграцыя генаў, міграцыйны паток * gene migration or migratory stream в популяционной генетике включение в данную популяцию генотипов из др. популяций, приводящее к потоку генов (). М. г. может привести к… … Генетика. Энциклопедический словарь

Миграция. Поток генов

01
02
ВВЕДЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Краткое обобщение
пройденного материала
Потока генов
03
МАКЕТ
МИГРАЦИИ
ГЕНОВ
04
СЛЕДСТВИЯ
Примеры
05
ФАКТОРЫ
Влияющие на миграцию
06
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ
ПЕРЕНОС ГЕНОВ
07
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3. -Закон Харди-Вайнберга

КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ
В популяции, при соблюдении
условий генетического равновесия
частоты аллелей и генотипов в
ряду поколений не изменяются.
-Закон Харди-Вайнберга
Факторы эволюции – те явления,
процессы, которые нарушают
условия генетического равновесия,
тем самым создавая предпосылку
для эволюционного процесса.

4. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ФАКТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ

Дрейф генов (Genetic drift) – случайные сдвиги частот аллелей и генотипов. Зависит от
численности популяции: чем меньше численность, тем сильнее дрейф.
Отбор (Selection) – избирательное воспроизводство аллелей и генотипов.
Генетическая изменчивость = мутации + рекомбинации.
Система скрещиваний (панмиксия или ассортативное скрещивание, инбридинг, аутбридинг).
Поток генов (Genetic flow) – перемещения аллелей и генотипов между популяциями в процессе
миграции или пассивного переноса. Потоку генов препятствует изоляция. Чем выше
миграционная активность, тем выше поток генов.
– перемешивание генофондов популяций вследствие миграции
особей из одних ареалов в другие.
● Горизонтальный перенос генов – перенос генов от одного вида организмов к другому.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ!

Популяции одного вида не
изолированы друг от друга:
всегда есть обмен особями –
миграции. Мигрирующие
особи, оставляя потомство,
передают следующим
поколениям аллели,
которых в этой популяции
могло вовсе не быть или
они были редки; так
формируется поток генов из
одной популяции в другую.
Миграции, как и мутации,
ведут к увеличению
генетического
разнообразия. Кроме того,
поток генов, связывающий
популяции, приводит к их
генетическому сходству.
Миграциями генов называют обмен генами
между популяциями. Это могут быть постоянные
потоки генов между популяциями (веками
устоявшаяся структура брачных связей между
соседними популяциями), случайные браки с
пришельцами из других популяций или
перемещения целых групп населения.
Количественно этот процесс характеризуется
скоростью притока генов за поколение,
обозначаемой Ме , где индекс «е» обозначает
генетически эффективную миграцию, по
аналогии с генетически эффективным размером
популяции. При определении генетической
эффективности миграции учитывается не только
общее число прибывших генов, но и степень их
новизны для популяции. Чем менее схожи новые
гены с генами популяции, тем выше
генетическая эффективность миграции.

6. Сейчас рассмотрим примеры

7. МОДЕЛИ МИГРАЦИИ ГЕНОВ

Пример от Е.В.Балановской из книги
«Русский генофонд на русской равнине»:
«представим, что в русской глубинке поселилась
небольшая группа приезжих эфиопов и столь же
немногочисленная группа переселенцев-белорусов.
Поначалу и к тем, и к другим будут относиться как к
чужакам, но потом станут заключать с ними браки, и
со временем обе приезжие группы растворятся в
местном населении. Будущим популяционным
генетикам будет куда легче обнаружить миграцию
эфиопов, чем след переселения белорусов: за счет
резкого отличия мигрантов и принимающей
популяции генетический эффект миграции эфиопов
будет намного сильнее.

8. СЛЕДСТВИЯ

Поток генов является одним из
источников генетической
гетерогенности популяции. Если
популяции одного вида расселяются на
достаточно обширные расстояния с
различными условиями, то поток генов
обогащает эти популяции новыми
аллелями, прошедшими отбор в иных
условиях.
- Поток генов, нарушая межпопуляционную
изоляцию, служит сдерживающим фактором в
отношении видообразования.

10. ФАКТОРЫ

Существует несколько факторов, которые влияют на
скорость переноса генов между популяциями. Одним
из наиболее значимых факторов является
подвижность. Чем выше подвижность у вида, тем
выше потенциал миграции. Животные как правило
более подвижны, чем растения,
хотя пыльца и семена могут переноситься на
значительные расстояния ветром и животными.

11. ПРЕГРАДЫ ПЕРЕНОСА ГЕНОВ

Физические преграды, как правило, хотя и не всегда, являются природными.
Непреодолимые горные вершины, океан, пустыни. В некоторых случаях это
могут быть и преграды, сделанные человеком, например, Великая китайская
стена. Растения с одной стороны стены несут значительные генетические
отличия, так как процесс переноса генов преграждается стеной.

12. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ГЕНОВ

Перенос генов между разными видами.
Способы:
Специфические формы горизонтального
обмена генами у прокариот: конъюгация,
трансфекция, трансдукция, перенос при помощи
вирусоподобных частиц – агентов переноса
генов (GTA).
У эукариот возможны переносы генов между
очень далекими в таксономическом отношении
организмами в условиях тесного симбиоза и
паразитизма. Особенно часто наблюдаются
переносы в геномы хозяев вирусных
последовательностей (основной источник
мобильных элементов).
У вирусов взаимный обмен генами может
происходить при заражении двумя разными
вирусами одного и того же хозяина.
Интрогрессия генов одного вида в генофонд
другого вследствие эпизодических межвидовых
скрещиваний

14. СПАСИБО ЗА ВНИМАНЕИ!!

CREDITS:
This presentation
template was
Презентацию
подготовила
created by Slidesgo, including icons by
Студентка
КФУ ИФМиБ
Flaticon,
and infographics
& images by
Freepik. 01-701
3 курса группы
Мухаетшина Альбина

Миграция (поток генов)

Межпопуляционный обмен генов возникает при скрещивании особей, принадлежащих разным популяциям. Этому предшествует перемещение особей в пространстве или миграция. В процессе обмена генами можно выделить популяцию, из которой происходят мигранты, и популяцию (аборигены), в которой эти мигранты находят партнера для скрещивания. Если процесс обмена продолжителен, говорят о потоке генов. Эффективность обмена генами зависит от степени или частоты миграции М и от степени генетических различий популяций.

Эволюционная роль миграции не одинакова. При репродуктивном контакте сходных по генетическому составу популяций может происходить как "стирание" существовавших между ними различий, так и сохранение полиморфизма. В большинстве случаев гибридизация между близкими видами не ведет к обмену генами из-за слабой приспособленности потомков. Однако иногда слабо приспособленные потомки достаточно плодовиты, чтобы дать во втором поколении потомство при возвратном скрещивании. Рекомбинантные генотипы от многократных возвратных скрещиваний будут все более и более приближаться к родительскому типу и могут влиться в генофонд родительской линии. В результате этого некоторое количество отдельных генов или генных блоков перейдет от одного вида к другому.

Рассмотрим влияние миграции на генетический состав популяции аборигенов. Предположим, что миграция происходит в одном направлении из большой материковой популяции в маленькую островную; все допущения модели Харди-Вайнберга остаются в силе; поток генов происходит с постоянной скоростью М, рассчитанной как доля мигрантов в популяции аборигенов на одно поколение; частоты аллеля а в материковой и островной популяциях не равны и составляют Q и q соответственно; за время миграции частота аллеля а в материковой популяции остается постоянной, так как число мигрантов мало по сравнению с численностью материковой популяции.

Рассмотрим численный пример. Пусть частота аллеля а в материковой популяции равна Q = 0.7, в основной - до начала миграции q_о= 0.4; за одно поколение в островную популяцию вливается 20% . После слияния островная популяция будет представлена мигрантами (M = 0.2) и аборигенами (1- М = 0.8). Частота аллеля а при этом составит q₁ = 0.20.7+0.80.4 = 0.46. В общем виде значение частоты аллеля а в первом поколении можно определить следующим образом:

Выражение [- M(q_o - Q)] отражает изменение частоты аллеля а за одно поколение. Оно обращается в ноль, когда прекращается процесс миграции (М = 0), либо когда частоты аллеля а в обеих популяциях становятся одинаковыми (q = Q).

Полезно проследить за изменением различий в частотах аллеля а между островной и материковой популяциями в нескольких поколениях при постоянной скорости миграции. В первом поколении различия составят:

Для второго поколения имеем q₂ = q₁ - M(q₁ - Q). Подставив вместо q₁ выражение (37), получаем:

Различия частот во втором поколении составят:

Очевидно, что через t поколений это выражение примет вид:

Эта формула дает возможность рассчитать частоту аллеля в локальной популяции по прошествии t поколений с начала миграции, если известны исходные частоты аллеля q_o и Q и скорость миграции М:

либо скорость миграции (t) и долю генов предков (1-М) t в популяции аборигенов по прошествии t поколений:

Воспользуемся примером из [1]. В США потомство от смешанных браков между белыми и неграми принято относить к негритянскому населению. Поэтому смешанные браки можно рассматривать как поток генов из белой популяции в темнокожую. Предки современных негров в США были переселены из Африки около 300 лет назад, что соответствует 10 поколениям (t=10). Исходные значения частот аллелей гена q₀, кодирующего белок крови, можно получить на основе анализов крови у современных чернокожих, живущих в Африке. Для оценки современных частот p_t подойдут чернокожие штатов Джорджия и Калифорния, величину Р дадут белые США.

Проанализируем возможные величины потока генов М от белого населения к темнокожему и долю генов негритянских предков у современных негров на основе частот аллелей, определяющих свойства крови. Сравним популяции чернокожих двух указанных штатов, а также однозначность оценок при использовании в качестве маркеров различных аллелей. Оценим разброс данных и определим достоверность различий средних по данному параметру у двух популяций темнокожих людей. Исходные данные представлены в табл. 7.

Разница между миграцией генов и генетическим дрейфом

Видео: Разница между миграцией генов и генетическим дрейфом | Сравните разницу между похожими терминами

Содержание:

В ключевое отличие между миграцией генов и генетическим дрейфом заключается в том, что миграция генов - это перенос генов / аллелей от одной популяции к другой, в то время как генетический дрейф - это изменение частот аллелей из-за случайной выборки от одного поколения к другому.

Миграция генов и генетический дрейф - два термина, обычно используемых в популяционной генетике. Оба термина связаны с изменениями, происходящими в генетическом составе популяции.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое миграция генов
3. Что такое генетический дрейф
4. Сходства между миграцией генов и генетическим дрейфом
5. Параллельное сравнение - миграция генов против генетического дрейфа в табличной форме
6. Резюме

Что такое генная миграция?

Миграция генов, также известная как поток генов, - это передача генетического материала от одной популяции к другой. Проще говоря, миграция генов - это перемещение генов от одной группы организмов к другой группе организмов.

Изменения в генном составе популяции происходят во время потока генов. Эти изменения связаны с перемещением генов, а не с мутациями и естественным отбором. Следовательно, введение или устранение аллелей отвечает за изменения в генетическом составе. Перенос аллелей в генофонды и из них происходит исключительно за счет миграции генов. Это происходит, когда организмы перемещаются в популяцию и выходят из нее.

Что такое генетический дрейф?

Генетический дрейф - это явление, которое с гораздо большей вероятностью произойдет в небольших популяциях и вряд ли произойдет в больших популяциях. В основном это происходит из-за случайных изменений частот аллелей, которые могут привести к исчезновению некоторых генов из небольших популяций из-за гибели или невыполнения репродукции. В конечном итоге генетический дрейф приводит к меньшему генетическому разнообразию и изменчивости популяций. Кроме того, это приводит к полному исчезновению некоторых вариантов генов из популяций. Более того, это может привести к тому, что некоторые редкие аллели станут более частыми, чем раньше.

Генетический дрейф бывает двух типов: эффект узкого места и эффект основателя. Они вызывают резкое сокращение населения. Эффект «узкого места» возникает, когда популяция значительно сокращается. Это может произойти из-за стихийных бедствий, таких как землетрясения, наводнения, пожары. Напротив, эффект основателя возникает, когда небольшая группа в популяции отделяется от первоначальной популяции и формирует новую.

Каковы сходства между миграцией генов и генетическим дрейфом?

Поток генов и генетический дрейф - термины популяционной генетики
Из-за обоих явлений меняется генетический состав человека.

В чем разница между миграцией генов и генетическим дрейфом?

Миграция генов - это процесс перемещения генов из одной популяции в другую, в то время как генетический дрейф - это изменение частоты аллелей в популяции из-за случайной выборки. Итак, это ключевое различие между миграцией генов и генетическим дрейфом. Кроме того, генетическая изменчивость имеет место при миграции генов, в основном за счет передачи аллелей в генофонд и из них. Напротив, при генетическом дрейфе изменение частот аллелей в популяции происходит из-за случайной выборки.

Ниже инфографика показывает разницу между миграцией генов и генетическим дрейфом в табличной форме.

Резюме - миграция генов против генетического дрейфа

Миграция генов и дрейф генов - два основных явления, которые изменяют генетические вариации данной популяции. Миграция генов - это перемещение генов из одной популяции в другую. Когда организмы входят в популяцию и выходят из нее, происходит миграция генов. При генетическом дрейфе частота аллелей в популяции меняется от поколения к поколению из-за случайных эффектов. Генетический дрейф происходит в основном в небольших популяциях из-за эффекта основателя или эффекта узкого места. Таким образом, это сводка различий между миграцией генов и генетическим дрейфом.

Миграция, или поток генов

3.2. Миграция, или поток генов

Поток генов возникает, когда особи из одной популяции перемещаются в другую и скрещиваются с представителями этой популяции. По мере прохождения миграций происходит выравнивание генетических различий между популяциями. Однако поток генов изменяет частоты аллелей в локальных популяциях, если только у старожилов и мигрантов исходные частоты аллелей различны.

Рассмотрим локальную популяцию, в которую с определенной частотой мигрируют особи из окружающих популяций. Пусть m – доля мигрантов в популяции, так что в следующем поколении потомство получает долю генов (1 – m) от старожилов и m – от мигрантов. Предположим, что в популяции, из которой происходит миграция, средняя частота аллеля А – Р, а в локальной (куда идет поток генов) – р. Тогда в следующем поколении частоту аллеля А₁ в локальной популяции можно выразить уравнением

p₁ = (1 – m) p₀ + m P = p₀ – m (p₀ – P). *

То есть новая частота аллеля равна исходной частоте (р₀) минус доля мигрантов (m), умноженная на разность частот аллелей у старожилов и мигрантов (р₀ – Р).

Изменение частоты аллеля ∆р за одно поколение равно

Подставив в это уравнение полученное значение р₁, получаем

т. е. чем больше доля мигрантов в популяции и чем больше различия в частотах аллеля у них, тем выше скорость изменения генных частот.

∆р = 0 только тогда, когда либо m = 0, либо р₀ = Р. Следовательно, если миграция не прекращается (m ≠ 0), частота аллеля изменяется до тех пор, пока не уравнивается в локальной популяции и в соседних, из которых происходит миграция.

Теперь рассмотрим, как изменяется во времени различие в частотах аллеля между локальной и соседними популяциями. Прошло одно поколение:

= (1 – m) p₀ – (1 – m) P = (1 – m) (p₀ – P).

После второго поколения различия в частотах будет равно

а после t поколений p_t – P = (1 –m) t (p₀– P).

Эта формула позволяет рассчитать частоту аллеля в локальной популяции по прошествии t поколений миграции с известной скоростью (m), если известны исходные частоты аллелей (р₀ и Р):

Данная формула может оказаться полезной при исследовании других интересных вопросов. Например, если мы знаем исходные частоты аллелей (р₀ и Р), частоту аллеля в локальной популяции в настоящий момент (p_t) и продолжительность процесса миграции, то можем рассчитать интенсивность миграции (интенсивность потока генов):

(1 – m) t = (p_t – P) / (p₀ – P), m – интенсивность потока генов.

Поток генов из одной популяции в другую при их смешении можно изучить по данным распространения редких для одной популяции аллелей и частых для другой. Например, у коренных жителей Африки высокая частота R 0 –аллеля, контролирующего резус-фактор. Обследование негров США на частоту аллелей системы резус-фактор показало, что около 30 % их генофонда составляют гены белого населения США. Это вывод подтвержден исследователями и на других полиморфных системах. В данном случае поток генов был направлен только в одну сторону, что объяснялось социальным положением негритянского населения.

Миграция населения и разрушение границ браков приводят к гетерозиготизации населения. В истории человека эти процессы в таких широких масштабах, как в настоящее время, никогда не наблюдались. Биологическим следствием потока генов может быть гетерозис. Некоторые исследователи полагают, что акселерация – это проявление гетерозиса. Строгих доказательств этому предположению пока нет.

В популяциях, в которых отмечается приток генов или их обмен с другими отличающимися популяциями, распределение генотипов не соответствует закону Харди-Вайнберга.

3.3. Дрейф генов

Концентрация генов определяется численностью популяции. Чем меньше размер популяции, тем вероятнее скрещивание между собой гетерозиготных особей, дающих в потомстве гомозиготные рецессивы. В малочисленной популяции отбор скорее начинает устранять вредные гены и накапливать полезные. Однако по случайно сложившимся обстоятельствам в популяции могут сохраниться одни мутантные гены, а другие также случайно элиминироваться. И при последующем увеличении численности популяции число таких сохранившихся генов может быстро возрасти. Это явление изменения частот генов в популяции в результате действия случайных факторов называют генетическим дрейфом.

В популяциях частота аллелей в данной выборке (т. е. в поколении) представляет собой вероятность появления этого аллеля в следующем поколении. Если, например, частота аллеля изменилась от 0,5 до 0,6, то вероятность того, что этот аллель появится в следующем поколении, равна 0,6. Таким образом, изменения частот аллелей как бы накапливаются в ряду поколений. Но поскольку случайные изменения частот аллелей происходят в любых направлениях, в одном поколении частота аллеля может увеличиться, а в следующем с равной вероятностью может либо еще больше возрасти, либо уменьшиться.

Если же аллель утрачивается или фиксируется (т. е. значение его частоты достигает 0 или 1), процесс прекращается. Вероятность того и другого результата увеличивается с уменьшением эффективного размера популяции – числа особей, дающих начало следующему поколению.

Случайная потеря и фиксация – это крайние случаи: в промежуточном случае в популяции сохраняются оба аллеля, но их частоты колеблются случайным образом.

Если известно число родителей в исходном поколении и частоты аллелей в нем, то мы можем рассчитать вероятность получить в следующем поколении те или иные частоты аллелей. Для этого нужно знать вариансу или дисперсию частот аллелей в следующем поколении, дисперсия служит мерой изменчивости, обнаруживаемой при сравнении различных выборок.

Если имеются два аллеля с частотами p и q (число родителей – N; следовательно, число генов в исходном поколении равно 2N), то дисперсия (σ 2 ) частоты аллеля в следующем поколении составляет:

а стандартное отклонение:

Эти формулы отражают обратную зависимость между величиной выборки 2N и теоретически ожидаемой изменчивостью частот аллелей.

Если в популяции происходит только дрейф генов, то вероятность того, что данный аллель будет, в конце концов, фиксирован, в точности равна его исходной частоте.

Эволюционное значение генного дрейфа для современных популяций человека все еще остается предметом дискуссии. Однако несомненна его значимость на ранних этапах истории человечества, в популяциях охотников и собирателей численностью до 50-100 человек, при заселении новых необжитых территорий, например островов («эффект основателя»), при резком сокращении численности популяции, вследствие стихийных бедствий, эпидемий, войн («эффект бутылочного горлышка»).

Даже и сейчас можно наблюдать последствия дрейфа генов. Так, в маленькой изолированной группе жителей штата Пенсильвания (США), которые являются выходцами из Германии, частота аллелей группы крови АВО резко отличается от таковой в исходной популяции. Это обусловлено дрейфом генов в маленькой эмигрировавшей группе людей. Другой пример. Резус-отрицательная группа крови у жителей Памира встречается примерно в 2-3 раза реже, чем в Европе. В большинстве кишлаков количество индивидов с отрицательным резус-фактором 3 – 5 %, но встречаются изолированные кишлаки, в которых их частота составляет 15 %.

Подобные примеры высокой концентрации определенных генов нередки. В ряде случаев они формируют редкие варианты фенотипов. По-видимому, дрейфом генов можно объяснить существование племен пигмеев, альбиносов в джунглях Африки.

Закономерности дрейфа генов распространяются не только на нормальные, но и на патологические признаки, что приводит к высокой концентрации наследственных болезней. Когда небольшая группа (или один человек), имеющая патологический ген, переезжает на другое место и основывает изолированную колонию, то частота патологического аллеля может достигнуть там высоких значений. В Южной Африке в течение двухсот лет таким образом распространились гены порфирии. В. Маккьюсик (1967) описывает «эффект основателя» в секте амишей (США, Пенсильвания). В этой популяции очень широко распространен ген, который в гомозиготном состоянии обусловливает карликовость с полидактилией. Все 8000 человек этого изолята являются потомками трех супружеских пар, которые прибыли в Америку в 1770 г. В этой группе обнаружено 55 больных людей (частота гетерозигот, следовательно, равна 13 %). В группах амишей из других районов США не обнаружено такой аномалии. Для сравнения можно отметить, что во всей мировой литературе по другим популяциям описано только 50 больных.
Задачи

3.1. Предположим, что частота мутации А → а равна 10 – 6 , причем обратные мутации отсутствуют. Какова будет частота аллеля А через 10, 1000, 100 000 поколений?
3.2. Фенилкетонурия, связанная с нарушением превращения фенилаланина в тирозин, встречается у 2 – 10 детей на каждые 100 000. Гетерозиготы не болеют, но могут быть выявлены при лабораторном обследовании. Прямая мутация происходит с частотой 2 × 10 – 4 . Сколько больных фенилкетонурией можно ожидать через два поколения, если с использованием специальной диеты все больные гомозиготы будут чувствовать себя хорошо и смогут оставить потомство?
3.3. Исходя из того, что прошло 10 поколений с тех пор, как предки современных американских негров были вывезены из Африки, подсчитайте среднюю интенсивность потока генов за одно поколение между белым и негритянским населением штата Джорджия, используя следующие данные. Частота аллеля R 0 , контролирующего резус-фактор, у белого населения США составляет Р = 0,028, в африканских племенах, от которых происходит современное негритянское население США, частота этого аллеля равна р₀ = 0,630, частота аллеля R 0 у современного негритянского населения США составляет 0,446.
3.4. Популяция Drosophila melanogaster полиморфна по двум аллелям А₁ и А₂ . От этой исходной популяции получено 1000 экспериментальных популяций, каждая из которых поддерживается путем отбора: в каждом поколении случайным образом отбираются 10 самцов и 10 самок, потомство которых образует следующее поколение. Процедура повторяется в каждом поколении. По прошествии многих поколений оказалось, что в 220 популяциях фиксирован аллель А₁, а в 780 – аллель А₂. Оцените частоты аллелей в исходной популяции, предположив, что изменения частот были обусловлены только дрейфом генов.
3.5. Каков был разброс частот аллелей (стандартное отклонение) в первом поколении среди 1000 популяций (см. условие задачи 3.4).
3.6. Однажды два торговых судна потерпели крушение, и членам одного экипажа удалось спастись с парой кошек, имевшихся на корабле. Они образовали поселение на одном из островов, где ранее не было кошек. Экипаж второго судна независимо от первого поселился со своей парой кошек на другом тропическом острове. Среди кошек первой пары были черный самец и рыжая самка, а среди второй – рыжий самец и черная самка. Таким образом, получился классический пример генетического дрейфа, когда при небольшой выборке особей происходит случайный отбор тех или иных генов. Чтобы еще раз проиллюстрировать это, определите частоты аллелей О и + среди кошек на этих двух островах через два года. Приближенно примем, что у кошек три помета в год и котята половозрелы уже через год после рождения. Напомним, что данный ген расположен в Х-хромосоме, аллели кодоминантны.

Читайте также: