Популяционно-статистический метод

Популяционная генетика исследует закономерности распределения аллелей генов в популяциях. В медицинской практике нередко появляется необходимость установить количественные соотношения людей с различными генотипами по какому-либо патологическому аллелю, или частоту встречаемости этого аллеля среди населения. Расчеты ведутся в соответствии с положениями закона Харди-Вайнберга. Закон Харди-Вайнберга применим к анализу крупных популяций, отвечающих следующим требованиям: 1) возможно свободное скрещивание особей; 2) отсутствует отток и приток генов за счет миграции особей; 3) гомозиготы и гетерозиготы плодовиты в равной степени, 4)естественный отбор.

Первое положение закона Харди-Вайнберга гласит: сумма частот аллелей одного гена в популяции есть величина постоянная: p+q=1, где p – частота доминантного аллеля (А), q – частота рецессивного аллеля того же гена (а). Обе величины принято выражать в долях единицы или в процентах (тогда р+q=100%). Частота аллеля каждого гена зависит от адаптивной значимости того признака, который он определяет. Следовательно, частоты определенных аллелей генов устанавливаются естественным отбором в ряде предшествующих поколений.

Второе положение закона Харди-Вайнберга: сумма частот генотипов по одному гену в данной популяции есть величина постоянная. Формула для вычисления частот генотипов: p²+2pq+q² =1, где p² – частота гомозиготных особей по доминантному аллелю (генотип АА), 2pq – частота гетерозигот (генотип Аа), q² – частота гомозигот по рецессивному аллелю (генотип аа).

Установившиеся соотношения могут изменяться лишь в том случае, если популяция теряет равновесие.

Положения закона Харди-Вайнберга применимы и к множественным аллелям. Тогда в случае трех аллельных генов частоты аллелей могут определяться, как p+q+r=1.

Образец решения задач

Задача 1: Альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный признак. Заболевание встречается с частотой 1:20000. Вычислите число гетерозигот в популяции.

Решение:

А – аллель, отвечающий за нормальное содержание меланина в тканях.

а – аллель, отвечающий за альбинизм.

1. Частота аллеля а = q; частота аллеля А = р. Вычислим частоту аллеля а (q). По условию q² = 1/20000 (согласно закону Харди-Вайнберга). Отсюда = 1/141.

2. Частота аллеля А = р = 1 - q = 141/141 - 1/141 = 140/141.

3. Частота гетерозигот в популяции равна 2рq.

2×140/141×1/141=1/70

4. Следовательно, число гетерозигот в популяции из 20000 человек составит: 1/70×20000=280 чел.

Ответ: число гетерозигот в популяции равно 280 человек.

Задача 2: Встречаемость людей с аутосомно-рецессивным признаком равна 0,25. Какова частота гомозиготных носителей доминантного аллеля?

Решение:

1. Анализируя условие задачи, приходим к выводу, что нам дано численное значение q², равное 0,25, и требуется найти численное значение p².

2. Записываем основные положения закона Харди-Вайнберга

р + q = 1

р²+2pq + q² = 1

3. Зная q² найдем = 0,5.

4. Частота аллеля А = р = 1 - q = 1- 0,5 = 0,5.

5. Вычисляем частоту гомозиготных носителей доминантного аллеля: р² =0,5²=0,25 =25%.

Ответ: частота гомозиготных носителей доминантного аллеля равна 25%.

ЗАДАЧИ:

1. Определить генетическую структуру популяции, если известно, что рецессивные гомозиготные особи (аа) составляют в популяции 1 %.

2. Муковисцидоз наследуется как аутосомно-рецессивный признак. В России заболевание встречается с частотой 1:2 000 (Мутович Г.Р.,1997). Определите частоту встречаемости гетерозиготных носителей.

3. Глухонемота связана с врожденной глухотой, которая препятствует нормальному усвоению речи. Наследование аутосомно-рецессивное. Средняя встречаемость заболевания для европейских стран составляет приблизительно 2:10 000 (В.П. Эфроимсон, 1968). Определите возможное число гетерозиготных по глухонемоте людей в популяции с численностью 600 000 жителей.

4. Низкий рост тела человека наследуется как аутосомный доминантный признак. При обследовании одной африканской популяции пигмеев 64 человека имели нормальный рост тела, а 836 человек – низкий рост. Определить частоту встречаемости гетерозигот в этой популяции.

5. В популяции с населением 100 тыс. человек 4 тыс. имеют голубые глаза, остальные – карие. Вычислите количество гетерозиготных по окраске глаз людей.

6. Способность человека различать вкус фенилтиомочевины контролируется доминантным аутосомным геном. В одной популяции частота людей, которые не ощущают вкус фенилтиомочевины, равна 25%. Определить генетическую структуру этой популяции.

7. Гемофилия А наследуется как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой, признак. У новорожденных мальчиков это заболевание встречается с частотой 1:2500 (Заяц Р.Г, Рачковская И.В., 1998). Определите частоту встречаемости гетерозигот среди новорожденных.

8. Аниридия наследуется как доминантный аутосомный признак и встречается с частотой 1:10 000 (В.П. Эфроимсон, 1968). Охарактеризуйте генетическую структуру популяции.

9. Из 84 000 детей, родившихся в течение 10 лет в городе К., у 340 обнаружен патологический рецессивный аллель. Популяция признана панмиктической. Вычислите частоты гомозиготных и гетерозиготных генотипов.

10. У людей известно три генотипа по форме волос. В выборке 2800 человек оказалось 15% с генотипом ВВ (курчавые волосы), 15% с генотипом Bb (волнистые волосы) и 70% с генотипом bb (прямые волосы). Определите частоту встречаемости доминантных и рецессивных аллелей.

11. В США около 30% населения ощущает горький вкус фенилтиокарбамида (ФТК), а 70% - не ощущает. Способность ощущать вкус ФТК детерминируется рецессивным аллелем а. Определите частоту доминантных (А) и рецессивных (а) аллелей в данной популяции.

12. При обследовании населения одного из европейских городов обнаружено лиц с группой крови ММ - 11163, MN - 15267, NN - 5134. Определите частоту аллелей L^M и L^N среди изученного населения. (L^M-доминантный аллель и, L^N-рецессивный аллель).

13. Подагра встречается у 2% людей и обусловлена аутосомным доминантным геном. У женщин ген подагры не проявляется, у мужчин пенетрантность его равна 20% (В.П. Эфроимсон, 1968). Охарактеризуйте генетическую структуру популяции по анализируемому признаку, исходя из этих данных.

14. В одной популяции частота гена дальтонизма составила 0,08. Дальтонизм передается как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. Каковы частоты трех генотипов женщин в этой популяции.

15. В родильном доме из 1000 рожениц у 150 наблюдается иммунный конфликт по резус-фактору (Rh-отрицательные). Определите частоты встречаемости аллелей в данной выборке и установите генетическую структуру популяции.

РАЗДЕЛ VI