Биологический каталог




Современная генетика. Том 3

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

ы короткие, часто искривленные конечности и деформированный череп (рис. 24.3). Частота мутаций, вызывающих ахондроплазию, составляет 5 • 10 " 5. Число детей у больных ахондроплазией в среднем впятеро меньше по сравнению со здоровыми людьми, следовательно, s — 0,8. Равновесная частота аллеля может быть рассчитана по формуле:

Поскольку q близко к единице, частота гетерозигот 2pq в популяции приблизительно равна 2р = 2 ? 6,25 • 10 ~ 5 = 1,25 • 10 ~ 4, т. е. 125 больных на 1 млн. новорожденных, что совпадает с реально наблюдаемой частотой. Теоретически частота гомозигот в популяции должна составлять (6,25 ? 10 " 5)2 = 39 • 10 " 10, т. е. примерно 4 на 1 млрд. Гомозиготы по этому аллелю совершенно нежизнеспособны, и в нескольких известных случаях организмы с гомозиготным генотипом погибали на эмбриональной стадии развития.

В качестве доминантных мутаций можно рассматривать и некоторые хромосомные перестройки. Так как больные с синдромом Дауна не оставляют потомства, коэффициент отбора, направленного против соответствующей хромосомной перестройки, будет равен единице, и, еле

довательно, р я u/sx и. Таким образом, частота трисомии, лежащей в основе синдрома Дауна, просто равна частоте, с которой в популяции человека происходит соответствующее нерасхождение хромосом при мейозе. Однако, как и в случае доминантных мутаций, частота больных с синдромом Дауна примерно вдвое больше темпа мутирования, поскольку частота гетерозигот равна 2pq х 2р х 2и. Синдром Дауна возникает с частотой примерно 1 на 700 новорожденных, и, значит, «мута-бильность» для трисомии (синдрома Дауна) равна примерно 1 на 1400 гамет.

Оценка темпа мутирования

Темп мутирования от рецессивного к доминантному аллелю можно оценить, просто подсчитав число доминантных потомков, родившихся у рецессивных родителей. У людей, например, частота новорожденных с ахондроплазией в потомстве здоровых родителей составляет примерно 1:10 ООО. Следовательно, частота мутационного возникновения гена ахондроплазии (мутабильность) равна 1 на 20 000 гамет, т.е. 5-Ю-5 за одно поколение.

В случае рецессивных аллелей этот простой метод оценки темпа мутирования неприменим, так как в гетерозиготном состоянии мутации не сказываются на фенотипе. Для оценки частоты возникновения рецессивных мутаций можно использовать уравнения, определяющие равновесную частоту аллеля в результате процессов мутации и отбора. Те же уравнения, безусловно, применимы и для оценки частоты доминантных мутаций. Если известны коэффициенты отбора и равновесные частоты аллелей, то можно рассчитать темп мутирования. Для доминантных аллелей р = u/s, или и — sp. Для рецессивных аллелей q = yu/s, или и — sq2.

Как уже отмечалось в предыдущем разделе, эти уравнения справедливы лишь с точностью до некоторых приближений. Кроме того, могут изменяться и значения коэффициентов отбора, а реально наблюдаемые частоты аллелей не всегда совпадают с равновесными. Несмотря на эти и другие возможные трудности, использование уравнений, определяющих равновесные частоты аллелей при действии отбора и мутаций, представляет собой наилучший метод оценки частоты возникновения рецессивных мутаций в популяциях человека, для которых применение других методов (например, инбридинга) невозможно.

Частота новорожденных с фенилкетонурией (ФКУ), обусловленной рецессивным аллелем, составляет приблизительно 4 на 100000; таким образом, q2 = 4 • 10 ~ 5. В случаях нелеченной ФКУ больные не оставляют потомства, и, следовательно, коэффициент отбора против этого аллеля равен единице. Поэтому и = sq2 = 4 ? 10 ~ 5. Значит, частота этого аллеля в популяции человека равна

q = J/4-10" 5 = 6,3 -10 " 3,

а частота гетерозигот равна

2pq.K 2q ж 2-6,3• 10"3 = 1,26-10" 2.

Иными словами, в среднем примерно 13 человек из каждой тысячи являются носителями этого аллеля, хотя частота индивидуумов, страдающих ФКУ, составляет всего 4 на 100 000. Частота аллеля ФКУ, присутствующего в гетерозиготах, составляет половину от 1,26• 10"2, т.е. 6,3 • 10"3; частота этого аллеля в гомозиготном состоянии равна 4 • 10"5. Следовательно, в гетерозиготах заключено в (6,3-10~3)/(4-Ю-5) = = 158 раз больше аллелей ФКУ, чем в гомозиготах. Как уже отмечалось выше, редкие аллели в основном присутствуют в популяции в гетерозиготном состоянии.

Преимущество гетерозигот

Отбор в пользу гетерозигот, когда обе гомозиготы имеют пониженную по сравнению с гетерозиготами приспособленность, называется также сверхдоминированием, или гетерозисом. Приспособленности трех генотипов в этом случае можно записать следующим образом:

Генотип АА Аа аа

Приспособленность^) 1—5 1 1 — t

Действие отбора на протяжении одного поколения представлено в табл. 24.10.

Отбор в пользу гетерозигот существенно отличается от всех других типов отбора, рассмотренных нами до сих пор: сверхдоминирование приводит к созданию устойчивого полиморфного равновесия. Частоты аллелей при этом определяются коэффициентами отбора против обеих гомозигот. Изменение частоты аллеля за одно поколение в результате отбора равно

pq(sp-tq)

Условие равновесия Aq — 0 выполняется, когда числитель дроби равен нулю. Если в популяции присутствуют оба аллеля, т. е. р и q отличны от нуля, то это условие выполняется при

sp = tq, s(l-q)=tq, s = q(s+ t), s

Таблица 24.10. Изменение частот аллелей за одно поколение отбора при сверхдоминировании

Всего Частота а

4I = Aq = q-tq2

Соответственно равновесная частота аллеля А равна t

Эти равновесные частоты отвечают устойчивому равновесию, потому что отбор изменяет частоты аллелей до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Если р больше своего равновесного значения, т. е. р > >t/{s+t), то и величина Ад положительна. Следовательно, значение q будет увеличиваться (а р- уменьшаться), пока не установится равенство sp — tq. С другой стороны, если р < t/(s + г), то spРавновесные частоты при сверхдоминировании определяются относительными значениями двух коэффициентов отбора. Абсолютные значения коэффициентов отбора не играют роли. Например, равновесная частота q = 0,25 достигается как при коэффициентах отбора s = 0,1 и t = = 0,3, так и при значениях s = 0,02 и t = 0,06. Из этого следует, что, зная равновесные частоты аллелей, мы можем рассчитать лишь отношение коэффициентов отбора, но не абсолютные их значения.

Предельным случаем гетерозиса можно считать системы сбалансированных деталей, например систему Curly—Plum (Су—Рт) у Drosophila melanogaster (дополнение 21.1) и velans-gaudens у Oenothera lamarckiana (рис. 21.20). В этих случаях s = t=l и p = q = Q,5.

Хорошо известным примером сверхдоминирования в популяции человека служит серповидноклеточная анемия-болезнь, широко распространенная в некоторых странах Африки и Азии. Анемия возникает в результате того, что в организмах, гомозиготных по аллелю НЬ , вырабатывается гемоглобин, отличный от нормального, обусловленного присутствием в генотипе аллеля НЬА. Большая часть людей с генотипом HbsHbs погибает до достижения половозрелости, так что приспособленность этого генотипа лишь немногим отличается от нуля. Несмотря на это, частота аллеля Hbs достигает в ряде районов земного шара довольно высоких значений, причем именно в тех районах, в которых распространена определенная форма малярии, вызываемая паразитом Plasmodium falciparum (рис. 24.5 и 24.6).

Причина, по которой частота аллеля Hbs поддерживается на довольно высоком уровне в тех районах, где распространена малярия, состоит

в том, что гетерозиготы HbAHbs более устойчивы к малярии, чем нормальные гомозиготы НЬАНЬА. В районах распространения малярии указанной формы гетерозиготы обладают селективным преимуществом по сравнению с обеими гомозиготами, у которых смертность от анемии (гомозиготы HbsHb\ или от малярии (гомозиготы НЬАНЬА), выше, чем у гетерозигот.

Из 12 387 обследованных в Нигерии взрослых людей 29 обладали генотипом HbsHbs, 2993-генотипом HbAHbs и 9365-генотипом НЬАНЬА. Приспособленности всех трех генотипов, приведенные в табл. 24.11, рассчитаны почти по той же методике, которая была использована в табл. 24.1. Сначала, исходя из наблюдаемых частот генотипов, оценивают частоты аллелей: частота аллеля Hbs равна q = 0,1232. Если предположить, что частоты аллелей этого локуса равновесны, то частоты зигот вычисляют в соответствии с законом Харди—Вайнберга по формулам р2, 2pq и q2. В том случае, когда отбор действует только на половозрелые организмы, отношение реально наблюдаемых частот генотипов к теоретически ожидаемым позволяет оценить относительные жизнеспособности генотипов (четвертая строка таблицы). Эти значения следует поделить на жизнеспособность наиболее приспособленного генотипа (в данном случае она равна 1,12), чтобы получить относительные приспособленности генотипов (пятая строка таблицы).

С помощью полученных ранее формул мы можем оценить равновесные частоты аллелей. Коэффициент отбора против гомозигот НЬАНЬА равен s = 1 -0,88 = 0,12, а против гомозигот HbsHbs г=1-— 0,13 = 0,87. Теоретически ожидаемая частота аллеля Hbs равна

0,12/(0,12 + 0,87) = 0,121 (частота аллеля НЬ , рассчитанная по наблюдаемым частотам генотипов, равна 0,123). Данные по интенсивности отбора в результате анемии представлены в табл. 24.11; выживаемость гомозигот по аллелю серповидноклеточности составляет всего 13% от выживаемости гетерозигот. С другой стороны, вследствие смертности от малярии выживаемость гомозигот по нормальному аллелю составляет лишь 88% от выживаемости гетерозигот.

Серповидноклеточная анемия представляет собой еще один пример того, что приспособленность генотипов зависит от окружающих условий. В тех местах, где малярию искоренили или где ее никогда не было, гомозиготы НЪАНЪ обладают одинаковой приспособленностью с гете-розиготами HbAHbs. При этом направление отбора изменяется, он уже не благоприятствует гетерозиготам, а направлен против рецессивных гомозигот и приводит к элиминации рецес

страница 29
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

Скачать книгу "Современная генетика. Том 3" (4.14Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(17.09.2019)