5: Популяційна генетика

Last updated
Save as PDF

Page ID: 66652

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Дезоксирибонуклеїнова кислота, або ДНК-велика дволанцюгова спіральна молекула, з ступенями, виготовленими з чотирьох пар основи аденіну (А), цитозину (С), тиміну (Т) та гуаніну$(G)$ -несе успадковану генетичну інформацію. Упорядкування пар$A, C$ основ$\mathrm{T}$ і$\mathrm{G}$ визначає послідовність ДНК. Ген - це певна послідовність ДНК, яка є основною одиницею спадковості для певної ознаки. Деякі види розвиваються як диплоїди, несучи дві копії кожного гена, по одній від кожного з батьків, а деякі види розвиваються як гаплоїди лише з однією копією. Є навіть види, які розвиваються як диплоїди, так і гаплоїди.

Розглянемо рослина гороху, яке розвивається як диплоїд. Коли ми говоримо, що існує ген кольору гороху, скажімо, ми маємо на увазі, що існує певна послідовність ДНК, яка може відрізнятися в популяції рослин гороху, і що існує щонайменше два підтипи, звані алелями, де рослини з двома копіями алелю жовтого кольору мають жовтий горох, ті, що мають дві копії алелю зеленого кольору, зелений горошок. Рослина з двома копіями одного і того ж алеля гомозиготна для цього конкретного гена (або гомозиготи), тоді як рослина, що несе два різних алелі, є гетерозиготною (або гетерозиготою). Для гена горохового кольору рослина, що несе як алель жовтого, так і зеленого кольору, має жовтий горох. Ми говоримо, що зелений колір - це рецесивна риса (або алель зеленого кольору рецесивний), а жовтий колір - домінуючою рисою (або домінуючим є алель жовтого кольору). Поєднання алелей, що переносяться рослиною, називається його генотипом, тоді як фактична риса (зелений або жовтий горошок) називається його фенотипом. Ген, який має більше одного алеля в популяції, називається поліморфним, і ми говоримо, що популяція має поліморфізм для цього конкретного гена.

Популяційну генетику можна визначити як математичне моделювання еволюції та підтримки поліморфізму в популяції. Популяційна генетика разом з теорією еволюції шляхом природного відбору Чарльза Дарвіна і теорією біологічного успадкування Грегора Менделя формує сучасний еволюційний синтез (іноді його називають сучасним синтезом, еволюційним синтезом, неодарвіновим синтезом або неодарвінізмом). Основними засновниками на початку ХХ століття популяційної генетики були Сеуолл Райт, Джей Б.С. Холдейн і Рональд Фішер.

Частоти алелів у популяції можуть змінюватися внаслідок впливу чотирьох первинних еволюційних сил: природного відбору, генетичного дрейфу, мутації та міграції. Тут ми в основному зосереджуємося на природному відборі та мутації. Генетичний дрейф - це вивчення стохастичних ефектів, і це важливо в невеликих популяціях. Міграція зазвичай вимагає врахування просторового розподілу населення, і зазвичай вона моделюється математично рівняннями з частинними похідними.

Спрощені моделі, які ми розглянемо, припускають нескінченні чисельності населення (нехтуючи стохастичними ефектами, крім в$\$ 5.5$), добре змішаних популяцій (нехтуючи будь-яким просторовим розподілом) та дискретних поколінь (нехтуючи будь-якою віковою структурою). Наша головна мета - проілюструвати основні способи збереження генетичного поліморфізму в популяції.

Таблиця 5.1: Гаплоїдна генетика з використанням чисельності популяції, абсолютної життєздатності та придатності до фертильності.
генотип	$A$	$a$
число	$n_{A}$	$n_{a}$
життєздатність фітнес	$g_{A}$	$g_{a}$
фертильність фітнес	$f_{A}$	$f_{a}$

генотип	\(A\)	\(a\)
число	\(n_{A}\)	\(n_{a}\)
життєздатність фітнес	\(g_{A}\)	\(g_{a}\)
фертильність фітнес	\(f_{A}\)	\(f_{a}\)