Равновесие Харди-Вайнберга

Равновесие Харди-Вайнберга описывает генетическое состояние идеализированной популяции, в которой частоты аллелей остаются постоянными из поколения в поколение, а частоты генотипов устанавливаются в фиксированном соотношении с этими частотами аллелей. Это нулевая модель популяционной генетики: распределение генотипов, ожидаемое при отсутствии действия какой-либо эволюционной силы.

Definition

Равновесие Харди-Вайнберга — это состояние в большой случайно скрещивающейся популяции, свободной от отбора, мутаций, миграции и дрейфа, при котором частоты аллелей остаются постоянными, а частоты генотипов для двух аллелей с частотами p и q равны p-квадрат, 2pq и q-квадрат.

Scope

Статья охватывает допущения, лежащие в основе равновесия, алгебраическую связь между частотами аллелей и генотипов, значение отклонений от него и то, как этот принцип используется в качестве базовой линии и проверки качества данных в генетических исследованиях. Он представлен как концептуальная и методологическая тема, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Какие допущения должны соблюдаться, чтобы частоты генотипов соответствовали пропорциям Харди-Вайнберга?
• Как рассчитываются ожидаемые частоты генотипов по частотам аллелей?
• Что означает статистически значимое отклонение от равновесия?

Key concepts

• Случайное скрещивание (панмиксия)
• Частоты аллелей p и q
• Ожидаемые пропорции генотипов p-квадрат, 2pq, q-квадрат
• Нулевая модель эволюционных изменений
• Отклонение от равновесия
• Точные тесты и тесты хи-квадрат на равновесие Харди-Вайнберга

Key theories

Принцип Харди-Вайнберга

Для биаллельного локуса с частотами аллелей p и q (p плюс q равно 1) в большой, случайно скрещивающейся, свободной от действия сил популяции частоты генотипов становятся p-квадрат, 2pq и q-квадрат после одного поколения и остаются постоянными в дальнейшем.

Mechanisms

Принцип вытекает из случайного объединения гамет: если родительское поколение вносит аллели с частотами p и q в общий пул гамет, случайное объединение гамет приводит к появлению генотипов потомства в биномиальных пропорциях p-квадрат, 2pq и q-квадрат, и эти пропорции достигаются за одно поколение, а затем поддерживаются. Результат справедлив только при соблюдении идеализирующих допущений; нарушение любого из них — отбор, мутация, миграция, дрейф или неслучайное скрещивание — отклоняет популяцию от этих ожидаемых пропорций, поэтому модель функционирует как ориентир для обнаружения эволюционных сил.

Clinical relevance

В генетических исследованиях этот принцип используется для вывода ожидаемых частот носителей и генотипов из наблюдаемых частот аллелей и, что важно, в качестве фильтра контроля качества: заметное отклонение от пропорций Харди-Вайнберга в контрольном образце может указывать на ошибку генотипирования или популяционную структуру. Он описывает, как оцениваются ожидаемые частоты и целостность данных, и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Статистические тесты на отклонение от пропорций Харди-Вайнберга являются рутинным этапом контроля качества в генетических ассоциативных исследованиях; Уиггинтон и его коллеги описывают точный тест, который предпочтительнее аппроксимации хи-квадрат, когда количество генотипов невелико.

History

В 1908 году математик Г. Х. Харди и, независимо от него, врач Вильгельм Вайнберг показали, что менделевское наследование само по себе не приводит к увеличению доминантных признаков или исчезновению редких аллелей: при отсутствии возмущающих сил частоты аллелей сохраняются, а генотипы достигают стабильных пропорций. Этот результат, первоначально вызванный заблуждением о том, что доминантные аллели должны распространяться, стал краеугольным камнем популяционной генетики.

Key figures

• G. H. Hardy
• Wilhelm Weinberg

Seminal works

• hardy-1908
• weinberg-1908

Frequently asked questions

Каковы допущения равновесия Харди-Вайнберга?

Большая популяция, случайное скрещивание и отсутствие отбора, мутаций, миграции или генетического дрейфа. При их соблюдении частоты аллелей остаются постоянными, а частоты генотипов следуют паттерну p-квадрат, 2pq, q-квадрат.

Почему отклонение от равновесия Харди-Вайнберга имеет значение в генетических исследованиях?

Поскольку пропорции ожидаются только при отсутствии действия каких-либо сил, значительное отклонение сигнализирует о чем-то реальном — отборе, неслучайном скрещивании или популяционной структуре — или о технической проблеме, такой как ошибка генотипирования, поэтому проверка на него является стандартной проверкой качества данных.