Популяционная генетика и частоты аллелей
Популяционная генетика — это изучение генетического состава популяций и сил, которые изменяют частоты аллелей и генотипов с течением времени. Вместо того чтобы отслеживать наследование в отдельных семьях, она рассматривает популяцию как совокупность аллелей и исследует, как мутации, генетический дрейф, поток генов, естественный отбор и неслучайное скрещивание изменяют эту совокупность на протяжении поколений.
Definition
Популяционная генетика описывает и моделирует распределение и изменение частот аллелей и генотипов внутри популяций и между ними под влиянием мутаций, генетического дрейфа, миграции (потока генов), естественного отбора и структуры скрещивания.
Scope
Эта область знакомит читателя с основными величинами популяционной генетики — частотами аллелей и генотипов — и с моделью Харди-Вайнберга, которая служит нулевым ожиданием, на фоне которого обнаруживаются эволюционные силы. Она объединяет темы, описывающие, как каждая сила возмущает частоты, и определяет их значимость для генетики человека и медицинской генетики. Это методологический и концептуальный обзор, а не клиническое руководство.
Sub-topics
Core questions
- Какие частоты аллелей и генотипов ожидаются в большой, случайно скрещивающейся популяции, свободной от эволюционных сил?
- Как дрейф, поток генов, отбор, мутации и неслучайное скрещивание изменяют эти частоты?
- Как отклонения от ожиданий Харди-Вайнберга могут быть использованы для обнаружения этих сил?
Key concepts
- Частота аллелей
- Частота генотипов
- Равновесие Харди-Вайнберга
- Генетический дрейф
- Поток генов
- Естественный отбор
- Эффективный размер популяции
- Структура популяции
Key theories
- Принцип Харди-Вайнберга
- В большой, случайно скрещивающейся популяции без отбора, мутаций, миграции или дрейфа частоты аллелей остаются постоянными, а частоты генотипов устанавливаются в фиксированных пропорциях после одного поколения, что дает нулевую модель для изменений.
- Концепция эволюционных сил Райта
- Сьюэлл Райт формализовал, как дрейф, миграция, отбор и мутации совместно управляют изменением частот аллелей в структурированных менделевских популяциях, вводя такие инструменты, как коэффициент инбридинга и эффективный размер популяции.
Mechanisms
Генофонд популяции изменяется, когда одно или несколько идеализирующих допущений модели Харди-Вайнберга нарушаются. Генетический дрейф вызывает случайные флуктуации, величина которых обратно пропорциональна эффективному размеру популяции; поток генов гомогенизирует частоты между популяциями, обменивающимися мигрантами; естественный отбор систематически благоприятствует генотипам с более высокой приспособленностью; рекуррентные мутации вводят новые варианты; а неслучайное скрещивание перераспределяет аллели между генотипами, не изменяя частоты аллелей. Относительная сила этих факторов определяет, как вариации распределяются внутри популяций и между ними.
Clinical relevance
Представление о частотах аллелей лежит в основе оценок частоты носительства, интерпретации популяционно-специфических референсных баз данных, используемых при классификации вариантов, и понимания того, почему некоторые аллели заболеваний распространены в определенных популяциях. Оно описывает, как генетическая изменчивость распределяется по популяциям, и информирует о том, как генерируются и интерпретируются доказательства; само по себе оно не определяет диагноз или лечение для какого-либо индивидуума.
Epidemiology
Различия в частотах аллелей среди человеческих популяций отражают их демографическую историю — эффекты основателя, «бутылочные горлышки», миграцию и локальный отбор — и объясняют географические закономерности в распространенности рецессивных состояний и калибровку популяционно-соответствующих генетических референсных данных.
History
Популяционная генетика возникла в начале XX века, когда принцип Харди-Вайнберга (1908) примирил менделевское наследование со стабильными популяционными пропорциями, и была развита в количественную теорию Фишером, Холдейном и Райтом в 1920-х и 1930-х годах. Их синтез менделизма с дарвиновским отбором — современный эволюционный синтез — заложил математическую основу, до сих пор используемую для моделирования изменения частот аллелей.
Key figures
- G. H. Hardy
- Wilhelm Weinberg
- Sewall Wright
- Ronald A. Fisher
- J. B. S. Haldane
Related topics
Seminal works
- hardy-1908
- wright-1931
Frequently asked questions
- Чем популяционная генетика отличается от менделевской (семейной) генетики?
- Менделевская генетика отслеживает, как аллели передаются внутри семей, тогда как популяционная генетика отслеживает частоты аллелей и генотипов во всей популяции и силы, которые изменяют их на протяжении поколений.
- Почему равновесие Харди-Вайнберга так важно для этой области?
- Оно предоставляет нулевую модель: ожидаемые частоты аллелей и генотипов при отсутствии действия эволюционных сил. Отклонения от этих ожиданий являются сигналом, используемым для обнаружения дрейфа, отбора, миграции, мутаций или неслучайного скрещивания.