Cân bằng Hardy-Weinberg

Cân bằng Hardy-Weinberg mô tả trạng thái di truyền của một quần thể lý tưởng, trong đó tần số alen duy trì không đổi qua các thế hệ và tần số kiểu gen ổn định theo một mối quan hệ cố định với các tần số alen đó. Đây là mô hình null của di truyền quần thể: sự phân bố kiểu gen được mong đợi khi không có lực tiến hóa nào tác động.

Definition

Cân bằng Hardy-Weinberg là điều kiện, trong một quần thể lớn giao phối ngẫu nhiên không chịu tác động của chọn lọc, đột biến, di cư và trôi dạt di truyền, trong đó tần số alen không đổi và tần số kiểu gen cho hai alen với tần số p và q lần lượt bằng p bình phương, 2pq và q bình phương.

Scope

Mục này bao gồm các giả định đằng sau trạng thái cân bằng, mối quan hệ đại số giữa tần số alen và kiểu gen, ý nghĩa của các sai lệch so với trạng thái này, và cách nguyên tắc này được sử dụng làm đường cơ sở và kiểm tra chất lượng dữ liệu trong các nghiên cứu di truyền. Nó được trình bày như một chủ đề khái niệm và phương pháp luận, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những giả định nào phải được giữ vững để tần số kiểu gen phù hợp với tỷ lệ Hardy-Weinberg?
• Tần số kiểu gen mong đợi được tính toán như thế nào từ tần số alen?
• Sự sai lệch có ý nghĩa thống kê so với trạng thái cân bằng cho thấy điều gì?

Key concepts

• Giao phối ngẫu nhiên (panmixia)
• Tần số alen p và q
• Tỷ lệ kiểu gen mong đợi p bình phương, 2pq, q bình phương
• Mô hình null cho sự thay đổi tiến hóa
• Sự sai lệch so với trạng thái cân bằng
• Các thử nghiệm chính xác và chi bình phương của HWE

Key theories

Nguyên tắc Hardy-Weinberg

Đối với một locus hai alen với tần số alen p và q (p cộng q bằng 1) trong một quần thể lớn, giao phối ngẫu nhiên, không chịu tác động của các lực, tần số kiểu gen trở thành p bình phương, 2pq và q bình phương sau một thế hệ duy nhất và duy trì không đổi sau đó.

Mechanisms

Nguyên tắc này xuất phát từ việc kết hợp ngẫu nhiên các giao tử: nếu thế hệ bố mẹ đóng góp các alen với tần số p và q vào một tập hợp giao tử chung, sự kết hợp ngẫu nhiên của các giao tử tạo ra các kiểu gen con cái theo tỷ lệ nhị thức p bình phương, 2pq và q bình phương, và các tỷ lệ này đạt được trong một thế hệ và sau đó được duy trì. Kết quả chỉ đúng khi các giả định lý tưởng hóa được đáp ứng; việc vi phạm bất kỳ giả định nào trong số đó — chọn lọc, đột biến, di cư, trôi dạt di truyền hoặc giao phối không ngẫu nhiên — sẽ khiến quần thể lệch khỏi các tỷ lệ mong đợi này, đó là lý do tại sao mô hình này hoạt động như một điểm tham chiếu để phát hiện các lực tiến hóa.

Clinical relevance

Trong các nghiên cứu di truyền, nguyên tắc này được sử dụng để suy ra tần số người mang mầm bệnh và kiểu gen mong đợi từ tần số alen quan sát được và, quan trọng hơn, như một bộ lọc kiểm soát chất lượng: sự sai lệch đáng kể so với tỷ lệ Hardy-Weinberg trong một mẫu đối chứng có thể báo hiệu lỗi kiểu gen hoặc cấu trúc quần thể. Nó mô tả cách đánh giá tần số mong đợi và tính toàn vẹn của dữ liệu và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Các thử nghiệm thống kê về sự sai lệch so với tỷ lệ Hardy-Weinberg là một bước kiểm soát chất lượng thường quy trong các nghiên cứu liên kết di truyền; Wigginton và các đồng nghiệp mô tả một thử nghiệm chính xác được ưu tiên hơn phép xấp xỉ chi bình phương khi số lượng kiểu gen nhỏ.

History

Năm 1908, nhà toán học G. H. Hardy và, độc lập, bác sĩ Wilhelm Weinberg đã chỉ ra rằng di truyền Mendel tự nó không làm cho các tính trạng trội tăng lên hoặc các alen hiếm biến mất: khi không có các lực gây nhiễu, tần số alen được bảo tồn và kiểu gen đạt đến tỷ lệ ổn định. Kết quả này, ban đầu được thúc đẩy bởi một quan niệm sai lầm rằng các alen trội sẽ lan rộng, đã trở thành một nền tảng của di truyền quần thể.

Key figures

• G. H. Hardy
• Wilhelm Weinberg

Seminal works

• hardy-1908
• weinberg-1908

Frequently asked questions

Các giả định của cân bằng Hardy-Weinberg là gì?

Một quần thể lớn, giao phối ngẫu nhiên, và không có chọn lọc, đột biến, di cư hoặc trôi dạt di truyền. Khi những điều này được giữ vững, tần số alen duy trì không đổi và tần số kiểu gen tuân theo mô hình p bình phương, 2pq, q bình phương.

Tại sao sự sai lệch so với cân bằng Hardy-Weinberg lại quan trọng trong các nghiên cứu di truyền?

Bởi vì các tỷ lệ chỉ được mong đợi khi không có lực nào tác động, một sự sai lệch đáng kể báo hiệu một điều gì đó có thật — chọn lọc, giao phối không ngẫu nhiên hoặc cấu trúc quần thể — hoặc một vấn đề kỹ thuật như lỗi kiểu gen, đó là lý do tại sao việc kiểm tra nó là một kiểm tra chất lượng dữ liệu tiêu chuẩn.