Di truyền học quần thể (Tiến hóa)
Di truyền học quần thể là nghiên cứu định lượng về cách tần số alen và kiểu gen thay đổi trong và giữa các quần thể, cung cấp nền tảng toán học cho sinh học tiến hóa.
Definition
Di truyền học quần thể nghiên cứu thành phần di truyền của quần thể và các lực lượng làm thay đổi nó theo thời gian. Nó coi tiến hóa là sự thay đổi tần số alen và kiểu gen, đồng thời cung cấp các mô hình hình thức dự đoán cách chọn lọc, trôi dạt di truyền, đột biến, dòng gen và tái tổ hợp tương tác với nhau.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm lý thuyết liên kết di truyền với tiến hóa: đường cơ sở Hardy-Weinberg, tác động tổng hợp của chọn lọc, trôi dạt di truyền, đột biến và di cư lên tần số alen, di truyền định lượng của các tính trạng liên tục, biến dị phân tử trong quần thể, và ảnh hưởng của liên kết gen và tái tổ hợp lên bộ gen.
Sub-topics
Core questions
- Tần số alen hành xử như thế nào dưới tác động đồng thời của chọn lọc, trôi dạt di truyền, đột biến và di cư?
- Nguyên lý Hardy-Weinberg dự đoán điều gì, và sự vi phạm của nó tiết lộ điều gì?
- Biến dị di truyền trong các tính trạng định lượng được phân chia và dự đoán sẽ phản ứng với chọn lọc như thế nào?
- Liên kết gen và tái tổ hợp định hình các mô hình biến dị phân tử trên toàn bộ bộ gen như thế nào?
Key theories
- Cân bằng Hardy-Weinberg
- Trong một quần thể lớn, giao phối ngẫu nhiên lý tưởng không có chọn lọc, đột biến và di cư, tần số alen và kiểu gen vẫn không đổi, cung cấp mô hình không để phát hiện các lực lượng tiến hóa.
- Lý thuyết di truyền định lượng về phản ứng chọn lọc
- Phản ứng của một tính trạng liên tục đối với chọn lọc bằng tích của tính di truyền và hiệu số chọn lọc, liên kết phương sai di truyền cộng gộp với tốc độ thay đổi thích nghi.
Mechanisms
Di truyền học quần thể hình thức hóa tiến hóa thông qua các phương trình đệ quy cho tần số alen. Chọn lọc, đột biến, di cư và trôi dạt di truyền mỗi yếu tố đóng góp một thuật ngữ, và sự cân bằng của chúng tạo ra các trạng thái cân bằng như cân bằng đột biến-chọn lọc và cân bằng di cư-chọn lọc. Đối với các tính trạng định lượng, phương sai kiểu hình được phân chia thành các thành phần di truyền và môi trường, với phương trình của nhà chọn giống dự đoán phản ứng chọn lọc từ tính di truyền. Di truyền học quần thể phân tử sử dụng biến dị trình tự, được tóm tắt bằng các thống kê như đa dạng nucleotide và phổ tần số vị trí, để suy ra lịch sử nhân khẩu học và phát hiện chọn lọc. Mất cân bằng liên kết và tái tổ hợp xác định mức độ mạnh mẽ mà chọn lọc tại một locus ảnh hưởng đến các vị trí lân cận.
Clinical relevance
Các phương pháp di truyền học quần thể thúc đẩy các nghiên cứu liên kết toàn bộ bộ gen, lập bản đồ các alen gây bệnh, nhận dạng pháp y và thiết kế các chương trình nhân giống trong nông nghiệp, cũng như giám sát sự tiến hóa của mầm bệnh và kháng thuốc.
History
Được thành lập bởi Fisher, Wright và Haldane vào những năm 1920-1930, di truyền học quần thể đã cung cấp cốt lõi toán học của tổng hợp hiện đại. Lĩnh vực này mở rộng với các khảo sát allozyme vào những năm 1960, lý thuyết trung tính, và từ những năm 1980 trở đi với việc giải trình tự DNA, đã biến nó thành một ngành khoa học quy mô bộ gen, giàu dữ liệu.
Debates
- Có bao nhiêu biến dị phân tử được duy trì bởi chọn lọc so với trôi dạt di truyền?
- Việc định lượng phần biến dị bộ gen và sự thay thế có thể quy cho chọn lọc thay vì các quá trình trung tính vẫn là một câu hỏi trung tâm, dựa trên dữ liệu trong di truyền học quần thể phân tử.
Key figures
- Ronald A. Fisher
- Sewall Wright
- J. B. S. Haldane
- Motoo Kimura
Related topics
Seminal works
- hartlClark2007
- saetreRavinet2019
- futuyma2017
Frequently asked questions
- Tại sao nguyên lý Hardy-Weinberg hữu ích nếu các giả định của nó không bao giờ được đáp ứng đầy đủ?
- Nó đóng vai trò là một mô hình không: các sai lệch so với kỳ vọng Hardy-Weinberg báo hiệu rằng một hoặc nhiều lực lượng tiến hóa, chẳng hạn như chọn lọc, trôi dạt di truyền, giao phối không ngẫu nhiên hoặc di cư, đang tác động lên một quần thể.
- Di truyền học quần thể liên quan đến tiến hóa như thế nào?
- Di truyền học quần thể cung cấp lý thuyết định lượng về tiến hóa ở cấp độ cơ bản nhất, mô tả chính xác cách tần số alen và kiểu gen thay đổi dưới các lực lượng tiến hóa khác nhau.