В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Чтобы нормализопаты кгныс частоты генотипов надо часппу каждого пук/к1й И) Приа/особлс/и/остьслужнтонснкойс)юд//сй нь/жагнсмости и и/ггенсин/нкп и рым/южс//ия, так кнк г////г///н//гы, имена/ис совершен/и одю/акош /с гноти///н и живущие и сонср/пс//но оди/шконых условиях нпс///пей средь/, могут различатьш/ /н/ ныжинаемости и по числу /цппмлон. Приспособлсщюсть генотипа ~/к1рмирустся как следствие всех феноти//ичсских эффектов исслелуемого гена. Если какой-либо вплел ь повышает вдвое плодовитость, по снижает на 10% продолжитсль/юсп, жизни, он нес же обеспечивает ббльшую приспособленность, несмозря на умень///с//ие продолжительности жизни.
М//огис наследственные заболевания могут служить примером сниже//ия пришюсобленности вследствие локального микронарушения хромосомы. Например, /с// мь/шечной дистрофии Дюшенна, локализованный в Х-хромосоме, принолит к смерти н раннем возрасте, следовательно, приспособленность гемизигот по этому ге//у ранна нулю, Заболевание серповидноклеточная анемия вызвано гомозиготностью /ю рецессивной му/внии гена, кодирующего /3-цепь гемоглобина. Приспособлен/ юсть гомозигот НЬзНЬз, несмотря на лечение, чрезвычайно низка, так как о//и страда кзт тяжелой формой анемии. При нормальных условиях среды приспособленность /омозигот по нормальному аллелю НЬ"НЬ" и гетерозигот НЬ"НЬз практически ран//ы. Однако в районах распространения малярии приспособленность гетерозигот ныи/е, /ем у нормальных гомозигот, так как наличие измененного гемоглобина в крови и/нищает их от малярии. С приспособленностью связан другой параметр, характеризующий отбор, — кои/н/илие//т птба//а з = 1 — И ".
От величины коэффициента отбора зависит скорость уменьшения частоты того или иного генотипа. 324 за~по ~. « «о генотипа разделить на сумму частот генотипов И' = р'И' -ь 2ра И'„„з- 4'И'„„. Величину % называют средней приспособленностью популяции, так как она равна сумме приспособленностей всех особей популяции. Тогда, выражение р АА~ рд Аи ч Ииа Теперь можно найти частоту аллеля а в популяции после отбора с)': д'= Я '-1(2Н = дзИ' /И'з рд И' /И'=д(цВ +рИ' ) I К Изменение часюты аллеля за одно поколение составит Ч 7 Ч ! 4(Р( Аа ИАл) 1( аа А~)) Это означает, что скорость изменения частоты аллеля зависит не только от соотношения приспособленностей, но и от частот аллелей в популяции. При низкой частоте аллеля а произведение рд близко О, и скорость изменения частоты будет мала.
По мере увеличения частоты скорость изменения будет возрастать, а затем снова упадет, когда частота д приблизится к 1, а р — к О. Подставляя в последнюю формулу значения приспособленностей получим оценки изменения частот аллелей для нескольких частных случаев: гомозиготы по рецессивному аллелю не оставляют потомков, гетерозиготы имеют наименьшую и наибольшую приспособленность. Отбор против ревеееяввых гомозипл. Как будет меняться частота вредного рецессивного аллеля, если гомозиготы аа не оставляют потомства? С атой ситуацией мы сталкиваемся в случае многих болезней обмена, обусловленных рецессивным геном.
Гомозиготы и гетерозиготы имеют нормальную приспособленность. Тогда Генотип АА Аа аа Приспособленность 1,0 1,0 0 д'= Я ь 1(2Н =дзИ',I И';-рг! И',I И' =д(рЦ;- дИ' ),I И'= 2 =д(р х 1-ьдх 0)((р '; 2рд '; д х 0) =ру/р(р '; 4+ 4) =д((1+ 4). Изменение частоты аллеля заодно поколение составит: ~4=4'-4=РАЙ(Р(И,„- И )+4(И;„— И„,)) И = = рд(р(1 — 1); — 410 — 1)Урз '; 2р,! +,уз х О) = рд( — г)))р(1; щ) = —,уз((1;,у) Подставляя последовательно значения 1' для определения частоты в следуюгцем поколении, получим частоту аллеля а в поколении г равной а, = Уо(11+ ь?в), где 7 — начальнаЯ частота аллелЯ.
По этой формуле можно определить необходимое число поколений для любого заданного сн ижения частоты аллеля (табл. 17. 2). Так, для того чтобы частота вредного аллеля снизилась в два раза необходимо 1(г!е поколений. Если частота какого-либо аллеля в популяции человека составляет 0,01, потребуется 100 поколений (2500 лет), чтобы частота аллеля оказалась равной О, 005. Таким образом, изменение частоты рецессивного аллеля даже при столь интенсивном отборе происходит чрезвычайно медленно.
Отбор против гетерозигот. В некоторых случаях гетерозиготы обладают более низкой приспособленностью, чем обе гомозиготы. С такой ситуацией мы сталкиваемся, 7!гблняа У72. Число поколения, ненбхнлнмгге щгл ннрелеленннго еинлгеггнл чнегягы лллелн прн рнзных зннченннх нрнепоеобленноетн 1! !о: Лняллн, Клбгер, !98Н) ~ ~анри мер, при несовместимости матери и плода по резус-фактору.
Рассмотрим частный случай, когда приспособленности гомозигот равны. Генотип АА Аа аа Приспособленность 1,0 1,0 Теперь можно найти частоту аллеля а в популяции после отбора г)', обозначив Иг „= 1 — ж ,у — У1+ 1(2!У= (у2Иг ч.руИ, )!'Иг= (у2! ч рЧИ, ) (р2У ч 2ру Иг — лч.р У л) (р У.~.2, (! ) ч 2У!— — з ч ргу гууу(р2 .~. 2 ч 2!— Изменение частоты аллеля за одно поколение составит б у = у' — у = лр у( у — р)!(! — 2лру) Популяция будет находиться в равновесии (изменение частот аллелей л ! = 0), ес- ли гу = р.
Это равновесие неустойчиво. Если г) в силу каких-либо причин станет боль- ше р, у!гу будет положительно, и следовательно, частота аллеля а будет возрастать до тех пор пока частота его не станет равной ! . Если д меньше р, у!д будет отрицатель ио, и следовательно, частота аллеля а будет падать. Если приспособленности гомозигот не равны, популяция также может находить- ся в состоянии неустойчивого равновесия, однако равновесные частоты аллелей бу- дут также не равны. Преимущество гетерозигот.
В этом случае максимальную приспособленность Игл, = 1 имеют гетерозиготы. Отбор в пользу гетерозигот приводит к устойчивому рав- новесию частот аллелей в популяции и созданию балансированного полиморфизма. Генотип АА Аа аа Приспособленность 1,0 га 1 — з, 1 1,0 л2' Теперь можно найти частоту аллеля а в популяции после отбора г1: гУ' = Уу + 1(2УУ = Й~ Иг, + РЧ Игл,)(И' = !аз(! — зз);- РгУ1 / [Рг(! — л г) + 2РгУ е гУз(! — лз)) 2 3 2 л2'у ! (у хе 2'у ) Изменение частоты аллеля за одно поколение составит ргу( гр згууу( !р 2Ч )' Равновесие наступает, когда Лгу = О.
Если р и г) не равны нулю, это наблюдается при условии, что л,р — лзг! = О. Следовательно, равновесные частоты аллелей а и А равны д =лр'(з~ +лз) и р=лз/К+л~). Чисть В Отчая генетики Равновесные частоты при преимуществе гетерозигот зависят только от соотноения коэффициентов отбора и приспособленностей. Если частота аллеля А по каам-либо причинам станет больше равновесной, те. р больше г>Дг, -г гз), то ,р — >>и) будет положительно, и следовательно Вд также положительно. Таким обпом, частота аллеля а будет возрастать, а частота аллеля А — уменьшаться до тех эр, пока система не вернется к равновесию. Если же частота р меньше равновесой, то изменение частоты гГд будет отрицательным, и следовательно, частота алле- ~ а будет уменьшаться, а частота аллеля А — возрастать пока не восстановится равовесие.
П римером такого полиморфизм а в популяциях человека, связанного с премуществом гетерозигот, является уже упоминавшаяся серповидноклеточная анеия, распространенная в некоторых странах Азии и Африки. 17.4. ВНУТРИПОПУЛЯЦИОННЫЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ГРУЗ )од полиморфизмом понимают сосуществование в пределах одной популяции в геенне достаточно длительного времени двух или более генетически определенных ю рм, ~ ~ ри этом частота наиболее редкой из них не объясняется спонтанным мугаиош нам процессом.
К полдсржанию усюйчивого полиморфизма в популяции могут приводить разные юрмы отбора. Одна из них — отбор в пользу гегерозигот, рассмотренный выше. Другие ~схл ~и>мы поддержания полиморфизма — это изменения направления отбора на разных пщиях жизненного цикла; отбор, зависягций от частоты; гетерогенность среды обита~ин и межпопуляционная миграция. Н.В. Тимофеевым-Ресовским исследован полиморяпм ~ ю окраске надкрылий у божьей коровки, связанный с изменениями приспособенности особей в летнее и зимнее время.
Такой же механизм поддержания полиморфиз>а по инверсиям описан г)>. Добжанским в популяциях Ргоггу>гига >згеииииигсигп. Исследования пол иморфизма белков в популяциях человека показали, что не ме~сс 30% локусов можно отнести кполиморфным системам. Генетическая гетерогенюсгь популяций человека беспредельно велика, она приводит к тому, что каждый ~ел опек генетически уникален. Одинаковых по генотипу людей не было на протяже~ии всей истории человечества. Нс вес генотипы в популяции имеют одинаково высокую приспособленносп .
Появле~ис в|ю| гулянии особей с низкой приспособленностью возможно за счет посюянно воз~и ювш них мутаций, при отборе в пользу гегерсгзигот, за счет инбридинга идр. Все это приюлит ктому, что средняя приспособленность популяции оказывается ниже максимальной. )ел и чину г и;,„„— и)/ и ', показывающую, на сколько средняя приспособленность ниже ли имальной для популяции, Кроу предложил называть генетическим грузом В >той главе мы рассмотрели действие каждого фактора, изменяющего соотнопснив частот аллелей и генотипов в популяции, отдельно от действия остальных фаеторов.
В действительности все они действуют одновременно, усиливая или ослабр~н эффекты друг друга. глава ГЕНОМИКА И ГЕНОМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ХХ1 век несомненно войдет в историю, как век молекулярной генетики. Бурное развитие молекулярнобиологических методов, появление новых, компьютерных, подходов к анализу данных обеспечили прорыв в нашем представлении о том, как устроен и как функционирует геном. Современные геномные технологии в зависимости от целей их применения можно условно разделить на сканирующие, скринируюшие, функциональные и хромосомные (каргируюшие) (табл 18.1).
Получаемые с помощью этих методов огромные массивы данных обрабатываются с применением биоинформационных технологий. Хорошее знание основных принципов и этапов молекулярно-генетического тестирования позволяет совершенствовать существующие технологии, учитывая открывающиеся с их помощью возможности и сознавая подстерегающие на этом пути опасности. 18Л. ОСНОВНЫЕ ГЕНОМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18.1.1.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДНК 18.1.1.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ДНК Д Н К может быть выделена из любого биологического материала: из крови и других жидкостей организма, различных типов тканей и клеток, содержащих ядра. У чело- века ДН К чаще всего выделяют из лейкоцитов крови. Процесс выделения ДНК состоит из нескольких этапов: быстрый ливис клеток, удаление фрагментов клеточных органелл и мембран, ферментативное разрушение и экстрагирование белков, осажлснне молекул ДНК в этаноле с последующим их растворением в буферном растворе. Оценку качества выделенной ДНК проводят на основании измерения оптической плотности раствора ДН К в области белкового и нуклеииового спектров поглоп1ения.
В чистых образцах ДНК соотношение А(260)/А(280) > 1,8; где А(260) и А(280) — оптическая плотность раствора при длине волны 260 и 280 нм, соответствс~ ~но. Часом 1. Обинги гммтихи 328 Методы Геиоииме техиологии Выделение нативной НК Метод нол-хло мной эк акции Химический синтез Ферментативный синтез (полимеразноцепная еакция СинтезДНК Получение и выделение ДН К Методы гибридизации с ДН К-зондами Клон ванне Получение и выделение определенных фрагментов НК Секвенирование Определение нуклеотидной после овательности Лнаииз конформационного полиморфизма одноцепочечной ДН К (ББСР) Денатурируюший гель-элекгрофорез Гетеродуплексный анализ Химическое расщепление некомплемента ных сайгон Методы детекции точковых мутаций Сканирующие (поиск новых аллслейггенов, полиморфизмов) Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов Анализ мини- и микросателлитных ма ке ов Методы, основанные на пол им орфизме генома Тест на укороченный белок Масс-спе ом ия Анализ продуктов генов Бноинформационныетех- нологии Технология микрограмм (ДН К-чипы) Алл ель-специфическая гибридизация1амплифи кация Капиллярный дснатурирующий гель-элекгрофорез Минисеквенирование в твердой фазе Олиго клеотид-лигазный анализ ОЕА Скринирующие (лсюкпия известныхх генов/алле- лей Изучение транскриптов Технология микрограмм эксп ессионньге РНК-чипы Двухмерный электр орез Многомерная хроматография Изотопно-мечснные афинные мишени (1СЛТ-технологии) Масс-спектрометрия (матричная лазерная десорбционная ионизация (МАГГ)1), элекгроспрейная ионизация (ЕЯ)) Белковые чипы (БЕЕО!) Интерактивные протеомные технологии (дрожжевая двухтибридная система, биомолекулярный интерактивный анализ(В!А)) Изучение продуктов гена Функциональные зученив локализации транскриптов и продуктов гена ехнология микрограмм (экспрессионные РНК-чипы и бел- ковыс чипы — анализ уровня экспрес- сии в различных органах и тканях, определение внугри1внс клеточной локализации) Таблица 18.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
