Genetické zákonitosti v populacích

Otázka: Genetické zákonitosti v populacích

Předmět: Biologie

Přidal(a): krojcik

POPULACE = soubor jedinců stejného biologického druhu, žijících v určité geografické oblasti, jedinci se vzájemně kříží a mají plodné potomstvo J

Všichni jedinci téže populace se podílí na společném GENOFONDU populace, který tvoří zásobárnu genů (alel) pro vznik dalších generací
V rámci populace jsou všichni jedinci více či méně geneticky příbuzní
Tato genetická příbuznost členů dané populace je dána:
- tím, že jedinci dané populace se mohou mezi sebou vzájemně křížit
- je dána tím, že všichni jedinci té populace pochází ze stejného předka
Pro genotypově slož. popul. a pro její další vývoj z generace na generaci je důležité, jakým způsobem se jedinci v té populaci rozmnožují:
- NEPOHLAVNĚ SE ROZMNOŽUJÍCÍ ORGANISMY
  - v potomstvu u nich nedochází k žádnému segregačnímu nebo rekombinačnímu genotypovému rozrůznění => populace asexuálních organismů jsou proto tvořeny genotypově jednotnými klony potomstva
- POHLAVNĚ SE ROZMNOŽUJÍCÍ ORGANISMY
  - u nich je podstatné, zda zygota vzniká splynutím gamet, které vznikly na témže jedinci = AUTOGAMIE (hermafroditi, samosprášené rostliny) anebo ke vzniku zygoty dochází spojením gamet, které vznikly na různých jedincích = ALLOGAMIE (GONOCHORISTÉ)
Genetická struktura populace je určena alelovými a genotypovými frekvencemi

ALELOVÁ FREKVENCE = relativní četnost určité alely v dané populaci

GENOTYPOVÁ FREKVENCE = relativní četnost určitého genotypu v populaci

Autogametická (autogamická) populace = populace jedinců s autogamickým způsobem rozmnožování

dochází k postupnému převládání homozygotů nad heterozygoty
z generace na generaci dochází k homogenizaci populace => dáno tím, že jedinci homozygotní v určitém páru alel mohou produkovat jen homozygotní potomky (AA, aa)
genotypově různorodí potomci mohou produkovat pouze heterozygoty => podle Mendela je štěpný poměr při křížení dvou heterozygotů
již po 10-ti autogamických generacích heterozygoti z populace téměř vymizí (zcela z populace nezmizí nikdy)
po dostatečném počtu autogamních generací se autogamická populace rozpadá na 2 čisté linie
- linie homozygotně dominantní
- linie homozygotně recesivní

Alogamická populace= alogamický způsob rozmnožování = genotyp každého potomka je vždy kombinací alel dvou různých jedinců

genetické zákonitosti, které se uplatňují v alogamických populacích, se obvykle modelují na vztazích tzv.: PANMIKTICKÉ POPULACE (panmixie) = populace, ve které není žádným způsobem omezena náhodnost spojení jakýchkoliv genotypově rozdílných typů gamet při vzniku zygoty
je to modelový příklad populace, ve které není omezeno náhodné párování partnerů (žádným způsobem) => ve skutečnosti neexistuje, blíží se tomu lidská populace, ale má jistá omezení: hranice, vzhled, náboženství, kultura
principem panmixie je naprosto shodná pravděpodobnost uplatnění všech možných genetických informací => prakticky nelze

Hardyho – Weinbergův zákon = zákon o genetické rovnováze v panmiktické populaci

modelový příklad:
- Gen velkého účinku (major gen) má alely A, a. Parentální generace je tvořena pouze heterozygoty. Četnost alely A označíme výrazem Četnost alely a označíme q. Součet četnosti těchto alel je 100% = 1 P + q = 1

P: Aa x Aa

q: Aa x Aa (písmenka jsou v kroužcích)

	PA	qa
PA	P²AA	PqAa
qa	PqAa	q²aa

pravděpodobnost vzniku AA je dána vztahem P x P = P²
pravděpodobnost vzniku aa je dána vztahem q x q = q²
pravděpodobnost vzniku Aa je dána vztahem P x q + P x q = 2Pq

genotypové složení panmiktické populace při činnostech alel P a q odpovídá výrazu P²: 2Pq : q² , při čemž platí, že P²+ 2Pq + q²= 1

=>genotypové složení panmiktické populace závisí na četnostech příslušných dominantních a recesivních alel v genofondu populace

Hardy – Weinberg pro 3 alely (P + q + z)³= 1

pokud se četnosti dominantních a recesivních alel v genofondu populace z generace na generaci nemění a pokud pravděpodobnost párování jakéhokoliv genotypu s jakýmkoliv jiným zůstává stále stejná, potom se z generace na generaci nemění ani složení genotypové populace = POPULAČNÍ GENETICKÁ ROVNOVÁHA
GRAF:

výchozí populace tvořena pouze heterozygoty 100%
při 8. generaci u autogamické populace je četnost heterozygotů pouze 0,39 %

Faktory narušující genetickou rovnováhu

kdyby nedocházelo ke změnám v genetické rovnováze populace a ta by zůstávala genotypově trvale neměnná, nemohla by se takové populace dále geneticky rozvíjet
ve skutečnosti je však každá populace vystavena různým vlivům, které gen. rovnováhu neustále narušují

1. selekční tlak => SELEKCE

selekční tlak podmínek prostředí = přírodní výběr je jednou z hl. příčin neustálého porušování gen. rovnováhy
v různých podmínkách prostředí mají různé genotypové kombinace různou adaptivní hodnotu = míra zdatnosti genotypu projevující se v jeho schopnosti v daném prostředí přežívat a rozmnožovat se => proto organismy s adaptivnějším genotypem jsou v daných podmínkách životaschopnější a produkují větší množství potomků než organismy, které mají genotypy s nízkou adaptivní hodnotou
pro další generace to znamená posun ve složení genofondu populace => v genofondu je větší pravděpodobnost výskytu alel pocházejících od častěji se rozmnožujících rodičů
adaptivní hodnota se snižuje vlivem negativní selekce => přírodní výběr odstraňuje (selekčním tlakem) případné nevhodné genotypy
adaptivní hodnota se zvyšuje vlivem pozitivní selekce => přírodní výběr umožňuje přežití nejvhodnějších genotypů v daném prostředí

2. MUTACE – populace jsou neustále vystaveny mutačnímu tlaku => v důsledku náhodných mutací se mohou měnit alely => mění se jejich relativní četnosti (P a q)=> změna genotypového složení z generace na generaci

Škodlivé mutace snižují adaptivní hodnotu genotypu
Pravděpodobnost rozšíření mutované alely v genofondu populace závisí na její adaptivní hodnotě a velký vliv má selekce => vybrání této mutované alely

3. MIGRACE, EMIGRACE ALEL – vnášení nových alel do genofondu populace prostřednictvím jedinců. Kteří byli příslušníky jiných populací

Emigrace= mizení alel z genofondu emigrací členů populace do jiných populací

rozšíření migrujících alel v dané populaci závisí na jejich adaptivní hodnotě a velmi se zde uplatňuje selekce

4. NÁHODNÝ GENETICKÝ POSUN= GENETICKÝ DRIFT- uplatňuje se pouze v malých alogamických populacích (několik desítek až stovek jedinců) pro které neplatí Hardy- Weinbergův zákon => pokud je populace početně omezená, existuje jen malý počet párovacích možností mezi jejími příslušníky a soubor gamet ze kterých vzniká další generace není dostatečně variabilní => dojde-li totiž v jedné generaci k náhodně častějšímu párování jedinců s určitými genotypy, má taková náhodná odchylka v početně malé populaci velký význam (ve velké populaci by byla zanedbatelná) => do další generace se tak přenese více alel určitého typu a tím se v jejich prospěch změní poměr alelových četností v genotypu populace => z generace na generaci se tak neustále náhodně mění relativní četnosti alel=> změna populační genetické rovnováhy

Genetický drift se uplatňuje i ve větších alogamických populacích => typická je v tomto směru výběrová volba partnerů v lidské populaci

5. PŘÍBUZENSKÉ KŘÍŽENÍ= IMBREEDING- projev hlavně v malých populacích=> zvyšování podílu dominantních a recesivních homozygotů na úkor heterozygotů

6. HETEROZYGOTNOST POPULACE- má obrovský význam pro přežití určitého druhu=> když se biologové snaží zachránit nějaký živočišný druh před vyhynutím, je úspěch záchrany závislý na genetické struktuře zbylé populace => stav populace ohroženého druhu by neměl klesnout pod 200- 500 jedinců => menší populaci hrozí imbreeding, což může vést ke snížení životaschopnosti takové populace