Методические рекомендации к решению задач по генетике "Популяционная генетика"

8

Севастопольское государственное бюджетное образовательное учреждение

профессионального образования

«Севастопольский медицинский колледж имени Жени Дерюгиной»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

для студентов медицинского колледжа

«Решение задач по генетике»

Методические рекомендации подготовлены

преподавателем биологии и генетики человека

с основами медицинской генетики

З.М.СМИРНОВОЙ

г. Севастополь

2014г

ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА

ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

1. Генетически популяция характеризуется генофондом – совокупностью генов популяции.

2. Закон Харди – Вайнберга: частота генов (генотипов) в популяции есть величина постоянная и не изменяется из поколения в поколение.

Закономерности, выявленные Г. Харди и В. Вайнбергом, являются теоретической основой популяционной генетики.

3. Сумма генов одного аллеля в данной популяции является величиной постоянной, частота генов в популяции выражается

р + g = 1,

где р – число (частота) доминантных генов аллеля (А),

q – число рецессивных генов того же аллеля (а). обе величины могут быть выражены в долях единицы или в процентах, тогда

р + g = 100%

4. Сумма генотипов одного аллеля в данной популяции есть также величина постоянная:

p² (АА) + 2рg (Аа) + g² (аа) = 1,

где р² – частота гомозиготных особей по доминантному гену

(генотип АА);

2рg – число (частота) гетерозигот (генотип Аа);

g² – число (частота) гомозиготных особей по рецессивному гену

(генотип аа). Квадратный корень из этой величины – частота

рецессивного аллеля g. Долю второго аллеля (р) находим как

1 – g = р

р²_(АА)+ 2рg _(Аа) – частота особей с доминантным признаком,

2рg _(Аа) + g²_(аа) – частота особей, в генотипе которых имеется рецессивный аллель.

5. Структура популяции – соотношение в ней различных генотипов и аллелей.

Чтобы понять, как Харди и Вайнберг вывели свое уравнение и продемонстрировали равновесие частот аллелей и генотипов в разных поколениях, рассмотрим более подробно ситуацию с аутосомным геном, существующим в популяции в виде двух аллелей: А и а.

Предположим, что в популяции на долю аллеля А приходится 80% от всех аллелей аутосомного гена, то есть, частота р = 0,8. Поскольку аллелей только два вида, то на долю аллеля а приходится q = 1 – р = 1 – 0,8 = 0,2.

Представим, что частоты аллелей А и а одинаковы у самцов и самок, при этом самцы и самки скрещиваются совершенно случайно.

Составим решетку Пеннета, указывая рядом с обозначениями аллелей и генотипов их частоты.

Согласно решетке Пеннета, частоты генотипов: АА – 0,64 (0,8 х 0,8), Аа – 0,32 (0,8 х 0,2 х 2) и аа – 0,04 (0,2 х 0,2).

Частоты аллелей в генофонде популяции особей нового поколения в результате этого скрещивания, составила:

частота аллеля А: 0,64 + 0,5 х 0,32 = 0,64 + 0,16 = 0,8.

частота аллеля а: 0,04 + 0,5 х 0,32 = 0,04 + 0,5 х 0,32 = 0,2.

Таким образом, частоты аллелей А и а в генофонде особей нового поколения не изменились.

Закон Харди-Вайнберга справедлив для менделирующих признаков, то есть таких признаков, наследование которых подчиняется законам Менделя.

1. В популяции озёрной лягушки появилось потомство – 1680лягушат с тёмными пятнами (доминантный признак) и 320 лягушат со светлыми пятнами. Определите частоту встречаемости доминантного и рецессивного генов пятнистости и число гетерозигот среди лягушат с тёмными пятнами.

Решение:

1) 1680 + 320 = 2000 особей в популяции

2) g² = 320 : 2000 = 0,16 – частота встречаемости гомозигот по рецессивному гену;

g² = 0,16; g = √0,16 = 0,4 – частота встречаемости рецессивного гена а.

3) р = 1- g = 1 - 0,4 = 0,6 – частота встречаемости доминантного гена А.

2рg = 2 х 0,6 х 0,4 = 0,48 = 48%; из 1680 гетерозигот (Аа):1680 х 48/100 = 806

Ответ: р_А – 0,6; g_а – 0,4; рg_Аа – 806 лягушат - гетерозиготные.

2. Альбинизм общий наследуется как аутосомный рецессивный признак. Заболевание встречается с частотой 2:20 000. Вычислите частоту гетерозигот в популяции.

Признак Ген, генотип

Альбинизм a

Нормальная пигментация А

1 : 20000 – частота встречаемости (p_a) аа

Частота гетерозигот pq (Аа) ?

Решение:

1) Определим частоту гомозигот (аа) по рецессивному аллелю альбинизма (q²), у которых соответствующий признак проявляется в фенотипе.

q² = 2 : 20000 = 0,0001 и, следовательно, частота аллеля альбинизма

q = √ 0,0001 = 0, 01.

2) Частота доминантного аллеля А составит:

р = 1- q = 1- 0,01 = 0,99.

3) Вычислив частоты аллелей а и А, можно определить частоту гетерозиготных носителей аллеля альбинизма (2pq):

2 х (0,99) х (0,01) = 0,0198

Таким образом, частота носителей аллеля альбинизма почти в 200 раз превышает частоту фенотипического проявления этого дефекта.

Ответ: pq_Aa = 0,0198.

3. Длина хвоста у мышей зависит от аутосомного гена. Длинный хвост – доминантный признак, короткий рецессивный. В лабораторной популяции мышей особи с длинным хвостом составляют 51%, с короткими – 49%. Определите структуру популяции по данному гену.

Признак Ген, генотип

Длинный хвост А Решение:

Короткий а Доминантные гомозиготы и гетерозиготы

С длинным хвостом 51% фенотипически не различаюся. Для их выявления

С коротким 49% воспользуемся формулой Харди - Вайнберга.

Структура популяции ? В популяции присутствуют мыши с генотипами

АА; Аа; аа.

Соотношение этих генотипов: p²: 2pq : q².

Частота рецессивных гомозигот равна q² – 49%.

Частота встречаемости рецессивного аллеля q = q = √ 0, 49 = 0,7.

Частота встречаемости доминантного аллеля ) р = 1- g = 1 - 0,7 = 0,3.

Частота доминантных гомозигот p² = 0,3² = 0,09

Частота гетерозигот 2pq = 2х 0,3 х 0,7 = 0,42

Ответ: структура популяции: р_А – 0,3; g_а – 0,7; p² _АА – 0,09; q²_аа – 0, 49_; рg_Аа – 0,42.

4. На острове Умнак в 1824 г. добыто черно-бурых – 40 лисиц (ĀĀ), сиводушек – 95 (Āа), красных лисиц 51 (аа). Определите частоты генотипов, частоты аллелей, сравните наблюдаемые соотношения с теоретическими.

Признак Ген, генотип

40 – черно-бурые лисицы Ā Ā

95 – сиводушки Āа

51 – красные лисицы аа

Частоты генотипов – ?

Частоты аллелей – ?

Решение

1) Введем обозначения:

N – общее число особей популяции;

D – число доминантных гомозигот (ĀĀ);

R – число рецессивных гомозигот (аа).

2) Всего в этой группе: 40 + 95 + 51= 186 особей и 2(D + H + R) совокупность всех генов популяции, т.е. 186 особей в популяции имеют 372 (2 х 40 + 95 + 51) генов, по изучаемому признаку.

3) Тогда частота аллеля Ā (р): (2D + H)/2(D + H + R) =

(2 х 40 + 95)/2(40 + 95 + 51) = 0,470.

4) Соответственно, частота а(g): (2R + H)/2(D + H + R) =

2 х51 + 95/2(40 + 95 + 51) = 0,530

или а(g) = 1 - p = 1 - 0,470 = 0,530.

5) Разделим численность особей с каждым генотипом на общую численность и получим следующие частоты генотипов:

p²_{Ā Ā} = 40/186 = 0,215; рg _{Ā а} = 95/186 = 0,511; g²_аа= 51/186 = 0,274.

6) Ожидаемое соотношение генотипов должно быть:

Ā Ā = 0,470² = 0,221; Ā а = 2 х 0,470 х 0,530 = 0,498 и аа = 0,530² = 0,281.

Если мы умножим эти значения на число особей в выборке, мы получим, что при состоянии равновесия в популяции должны быть 0,221 х 186 = 41 черных, 0,498 х 186 = 93 сиводушек и 0,281 х 186 = 52 красных лисицы.

5. Популяция содержит 400 особей, из них с генотипом АА – 20, Аа – 120 и аа – 260. Определите частоты генов А и а.

p – ? Ответ: частота гена А – 0, 2, гена а – 0,8

g - ?

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. У крупного рогатого скота породы шортгорн рыжая масть доминирует над белой. Гибриды от скрещивания рыжих и белых - чалой масти. В районе, специализирующемся на разведении шортгорнов, зарегистрировано 4169 рыжих животных, 3780 – чалых и 756 белых. Определите частоту генов рыжей и белой окраски скота в данном раойне.

2. В выборке, состоящей из 84000 растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, т.к. у них рецессивные гены находятся в гомозиготном состоянии. Определите частоты аллелей А и а. а также частоту гетерозиготных растений.

3. Группа особей состоит из 30 гетерозигот. Вычислите частоты генов А и а.

4. В популяции известны частоты аллелей p = 0,8 и g = 0, 2. Определите частоты генотипов.

5. В стаде крупного рогатого скота 49% животных рыжей масти (рецессив) и 51% чёрной масти (доминанта). Сколько процентов гомо- и гетерозиготных животных в этом стаде?

Список использованной литературы:

1. Атраментова Л. А., Карнацевич И. Я. «Сборник задач по генетике» (Харьков «Торсинг», 2002 год)

2. Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии с решениями для поступающих в вузы. – М.: ООО «Издательство Оникс»: ООО «Издательство «Мир и образование», 2008.

3. Гуляев Г.В. « Задачник по генетике» (М. , «Колос», 1980г.)

4. Жданов Н. В. «Решение задач при изучении темы: «Генетика популяций» (Киров, пед. инст., 1995г.) «Задачи по генетике для поступающих в ВУЗы» (г. Волгоград, изд. «Учитель», 1995г.)

5. Кириленко А.А. Биология. Сборник задач по генетике. Базовый и повышенный уровни ЕГЭ: учебно-методическое пособие. – Ростов н/Д: Легион, 2009

6. Кочергин Б. Н., Кочергина Н. А. «Задачи по молекулярной биологии и генетике» (Минск, «Народная асвета», 1982г)

7. Методическая разработка для уч-ся биологического отделения ВЗМШ при МГУ «Законы Менделя» (Москва, 1981г.)

8. Муртазин Г. М. «Задачи и упражнения по общей биологии (Москва, 1981г.)

9. Орлова Н. Н. «Малый практикум по общей генетике (сборник задач)» (Изд. МГУ, 1985г.)

10. Сборник задач по генетике : для студентов биол. фак. / С23 Н. П. Максимова [и др.]. – Минск : БГУ, 2008. – 167 с.

11. Соколовская Б. Х « Сто задач по молекулярной биологии и генетике» (М., 1981г.)

12. Хелевин Н. В., Лобанов А. В., Колесова О. Ф. «Задачник по общей и медицинской генетике» (Москва «Высшая школа», 1976г.)