Что изучает генетика популяций
ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА
Полезное
Смотреть что такое «ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА» в других словарях:
Популяционная генетика — * папуляцыйная генетыка * population genetics … Генетика. Энциклопедический словарь
популяционная генетика — Раздел генетики, изучающий закономерности наследственности и изменчивости на уровне популяций; становление П.г. связывается с работами В.Иоганзена (работа о наследовании в популяциях и чистых линиях, 1903), Г. Харди и Э. Вайнберга (закон Харди… … Справочник технического переводчика
ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА — раздел генетики, изучающий генетический состав, генетическую динамику природных популяций. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
Популяционная генетика — Популяционная генетика, или генетика популяций раздел генетики, изучающий распределение частот аллелей и их изменение под влиянием движущих сил эволюции: мутагенеза, естественного отбора, дрейфа генов и миграция. Она также принимает во внимание… … Википедия
популяционная генетика — population genetics популяционная генетика. Pаздел генетики, изучающий закономерности наследственности и изменчивости на уровне популяций
; становление П.г. связывается с работами В.Иоганзена (работа о наследовании в популяциях… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
популяционная генетика — populiacijų genetika statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetikos šaka, tirianti populiacijų genetinę struktūrą, genetiniams pokyčiams ir genų dažnumui poveikį darančių veiksnių dėsningumus. atitikmenys: angl. population… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
популяционная генетика — populiacijų genetika statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Genetikos kryptis, apimanti genetinės populiacijų sandaros ir jų raidos veiksnių tyrinėjimus. atitikmenys: angl. population genetics rus. популяционная генетика … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas
Популяционная генетика — раздел генетики (См. Генетика), изучающий генетическое строение и динамику генетического состава популяций (См. Популяция). Факторами, определяющими в популяциях изменения частот отдельных Генов и Генотипов, являются мутационный процесс… … Большая советская энциклопедия
ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА — Раздел генетики, который занимается изучением законов, определяющих генетическую структуру популяций и действующие в популяции эволюционные факторы. Методы популяционной генетики широко используются в животноводстве … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных
Популяционная биология — * папуляцыйная біялогія * population biology научное направление, изучающее характер связей организмов во времени и в пространстве. П. б. включает в себя такие дисциплины, как экология, таксономия, этология, популяционная генетика и др., которые… … Генетика. Энциклопедический словарь
Этапы развития популяционной генетики и ее значение
Обновлено: 03 Июня 2021
Разбираемся с темой популяционной генетики: ее определение, для чего нужна, кто является основателем и главные этапы развития этого раздела биологии.
Что такое популяционная генетика
Это раздел генетики, который занимается изучением генофонда целых популяций и его изменений под влияний движущих сил эволюции, пытается объяснить различные процессы адаптации и формирования видов. Популяционная генетика является одной из важнейших составляющих синтетической теории эволюции.
Для чего нужна популяционная генетика
Необходимость изучения раздела строится на идее о том, что именно через популяционный уровень происходит генетическая преемственность поколений. А значит, что и такие важные биологические свойства, как численность, плодовитость, устойчивость к заболеваниям, тоже можно отслеживать и регулировать.
Существуют определенные механизмы, которые определяют генетически структуру популяций. Их можно разделить на две группы:
Кто является основателем метода исследования
На становление популяционной генетики повлияли Сьюэл Райт, Джон Холдейн, Рональд Фишер и Сергей Четвериков. Однако ключевые закономерности, определяющие частоты аллелей в популяции, были определены Годфри Харди и Вильгельмом Вайнбергом.
Закон Харди-Вайнберга гласит: в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует естественный отбор, не идет мутационный процесс, нет обмена особями с другими популяциями, не осуществляется дрейф генов, а скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо аллельному гену будут поддерживаться на одном уровне из поколения в поколение. Такое утверждение соответствует формуле:
\(p^2 + 2pq + q^2 = 1,\) где
\(p^2\) — доля гомозигота по одному из аллелей,
\(p\) — частота этого аллеля,
\(q^2\) — доля гомозигота по альтернативному аллелю,
\(q\) — частота соответствующего аллеля,
\(2pq\) — доля гетерозигот.
Этапы развития популяционной генетики
История становления этого раздела генетики состоит из четырех основных этапов, которые затрагивают определенные промежутки времени и имеют свое значение:
Остались вопросы? Не справляешься с контрольной работой, курсовой или дипломом? Пиши специалистам ФениксХелп, они помогут разобраться с работой любой сложности.
Популяционная генетика
Популяцио́нная гене́тика, или генетика популяций — раздел генетики, изучающий распределение частот аллелей и их изменение под влиянием движущих сил эволюции: мутагенеза, естественного отбора, дрейфа генов и миграция. Она также принимает во внимание субпопуляционные структуры и пространственную структуру популяции. Популяционная генетика пытается объяснить адаптацию и специализацию и является одной из основных составляющих синтетической теории эволюции. На формирование популяционной генетики наибольшее влияние оказали: Сьюэл Райт (англ. Sewall Wright ), Джон Холдейн (англ. John Haldane ), Рональд Фишер (англ. Ronald Fisher ), Сергей Сергеевич Четвериков; ключевые закономерности, определяющие частоты аллелей в популяциях сформулированы Годфри Харди (англ. Godfrey Harold Hardy) и Вильгельмом Вайнбергом.
Содержание
Область применения и теоретическая часть
Возможно, наиболее значимым «формальным» достижением современной синтетической теории эволюции является формирование математической основы популяционной генетики. Некоторые авторы (Beatty, 1986) даже считают, что математическое объяснение динамики популяций является основой синтетической теории эволюции.
Ричард Левонтин (1974) сформулировал теоретические задачи популяционной генетики. Он обрисовал два аспекта популяционной генетики: генетический и фенотипический. Основная цель завершённой теории популяционной генетики — это сформулировать набор законов, отображающий переход от набора генотипов (G1) к серии возможных фенотипов (P1), с учётом действия естественного отбора, а также набора законов, которые бы позволяли по набору фенотипов (P2) в полученной популяции охарактеризовать представленные в ней генотипы (G2); так как менделевская генетика может предсказать следующее поколение генотипов по набору фенотипов, кольцо замыкается. Вот схематическая визуализация этой трансформации
(По Lewontin 1974, p. 12).
Даже оставив в стороне тот момент, что в ходе классических работ на уровне изучения наследования и молекулярно-генетических исследований обнаружены многие отклонения от менделевского наследования, это представляется колоссальной задачей.
T 1 представляет генетические и эпигенетические законы, аспекты функциональной биологии или биологии развития, которые описывают переход от генотипа к фенотипу. Обозначим это как «отображение генотип-фенотип». T² — это изменения, связанные с действием естественного отбора, T³ — эпигенетические связи, которые определяют генотипы на основе избранных фенотипов и, наконец, T 4 — закономерности менделевской генетики.
Практически, есть две ветви эволюционной теории, которые существуют параллельно: традиционная популяционная генетика, оперирующая наборами генотипов, и биометрическая теория, оперирующая наборами фенотипов изучаемых объектов, которая используется в селекции растений и животных. Определённая часть системы, переход от фенотипа к генотипу, как правило, теряется. Это приводит к тому, что изменчивость в системе, описываемая с помощью одних подходов, характеризуется как стабильная, или постоянная, при использовании других подходов или в других условиях — характеризуется как закономерно эволюционно изменяющаяся. Следовательно, для адекватной постановки какого-либо популяционного исследования требуется иметь определённые знания об изучаемой системе. В частности, если фенотип почти полностью определяется генотипом (например, в случае серповидно-клеточной анемии), или временной промежуток при исследовании достаточно мал, выявленные параметры могут рассматриваться как постоянные, однако во многих случаях это некорректно.
Этапы развития генетики популяций
Известные популяционные генетики
Фундаментальную закономерность, описывающую соотношения между частотами аллелей генов и фенотипов вывели независимо Харди и Вайнберг в 1908 году. В это время популяционной генетики не существовало, тем не менее, найденная исследователями зависимость лежит в основе данной науки. Работы С. С. Четверикова по выявлению насыщенности природных популяций Drosophila melanogaster рецессивными мутациями так же дали важный импульс для развития популяционно-генетических исследований.
Основателями теоретического и математического аппарата популяционной генетики можно считать английских биологов Рональда Фишера (1890—1962) и Джона Холдейна (1892—1964), а также американского ученого Сьюэла Райта (1889—1998). Фишер и Райт расходились по некоторым фундаментальным вопросам и дискутировали о соотношении ролей отбора и генетического дрейфа. Французский исследователь Гюстав Малеко (1911—1998) также внёс важный вклад в раннее развитие рассматриваемой дисциплины. Противоречия между американскими и британскими «школами» продолжались долгие годы. Джон Мейнард Смит (1920—2004) был учеником Холдейна, в то время как У. Д. Гамильтон (1936—2000) находился под сильным влиянием работ Фишера. Американский исследователь Джордж Прайс (1922—1975) работал с ними обоими. Последователями Райта в США стали Ричард Левонтин (р. 1929) и японский генетик Мотоо Кимура (1924—1994). Итальянец Луиджи Лука Кавалли-Сфорца (р. 1922), генетик популяций, с 1970-х гг. работавший в Стэнфорде, особое внимание уделял вопросам генетики популяций человека.
Генетика происхождения. Популяционный состав
Мы продолжаем нашу серию материалов про генетику происхождения. В предыдущей статье мы рассказали, что такое гаплогруппы, как их изучают и как по ним выстраивают маршруты миграции. Сегодня Атлас поделится информацией о популяциях: чем они отличаются от народов, почему сложно изучать их генофонд и как определяют принадлежность к популяции по генетическому тесту.
Почему генетики используют понятие популяция
Вместо национальной или этнической принадлежности в генетике происхождения используются понятия популяция и популяционный состав. Это связано с тем, что понятие национальность скорее относится к политической идентификации, чем к этнической.
Этническая принадлежность или народность определяется в большей степени культурными нормами, а не генетикой. Поэтому человек, который вырос в определенной культурной среде, может относить себя к одному народу, а фактическое происхождение его предков при этом может быть другим. Поэтому ученые говорят о популяциях — группах, которые существовали в течение многих поколений и в которых более половины браков заключалось внутри группы.
Популяцию легче определить по географическим и этническим признакам, потому что обычно браки заключаются с живущими поблизости представителями той же группы. Большинство народов является по совместительству популяцией. Однако есть народы, в которых более 50% браков заключается с представителями другой группы. Их отнести к популяции нельзя.
Таблица с различиями между народом и популяцией. Источник.
В чем сложность определения популяций
Генетические отличия между разными группами людей низки в сравнении с другими приматами. Геномы шимпанзе Восточной и Западной Африки отличаются сильнее друг от друга, чем геномы двух других людей на планете, где бы они ни жили. В этом заключается трудность определения, к какой популяции принадлежит человек.
Другая сложность в том, что на протяжении истории люди, особенно это относится к европейцам, постоянно мигрировали, заключали браки с представителями других популяций, а гены родителей перемешивались. И чем больше люди одной популяции переселялись и смешивались с другой, тем более разнообразная ДНК получалась у следующих поколений и тем сложнее найти для них образцовые ДНК.
Из-за рекомбинации дети могут не унаследовать некоторые варианты генов, характерные для той или иной популяции.
ДНК человека может нести информацию о популяциях предков разных времен. И тех, что жили недавно, и тех, что жили сотни лет назад. Чтобы определить, какие это были популяции, участки хромосом пользователя сравниваются с образцами представителей разных групп.
Как изучают популяции
Для отбора образцов используется анализ главных компонент (PCA, principal component analysis). Этот алгоритм самостоятельно ищет паттерны в данных генотипирования и позволяет разбить образцы на кластеры в N-мерном пространстве, обычно двухмерном. Пример визуализации такого анализа можно посмотреть здесь. С помощью него мы отсеиваем промежуточные образцы и отбираем только те, что характерны для определенной популяции.
В этом примере можно увидеть, как формируются кластеры разных популяций. Промежуточные варианты, которые попадают в зону между разными кластерами — отсеиваются.
Таким образом мы получаем кластеры, размеры и границы которых зависят от схожести образцов внутри группы. С ними мы сравниваем данные генотипирования или полногеномного секвенирования и относим их к наиболее похожему кластеру.
Сравнивается не вся ДНК, а отдельные ее кусочки. К каждому из них подбирается максимально близкий образец из базы. Так как некоторые участки могут быть похожи у отличных друг от друга популяций, данные проходят дополнительную проверку. Мы проверяем все близлежащие участки. Например, если среди нескольких участков, которые относятся к популяциям Северной Европы, мы обнаружим образец из Восточной Азии — то проверим его еще раз.
Чем больше образцов содержит кластер, тем точнее алгоритм определит популяции. Помимо этого, точность зависит от исходных данных. При полногеномном секвенировании мы получаем больше информации для сравнения, чем после генотипирования. Однако важно помнить, что даже Полный геном не дает 100%-ный результат. Образцы, собранные у разных популяций, чаще всего содержат данные генотипирования, так как оно значительно дешевле. Алгоритм определения популяций происхождения будет становиться точнее по мере появления образцов с результатами полногеномного секвенирования.
Есть ошибочное мнение, что для определения популяционного состава анализируется только Y-хромосома и митохондриальная ДНК. То есть для женщин популяционный состав можно определить только по материнской линии. Это не так. По этим данным можно получить только информацию по гаплогруппам, но к конкретным популяциям они не относятся. Например, гаплогруппа R1a, которая часто встречается у русских, распространена среди западных и восточных славян, а также среди популяций Северной Индии.
Популяцию нельзя связать с одной гаплогруппой, потому что, как правило, в ней распространены и другие. Однако они помогают понять историю формирования популяции в целом. Подробнее о гаплогруппах читайте в нашей предыдущей статье.
Как это выглядит в Личном кабинете
В разделе География пользователь видит процентное соотношение между частями света. Например, между Европой, Азией и Африкой.
При нажатии кнопки Подробнее пользователь переходит на страницу популяционного состава. Здесь представлен подробный процентный состав по каждой популяции. На карте также отмечен примерный ареал каждой группы.
В следующей статье Атлас подробно расскажет про неандертальцев: какой процент их генов содержится у разных популяций, как их гены влияют на здоровье современного человека, а также какие ещё древние люди жили в то время.
Популяционная генетика: методы, задачи и особенности для чайников
Биологические науки изучают живые организмы не только «изнутри», но также исследуют особенности их взаимодействия друг с другом и окружающей средой. Не является исключением и генетика. Одним из интереснейших её направлений является популяционная генетика. Как следует из названия, это направление генетической науки изучает особенности наследственности и изменчивости на уровне популяций. Но для начала давайте разберемся, что же такое популяция…
Что такое популяция
Безусловно для понимания данного термина следует привести пример. И, как говорится, будем «тренироваться, на кошках». Поэтому в качестве примера популяции рассмотрим бездомных кошек в городе. Они все принадлежат к одному виду и имеют общий ареал обитания (город), и попасть в другой город для них достаточно проблематично, так как для этого необходимо покрыть огромное расстояние, что обуславливает их относительную изоляцию.
Для чего нужна популяционная генетика
Интерес изучения генетики на популяционном уровне заключается в том, что через популяционный уровень осуществляется генетическая преемственность поколений, а также регуляция таких биологически важных свойств, как численность, плодовитость, устойчивость к заболеваниям и пр.
Таким образом, популяционная генетика — это раздел генетической науки, который изучает распределение частот аллелей (различных форм одного и того же гена, расположенных в одинаковых участках хромосом), а также их изменение под влиянием движущих сил эволюции, определяющих генетическую структуру популяции.
Она является одним из главных элементов синтетической теории эволюции. Механизмы, которые определяют генетическую структуру популяций, можно разделить на две группы:
В общем исследования в области генетики популяций можно условно разделить на два направления:
Закон Харди-Вайнберга
Рассмотрение каждого из механизмов определяющих генетическую структуру популяции, заслуживает отдельной статьи, но понимание их невозможно без рассмотрения ключевого закона популяционной генетики – закона Харди-Вайнберга или закона равновесного состояния. На нем и остановим своё внимание.
Итак, механизмы этого закона был открыты в 1908 г. английским математиком Харди (Hardy) и немецким врачом (Weinberg) независимо друг от друга.
Для его понимания рассмотрим такое понятие как случайное скрещивание.
Случайное скрещивание – это скрещивание при котором генетическая структура особей не влияет на вероятность формирования брачных пар между ними. Таким образом, в случайно скрещивающихся популяциях частота спариваний носителей различных генотипов пропорциональна доле, частотности данных генотипов в популяции.
Итак, согласно закону Харди-Вайнберга при отсутствии элементарных эволюционных процессов (естественного отбора, мутаций, дрейфа генов и миграции) частоты генов из поколения в поколение остаются неизменными. Соответственно если скрещивания случайны, частота генотипа связана простым квадратичным соотношением с частотой генов (аллелей). Если речь идет об аутосомном локусе, то равновесие генов достигается за одно поколение, и если дополнительные вмешательства, нарушающие структуру популяции, отсутствуют, сохраняется во всех последующих поколениях. Если же мы говорим о сцепленных с полом локусах, равновесные частоты генотипов устанавливаются постепенно.
Годфри Харолд Харди (1877-1947)
(p + q) 2 = p 2 + 2pq + q 2 = 1.
Если мы говорим о трех аллелях А, а, А’ с частотами p, q, r, формула будет иметь вид:
(p + q + r) 2 = p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr = 1.
Этот прием возведения в квадрат многочлена может быть использован для определения равновесных частот генотипов при любом числе аллелей. При этом сумма частот генотипов (как и аллелей) всегда должна равняться единице.
Задачи на закон Харди-Вайнберга не всегда просто даются начинающим генетикам. Помните, что Вы всегда можете обратиться к нашим авторам за квалифицированной и своевременной помощью! Сделайте процесс своего обучения приятным и легким вместе с Zaochnik!
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.