Закон-Харли—Вайнберга

Популяционная генетика занимается генетической структурой по­пуляций. Понятие «популяция» относится к совокупности свободно скрещивающихся особей одного вида, длительно существующей на определенной территории (части ареала), и относительно обособ-

24 Глава 1. Введение в генетику человека

ленной от других совокупностей того же вида. Важнейший признак популяции — это относительно свободное скрещивание. Если возни­кают какие-то изоляционные барьеры, препятствующие свободному скрещиванию, то возникают новые популяции.

У человека, например, помимо территориальной изоляции, доста­точно изолированные популяции могут возникать на основе соци­альных, этнических или религиозных барьеров. Поскольку между популяциями не происходит свободный обмен генами, то они могут существенно различаться по генетическим характеристикам. Для то­го чтобы описывать генетические свойства популяции, вводится по­нятие генофонда — совокупности генов, встречающихся в данной популяции. Помимо генофонда важна также частота встречаемости гена, или частота встречаемости аллеля.

Знание того, как реализуются законы наследования на уровне по­пуляций, принципиально важно для понимания причин индивиду­альной изменчивости. Все закономерности, выявляемые в ходе пси­хогенетических исследований, относятся к конкретным популяциям. В других популяциях, с иным генофондом и другими частотами ге­нов, могут получаться отличающиеся результаты.

Пусть в популяции представлены два аллеля А и а, с частотой встречаемости соответственно р и q. Тогда

Несложные подсчеты показывают, что в условиях свободного скрещивания относительные частоты генотипов АА, Аа, аа будут со­ставлять соответственно p ², 2pq, q². Суммарная частота, естественно,

равна единице:

► Закон Харди-Вайнберга гласит, что в условиях идеальной популяции частоты генов и генотипов остаются постоянными от поколения к по­колению.

Условия выполнения закона Харди-Вайнберга:

♦ Случайность скрещивания в популяции. Это важное условие под­разумевает одинаковую вероятность скрещивания между всеми особями, входящими в состав популяции. Нарушения этого усло­вия у человека могут быть связаны с кровнородственными бра­ками. В этом случае в популяции повышается количество гомо­зигот На этом обстоятельстве даже основан метод определения частоты кровнородственных браков в популяции, которую вычис-

Закон Харди—Вайнберга 25

ляют, определяя величину отклонения от соотношений Харди— Вайнберга.

♦ Еще одна причина нарушения закона Харди-Вайнберга — это так
называемая ассортативность браков, которая связана с неслучай­ностью выбора брачного партнера. Например, обнаружена опре­деленная корреляция между супругами по коэффициенту интеллекта. Ассортативность быть может быть положительной или отрицательной и соответственно повышать изменчивость в попу­ляции или уменьшать ее (см. главу 3). Отметим, что ассортатив­ность влияет не на частоты аллелей, а на частоты гомо- и гетерозигот.

♦ Не должно быть мутаций.

♦ Не должно быть миграций как в популяцию, так и из нее.

♦ Не должно быть естественного отбора.

♦ Популяция должна иметь достаточно большие размеры, в противном случае даже при соблюдении остальных условий будут наблюдаться чисто случайные колебания частот генов (так назы­ваемый дрейф генов).

Эти положения, конечно, в естественных условиях в той или иной степени нарушаются. Однако в целом их влияние не так сильно выражено и в человеческих популяциях соотношения Харди-Вайн­берга, как правило, выполняются.

Закон Харди-Вайнберга позволяет подсчитывать частоты алле­лей в популяции. Рецессивные аллели проявляются в фенотипе, только если они оказываются в гомозиготном состоянии. Гетерозиготы фенотипически либо не отличаются от доминантных гомозигот, либо их можно идентифицировать с помощью специальных методов, подчас весьма сложных. С помощью закона Харди-Вайнберга такой подсчет гетерозигот можно легко сделать по формулам (1) и (2).

Произведем расчеты для рецессивной мутации, вызывающей за­болевание фенилкетонурию. Заболевание встречается у 1 человека на 10 тыс. Таким образом, частота встречаемости гомозигот q² (гено­тип аа) равна 0,0001. Частота рецессивного аллеля q определяется путем извлечения квадратного корня (q = ) и равна 0,01.

Частота доминантного аллеля будет равна

Отсюда легко определить частоту встречаемости гетерозигот Аа.

26 Глава 1. Введение в генетику человека

Рис. 1.10

Связь между частотами генов А и а и частотами генотипов АА, Аа, аа по формуле Хайди-Вайн­берга (по Дубинину, 1970)

2pq = 2 ∙ 0,99 x 0,01 = 0,0198 ≈ 0,02, т. е. она составляет приблизи­тельно 2%. Получается, что 1 человек из 50 является носителем гена фенилкетонурии. Эти данные показывают, какое большое число ре­цессивных генов остается в скрытом состоянии. На рис. 1.10 показа­на частота встречаемости гомозигот АА, аа и гетерозигот Аа в зави­симости от частот соответствующих аллелей Аи а.

Как уже было сказано выше, на частоту появления гомозиготных генотипов могут оказать влияние кровнородственные браки. При близкородственном скрещивании (инбридинге) частота гомозигот­ных генотипов увеличивается по сравнению с соотношениями закона Харди-Вайнберга. В результате этого вредные рецессивные мута­ции, определяющие заболевания, чаще оказываются в гомозиготном состоянии и проявляются в фенотипе. Среди потомства от кровно­родственных браков с большей вероятностью встречаются наследст­венные заболевания и врожденные уродства.

Оказалось, что и другие признаки испытывают достоверное влия­ние инбридинга. Показано, что с увеличением степени инбридинга снижаются показатели умственного развития и школьная успевае­мость. При увеличении коэффициента инбридинга на 10% коэффи­циент интеллекта снижается на 6 баллов (по шкале Векслера для де-

Контрольные вопросы 27

тей). Коэффициент инбридинга в случае брака двоюродных сибсов равен 1/16, для троюродных сибсов — 1/32.

В связи с повышением мобильности населения в развитых странах и разрушением изолированных популяций наблюдается снижение ко­эффициента инбридинга в течение всего XX в. На это также повлия­ло снижение рождаемости и уменьшение числа двоюродных сибсов.

При отдаленном скрещивании можно наблюдать появление гиб­ридов с повышенной жизнеспособностью в первом поколении. Это явление получило название гетерозиса. Причиной гетерозиса явля­ется перевод вредных рецессивных мутаций в гетерозиготное со­стояние, при котором они не проявляются в фенотипе.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение наследственности и изменчивости.

2. В чем суть хромосомной теории наследственности?

3. Какие гены называют аллельными?

4. Что такое генотип? Дайте определение фенотипа.

5. Какие формы изменчивости существуют?

6. Какие мутации не наследуются?

7. Назовите причины мутаций.

8. Дайте определение модификационной изменчивости.

9. Что такое норма реакции? Чем определяется норма реакции?

11. В чем проявляется явление доминирования? Что такое гомо- и
гетерозиготы?

12. Сформулируйте первый закон Менделя.

13. Приведите пример кодоминирования.

14. Какие гены называются плейотропными?

15. Приведите пример множественности аллелей.

16. Приведите пример взаимодействия генов.

17. Чем аутосомы отличаются от половых хромосом?

18. От чего зависит пол у человека?

19. Приведите пример наследования, сцепленного с полом.

20. Что такое цитоплазматическая наследственность?

21. При каких условиях выполняется закон Харди-Вайнберга? Как
он формулируется?

22. Каковы последствия инбридинга?

Дата добавления: 2015-10-13