Презентация на тему «Генетика популяций. Изменения генофонда популяций Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам

Что такое генофонд популяции?
Обладая специфическим генофондом,
находящимся под контролем
естественного отбора,
популяции играют важнейшую роль в
эволюционных преобразованиях вида.
Все процессы, ведущие к изменениям
вида, начинаются на уровне видовых
популяций.

Генетическое равновесие в популяциях.

Частота встречаемости различных аллелей в
популяции определяется частотой мутаций,
давлением отбора, а иногда и обменом
наследственной информации с другими
популяциями в результате миграций особей.
При относительном постоянстве условий и
высокой численности популяции все указанные
процессы приводят к состоянию относительного
равновесия. В результате генофонд таких
популяций становится сбалансированным, в нем
устанавливается генетическое равновесие, или
постоянство частот встречаемости различных
аллелей.

Причины нарушения генетического равновесия.

действие естественного отбора приводит к
направленным изменениям генофонда
популяции - повышению частот «полезных»
генов. Происходят микроэволюционные
изменения.
Однако изменения генофонда могут носить и
ненаправленный, случайный характер. Чаще
всего они связаны с колебаниями
численности природных популяций или с
пространственным обособлением части
организмов данной популяции.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить вследствие разных причин - миграции, т. е. перемещение части

популяции в новое
место обитания.
Если небольшая часть популяции животных или
растений поселяется на новом месте, генофонд
вновь образованной популяции будет неизбежно
меньше генофонда родительской популяции. В
силу случайных причин частоты аллелей в новой
популяции могут не совпадать с таковыми у
исходной. Гены, до того редко встречающиеся,
могут быстро распространяться (вследствие
полового размножения) среди особей новой
популяции. А ранее широко распространенные
гены могут отсутствовать, если их не было в
генотипах основателей нового поселения.

Сходные изменения могут наблюдаться в случаях, когда популяция разделяется на две неравные части естественными или

искусственными барьерами.
Например, на реке построена дамба, разделившая
обитавшую там популяцию рыб на две части.
Генофонд малой популяции, берущей начало от малого
количества особей, может, опять же в силу случайных
причин, отличаться от генофонда исходной по составу.
Он будет нести в себе только те генотипы, которые
случайно подобрались среди малого числа основателей
новой популяции.
Редкие аллели могут оказаться обычными в новой
популяции, возникшей в результате ее обособления от
исходной популяции.

Состав генофонда может меняться вследствие различных природных катастроф, когда выжившими остаются лишь немногие организмы

(например, из-за
наводнения, засухи или пожаров).
В популяции, пережившей катастрофу, состоящей из
особей, оставшихся в живых случайно, состав
генофонда будет сформирован из случайно
подобранных генотипов.
Вслед за спадом численности начинается массовое
размножение, начало которому дает
немногочисленная группа.
Генетический состав этой группы определит
генетическую структуру всей популяции в период ее
расцвета. При этом некоторые мутации могут совсем
исчезнуть, а концентрация других - резко
повысится. Набор генов, оставшихся у живых особей,
может несколько отличаться от того, который
существовал в популяции до катастрофы.

Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам

Резкие колебания численности популяций,
чем бы они ни были вызваны, изменяют
частоту аллелей в генофонде популяций.
При создании неблагоприятных условий и
сокращении численности популяции из-за
гибели особей может происходить утрата
некоторых генов, особенно редких.
В целом чем меньше численность
популяции, тем выше вероятность потери
редких генов, тем большее влияние
оказывают на состав генофонда случайные
факторы.

Дрейф генов

Действие случайных факторов объединяет и
изменяет генофонд малой популяции по сравнению с
его исходным состоянием. Это явление называется
дрейфом генов.
В результате дрейфа генов может сложиться
жизнеспособная популяция со своеобразным
генофондом, во многом случайным, поскольку отбор
в данном случае не играл ведущей роли.
По мере увеличения численности особей вновь
восстановится действие естественного отбора,
который будет распространяться уже на новый
генофонд, приводя к его направленным изменениям.
Совокупность всех этих процессов может привести к
обособлению нового вида.

Направленные изменения генофонда происходят вследствие естественного отбора.

Естественный отбор приводит к последовательному
возрастанию частот одних генов (полезных в данных
условиях) и к снижению других.
Вследствие естественного отбора в генофонде
популяций закрепляются полезные гены, т. е.
благоприятствующие выживанию особей в данных
условиях среды. Их доля возрастает, и общий состав
генофонда меняется.
Изменения генофонда под действием естественного
отбора приводят и к изменениям фенотипов,
особенностей внешнего строения организмов, их
поведения и образа жизни, а в конечном итоге - к
лучшей приспособленности популяции к данным
условиям внешней среды.

Вопросы

1. При каких условиях возможно
равновесие между различными
аллелями популяционного генофонда?
2. Какими силами вызваны
направленные изменения генофонда?
3. Какие факторы являются
причиной нарушения генетического
равновесия

дифференциального окрашивания хромосом. Позволяет выявить индивидуальные возрастные и половые особенности хромосом. Есть такие варианты хромосом, которые увеличивают жизнеспособность особей. Но есть и такие, которые снижают жизнеспособность: бесплодие, рождение детей с хромосомной патологией (1% рождается, более 100% - четкая клиническая картина – синдром. Антигенный биохимический полиморфизм. Обуславливает разнообразие людей по белкам- ферментам и антигенам. Это ведет к тому, что у каждого человека могут быть свои особенности реагирования на химические, физические и биологические факторы среды обитания. На основании этого сформировались новые направления в генетике: экогенетика (вариант индивидуальных ответов на условия среды); фармакогенетика (реакция на лекарство).

Клинический полиморфизм. Проявляется в том, что существует много переходных форм от здоровья к болезни и много различных вариантов внутри одной болезни. Все это приводит к исключительной гетерогенности наследственных заболеваний, и для того, чтобы врач правильно мог поставить диагноз, надо уметь составлять родословную, изучить фенотип, принимая клиента, обязательно надевать ""генетические очки"", чтобы правильно составить родословную.

Популяция – совокупность особей данного вида, в течение длительного времени (нескольких поколений) населяющая определенное пространство, состоящая из особей, которые могут свободно скрещиваться друг с другом, и отделенная от соседних совокупностей одной из форм изоляции (пространственной, сезонной, физиологической, генетической и др.).

Генетическая популяция (панмиктическая, свободно размножающаяся) – это группа животных или растений одного вида, населяющая определенную территорию, свободно размножающаяся половым путем при условии реальной возможности скрещивания любого самца с любой самкой, сочетания любых гамет (аллелей генов) одного пола с любыми гаметами (аллелями генов) другого пола в пределах своей группы.

Условия панмиксии: 1. Свободное размножение 2. Полное отсутствие действия естественного и искусственного отбора 3. Все особи жизнеспособны, плодовиты и оставляют такое же жизнеспособное плодовитое потомство 4. Отсутствие миграций особей 5. Отсутствие мутационного процесса

Генетическая популяция – это модель, позволяющая проследить генетические процессы, протекающие в любой реально существующей популяции: 1. Определить собственно генетическую структуру популяции 2. Определить уровень распространения в популяции наследственных заболеваний 3. Изучить каким закономерностям подчиняется частота появления различных генотипов 4. Определить пути эволюции популяций

Свойства генетической популяции: Пластичность генетической структуры, изменяющейся под воздействием факторов естественного и искусственного отбора Способность генетической структуры популяции приспособительно реагировать и изменяться при смене условий среды обитания Сохранение общей генетической структуры, соответствующей условиям среды и проявление генетического гомеостаза за счет наличия приспобительных способностей этой структуры Способность к неограниченной эволюции

Расчёт частот встречаемости генотипов (пример 1). Обследовано 4200 человек по системе групп крови MN чел. имеют антиген M, 882 чел. имеют антиген N, 2100 чел. имеют антигены M и N. Частота генотипа MM составляет 1218:4200 (29%) Частота генотипа NN составляет 882:4200 (21%) Частота генотипа MN составляет 2100:4200 (50%)

Расчет частоты аллелей у гетерозигот (пример 2) Если популяция состоит из 30 гетерозиготных особей (Аа), следовательно в популяции имеется всего 60 аллелей (А+а) в том числе 30 – «А» и 30 - «а». Частота доминантного аллеля обозначается знаком p, а частота рецессивного - q. pA= A/(A+a) = 30/60 = 0,5 qa= a/(A+a) = 30/60 = 0,5 pА + qa = 0,5+0,5 = 1

Расчет частоты аллелей в гетерогенной популяции (пример 3) Требуется определить частоту pA и qa если в популяции 64% АА, 4% аа, 32% Аа. Обще число аллелей принимается за 100% тогда в популяции 64% собей АА имеют 64% аллелей А, 32% Аа имеют 16% аллелей «А» и 16% аллелей «а» pA = 64%+16% = 80% (или 0,8) qa = 1 – pA = 100%- 80% = 20% (или 0,2)

Закон Харди-Вайнберга Если в популяции ген «А» встречается с частотой p, а его аллель «а» с частотой q, причем p + q = 1, то при условии панмиксии в первом же поколении устанавливается равновесие генотипов, сохраняющееся и во всех последующих поколениях; равновесие выражается формулой: p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1

Решение задачи 1 p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1 По условию q 2 aa = 16% = 0,16 Следовательно qa = 0,4 Отсюда pA = 1 - qa = 1 – 0,4 = 0,6 Структура исходной популяции выглядит следующим образом: 0,6 2 AA + 2×0,6×0,4Aa + 0,4 2 aa = 1 0,36AA + 0,48Aa + 0,16aa = 1

В результате браковки всех рецессивных гомозигот популяция сокращается до величины 0,84, т.к. 1 – 0,16 = 0,84, причем уменьшение произошло за счет рецессивных генов. Следовательно соотношение между pA и qa изменилось в сторону увеличения pA. Для определения новой концентрации pA и qa после браковки необходимо провести следующие преобразования:

Для определения генетической структуры популяции следующего поколения новые значение p и q (pA = 0,7, qa = 0,3) подставляем в формулу закона Харди-Вайнберга: p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1 0, ×0,7×0,3 + 0,3 2 = 1 0,49 + 0,42 + 0,09 = 1

Теоретические частоты в соответствии с законом Харди-Вайнберга должны иметь следующие значения: p 2 AA + 2pqAВ + q 2 ВВ = 1 0, ×0,825×0,175 2 = 1 0,68 + 0,29+ 0,03 или = 100

Фактический ряд: =100 Теоретический ряд: =100 На основе сравнивания фактического и теоретического рядов чисел, напрашивается вывод, что равновесия в популяции нет, т.к. в фактическом ряду в сравнении с теоретическим наблюдается недостаток гомозигот (АА и ВВ) и избыток гетерозигот (АВ).

Критерий согласия Пирсона позволяет сравнить между собой фактические ряды чисел с теоретическими и ответить на вопрос об их соответствии (или несоответствии) друг другу Где 0 – фактические частоты Е – теоретические частоты Если χ 2 = 0, то наблюдается полное соответствие фактического расщепления теоретически ожидаемому. При χ 2 фактич > χ 2 теоретич различия достоверны χ 2 теоретич различия достоверны">

χ 2 = (65-68) 2 /68 = 36/29 + 9/ = 4,37 χ 2 табл. = 5,99 Следовательно вывод не достоверен, равновесие есть.

Влияние мутаций Допустим pA = 1, qa = 0 Ген «А» мутирует в «а» с частотой = 0,00003 Обратные мутации с частотой 0,00001 Примем обозначения: U – вероятность прямых мутаций W – вероятность обратных мутаций Изменение частоты аллеля А в популяции за поколение составит

Если в исходной популяции р=0,8 и q = 0,2, то изменение за поколение составит: 0,2×0,00001 – 0,8×0,00003 = -0, поэтому частота аллеля А в следующем поколении снизится до 0,799978, а частота qa возрастет до 0,200022

Из примера видно, что при разной вероятности прямых и обратных мутаций какого-либо гена в популяции будет увеличиваться частота того аллеля этого гена, в сторону которого мутации происходят с большей вероятностью. Однако изменение соотношения частот аллелей в популяции вследствие такого мутационного давления идет только до определенного предела, при котором число возникающих прямых мутаций становится равным числу обратных мутаций, т.е. когда Wq = Up

Слайд 1

Урок по теме: Популяция. Генетический состав популяций

Цель: Расширить и углубить знания о популяции как обязательной и структурной единице вида. Подготовила Урманова А.Х.

Слайд 2

Давайте подумаем

Слайд 3

Популяция или вид –элементарная единица эволюции?

Проблемный вопрос:

Слайд 4

Популяции Стая Стадо Прайд (табун) (семья)

Вид Подвид

Слайд 5

Для обозначения неоднородной в генетическом отношении группы особей одного вида в отличии от однородной чистой линии

Термин популяция был введен в 1903году В. Иогансеном

Слайд 6

Совокупность особей одного вида, занимающих обособленную территорию в пределах ареала вида, свободно скрещивающихся друг с другими той или иной степени изолированных от других популяций данного вида. Любая, способная у самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида. Совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Совокупность особей одного вида, в течение длительного времени населяющего определенное пространство, и внутри которой осуществляется, в известной степени панмиксия (скрещивание) и отделенная от других совокупностей той или иной степенью изоляции.

Проанализируйте следующие определения популяции:

Слайд 7

Популяция (от лат. Poрulos – народ, население) -

Используйте имеющейся материал для формулирования понятия – популяция

Слайд 8

Экологические: Эволюционно – генетические: - Ареал - Норма реакции - Численность особей - Частота генов, генотипов и - Плотность фенотипов - Динамика - Внутрипопуляционный - Возрастной состав полиморфизм - Половой состав - Генетическое единство

Характеристики популяции

Взаимоотношения организмов в популяциях

Слайд 10

Особенности популяции: 1. Особи одной популяции характеризуются максимальным сходством признаков Вследствие высокой возможности скрещивания внутри популяции и одинаковым давлением отбора. 2.Популяции генетически разнообразны Вследствие непрерывно возникающей наследственной изменчивости 3. Популяции одного вида отличаются друг от друга частотой встречаемости тех или иных признаков В разных условиях существования естественному отбору подвергаются разные признаки 4. Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов - генофондом

Слайд 11

5. В популяциях идет борьба за существование. 6. Действует естественный отбор Благодаря которому выживают и оставляют потомство лишь особи с полезными в данных условиях изменениями. 7. В зонах ареала, где граничат разные популяции одного вида, происходит обмен генами между ними Обеспечивающий генетическое единство вида 8. Взаимосвязь между популяциями способствует Большей изменчивости вида и лучшей приспособленности его к условиям обитания 9. Вследствие относительной генетической изоляции Каждая популяция эволюционирует независимо от других популяций того же вида Являясь элементарной единицей эволюции

Слайд 12

Географические Экологические Локальные Элементарные Лес в Подмосковье Клесты обита- Грызуны на Семья грызунов и на Урале ющие в еловом склонах и дне и сосновом оврага лесу

Типы популяций

Слайд 13

Может ли отдельная особь быть единицей эволюции? 2. Может ли вид быть единицей эволюции? Почему популяцию считают единицей эволюции? Объясните. Ответьте на вопросы тестового задания:

Ответьте на поставленные вопросы:

Слайд 14

Размерами Численностью Возрастным Формами особей и половым совместного составом существования

Популяции разных видов отличаются

Слайд 15

Автогамных популяциях Аллогамных популяциях Особям этих популяций Особям этих популяций свойственно самооплодот- свойственно раздельнопо- ворение лость и перекрестноопы- ляемость Изучал датский ботаник Установили в 1908 В. Иогансен Дж. Харди и В. Вайнберг закономерность, полу- чившая название закона Харди-Вайнберга

Закономерности наследования признаков

Слайд 16

В идеальной популяции частоты аллелей и генотипов постоянны. При условии: - численность особей популяции достаточно велика; - спаривание (панмиксия) происходит случайным образом; - мутационный процесс отсутствует; - отсутствует обмен генами (дрейф генов, поток генов, волны жизни) с другими популяциями; - естественный отбор отсутствует (т.е. особи с разными генотипами одинаково плодовиты и жизнеспособны).

Закон Харди-Вайнберга

Слайд 17

Допустим, что в популяции свободно скрещиваются особи с генотипами АА и аа. F1 генотип потомства - Аа F2 произойдет расщепление -1АА: 2Аа:1аа Обозначим: частоту доминантного аллеля - p частоту рецессивного аллеля - g2 То частота этих аллелей в F1 будет: Р Аа. Аа

Алгоритм применения Закона Харди Вайнберга

Слайд 18

Р - частота доминантного аллеля g - частота рецессивного аллеля p2 - гомозиготный доминантный генотип 2pq - гетерозиготный генотип q2- гомозиготный рецессивный генотип. Сумма встречаемости всех трех генотипов - АА, Аа, аа =1, то частота встречаемости каждого генотипа будет следующей: 1АА: 2Аа: аа 0,25: 0,50: 0.25

Обозначение

Слайд 19

Используя закон Харди -Вайнберга, можно вычислить частоту встречаемости в популяции любого доминантного и рецессивного гена, а также различных генотипов, пользуясь формулами:

Слайд 20

Цель: выяснить частоту всех возможных генотипов, образуемых различным сочетанием данных аллельных генов. Оборудование: мешочки с шариками (60 белых и 40 красных), три сосуда. Ход работы: 1. Красные шарики моделируют доминантный ген А, белые - рецессивный ген а. 2. Вытаскивайте из мешочка по 2 шарика одновременно. 3. Записывайте какие комбинации шариков по цвету наблюдаются. 4. Подсчитайте число каждой комбинации: сколько раз вытащили два красных шарика? Сколько раз - красный и белый шарики? Сколько раз вытащили два белых? Запишите полученные вами цифры. 5. Обобщите ваши данные: какова вероятность вытащить оба красных шарика? Оба белых? Белый и красный? 6. По полученным вами цифрам определите частоту генотипов АА, Аа и аа в данной модельной популяции. 7. Укладываются ли ваши данные в формулу Харди-Вайнберга P2(АА) + 2 pq(Аа) + q2(аа) =1 ? 8. Обобщите данные всего класса. Согласуются ли они с законом Харди-Вайнберга? Сделайте вывод по результатам работы.

Практическая работа: «Моделирование закона Харди-Вайнберга (работа выполняется в группах)

Слайд 21

1.Сформулируйте закон о состоянии популяционного равновесия. 2.При каких условиях соблюдается закон Харди-Вайнберга? 3.Почему проявление закона Харди-Вайнберга можно обнаружить только при бесконечно большой численности популяции?

Давайте подумаем!

Слайд 2

Давайте подумаем 2

Слайд 3

Проблемный вопрос:

Популяция или вид –элементарная единица эволюции? 3

Слайд 4

ВидПодвид

Популяции Стая Стадо Прайд (табун) (семья) 4

Слайд 5

Термин популяция былвведен в 1903годуВ. Иогансеном

Для обозначения неоднородной в генетическом отношении группы особей одного вида в отличии от однородной чистой линии 5

Слайд 6

Проанализируйте следующие определения популяции:

Слайд 7

Используйте имеющейся материал для формулирования понятия – популяция

Популяция (от лат. Poрulos – народ, население) - 7

Слайд 8

Характеристики популяции

Слайд 10

Особенности популяции: 1. Особи одной популяции характеризуются максимальным сходством признаков Вследствие высокой возможности скрещивания внутри популяции и одинаковым давлением отбора. 2.Популяции генетически разнообразны Вследствие непрерывно возникающей наследственной изменчивости 3. Популяции одного вида отличаются друг от друга частотой встречаемости тех или иныхпризнаков В разных условиях существования естественному отбору подвергаются разные признаки 4. Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов - генофондом 10

Слайд 11

Слайд 12

Типы популяций

Географические Экологические Локальные Элементарные Лес в Подмосковье Клесты обита- Грызуны на Семья грызунов и на Урале ющие в еловом склонах и дне и сосновом оврага лесу 12

Слайд 13