Какво е примери за генетичен дрейф. Генетично отклонение

Николай Петрович Дубинин Областта на научните интереси на Н. П. Дубинин е общата и еволюционната генетика, както и приложението на генетиката в селско стопанство. еволюционна генетика Заедно с А. С. Серебровски той показа фрагментацията на гена, както и феномена на генната комплементарност. S. Serebrovsky допълнителен ген Публикувани редица важни научни трудовевърху структурата и функциите на хромозомите, показа наличието в популациите на генетичния товар на летални и сублетални мутации хромозоми на генетичния товар на мутации Също така работи в областта на космическата генетика, върху проблемите на радиационната генетика радиация

Генетичният дрейф като фактор на еволюцията Благодарение на дрейфа честотите на алелите могат да се променят произволно в местните популации, докато достигнат точка на равновесие - загуба на един алел и фиксиране на друг. В различните популации гените се „движат“ независимо. По този начин генетичният дрейф води, от една страна, до намаляване на генетичното разнообразие в популациите, а от друга страна, до увеличаване на различията между популациите, до тяхното различие в редица признаци. Тази дивергенция от своя страна може да послужи като основа за видообразуване.

Генетичният дрейф като фактор на еволюцията При висок интензитет на селекция и голям размер на популацията влиянието на случайните процеси върху динамиката на генните честоти в популациите става незначително. Напротив, в малки популации с малки разлики във фитнеса между генотипите, генетичният дрейф става решаващ. В такива ситуации по-малко адаптивен алел може да се фиксира в популацията, докато по-адаптивен може да бъде загубен. Алел, изгубен в резултат на дрейф, може да възниква отново и отново поради мутация. Тъй като генетичният дрейф е ненасочен процес, едновременно с намаляването на разнообразието в популациите, той увеличава различията между местните популации. Миграцията противодейства на това. Ако алел А е фиксиран в една популация, а алел а в друга, тогава миграцията на индивиди между тези популации води до факта, че в двете популации отново възниква алелно разнообразие.

Популационни вълни и генетичен дрейф Размерите на популациите рядко остават постоянни във времето. Повишаването на броя е последвано от спадове. С. С. Четвериков беше един от първите, на които обърна внимание периодични трептенияразмера на естествените популации, популационните вълни играят много важна роля в еволюцията на популациите.

Сергей Сергеевич Четвериков () е изключителен руски биолог, еволюционен генетик, който направи първите стъпки към синтеза на менделската генетика и еволюционната теория на Чарлз Дарвин. Той е първият, който организира експериментално изследване на наследствените свойства на естествени популацииживотни. Тези изследвания му позволиха да стане основател на съвременната еволюционна генетика, еволюционен генетик

Популационни вълни и генетичен дрейф По време на периоди на рязко намаляване на числеността ролята на генетичния дрейф значително нараства. В такива моменти тя може да се превърне в решаващ фактор в еволюцията. По време на рецесия честотата на определени алели може да се промени драматично и непредвидимо. Може да настъпи загуба на определени алели и рязко изчерпване на генетичното разнообразие на популациите. Тогава, когато размерът на популацията започне да се увеличава, популацията от поколение на поколение ще възпроизвежда генетичната структура, която е била установена в момента, в който е преминала през тясното място на популацията.

Ефект на тясно място в реални популации Пример: Ситуацията с гепардите - представители на семейство Котешки. Учените са открили, че генетичната структура на всички съвременни популациигепардите са много сходни. В същото време генетичната променливост във всяка популация е изключително ниска. Тези характеристики на генетичната структура на популациите на гепардите могат да бъдат обяснени, ако приемем, че сравнително наскоро този видпреминаха през много тясна шийка на числата и всички съвременни гепарди са потомци на няколко (според американски изследователи, 7) индивида.

Съвременен пример за ефекта на тясното място е популацията на сайга. Броят на сайга антилопите е намалял с 95% от приблизително 1 милион през 1990 г. до по-малко от 2004 г., главно поради бракониерството за традиционната китайска медицина сайга антилопа 1990 2004 г.

Година Американски бизон Популация към Индивиди Индивиди

Ефект на основателя Животните и растенията, като правило, проникват в нови територии за даден вид в относително малки групи. Честотите на алелите в такива групи могат да се различават значително от честотите на тези алели в първоначалните популации. За нанасяне нова територияпоследвано от увеличаване на броя на колонистите. Многобройните популации, които възникват, възпроизвеждат генетичната структура на своите основатели. Американският зоолог Ернст Майр, един от основателите на синтетичната теория на еволюцията, нарече това явление ефект на основателя.

Ясно е, че основателите са били много малки проби от родителските популации и честотите на алелите в тези проби могат да бъдат много различни. Това е ефектът на основателя, който обяснява удивителното разнообразие от океански фауни и флори и изобилието от ендемични видове на островите. Ефектът на основателя също е изиграл важна роля в еволюцията на човешките популации. Моля, имайте предвид, че алел B (според кръвногруповата система AB0) напълно липсва при американските индианци и австралийските аборигени. Тези континенти са били обитавани от малки групи хора. Поради чисто случайни причини, сред основателите на тези популации може да не е имало нито един носител на алел В. Естествено, този алел отсъства в получените популации.

Генетичен дрейф и молекулярният часовник на еволюцията Крайният резултат от генетичния дрейф е пълното елиминиране на един алел от популация и консолидирането (фиксирането) на друг алел в нея. Колкото по-често даден алел се среща в популация, толкова по-голяма е вероятността за фиксирането му поради генетичен дрейф. Изчисленията показват, че вероятността за фиксиране на неутрален алел е равна на неговата честота в популацията.

Модел Големите популации не „чакат“ дълго за мутационната поява на нов алел, но го фиксират за дълго време. Малките популации „чакат“ много дълго време за възникване на мутация, но след като се случи, тя може бързо да бъде коригирана. Това води до парадоксално на пръв поглед заключение: вероятността за фиксиране на неутрални алели зависи само от честотата на тяхната мутационна поява и не зависи от размера на популацията.

Модел Колкото повече време е минало от отделянето на два вида от общ прародителски вид, толкова по-неутрални мутационни замествания отличават тези видове. На този принцип се основава методът „молекулярният часовник на еволюцията” - определяне на времето, изминало от момента, в който предците на различни систематични групи са започнали да се развиват независимо един от друг.

Американските изследователи E. Zukurkendl и L. Polling първи откриха, че броят на разликите в последователността на аминокиселините в хемоглобина и цитохрома c различни видовеКолкото повече са бозайниците, толкова по-рано еволюционните им пътища са се разделили.

Причинени от случайни статистически причини.

Един от механизмите на генетичния дрейф е следният. В процеса на размножаване в популацията се образуват голям брой зародишни клетки - гамети. Повечето оттези гамети не образуват зиготи. Тогава ново поколение в популацията се формира от извадка от гамети, които са успели да образуват зиготи. В този случай е възможно изместване на честотите на алелите спрямо предишното поколение.

Генетичен дрейф като пример

Механизмът на генетичния дрейф може да бъде демонстриран с малък пример. Нека си представим много голяма колония от бактерии, изолирани в капка разтвор. Бактериите са генетично идентични с изключение на един ген с два алела АИ б. Алел Априсъства в едната половина на бактериите, алел б- от другия. Следователно честотата на алелите АИ бравно на 1/2. АИ б- неутрални алели, те не влияят върху оцеляването или размножаването на бактериите. Така всички бактерии в колонията имат еднакъв шанс да оцелеят и да се размножават.

След това намаляваме размера на капката, така че да има достатъчно храна само за 4 бактерии. Всички останали умират без да се размножават. Сред четиримата оцелели има 16 възможни алелни комбинации АИ б:

(A-A-A-A), (B-A-A-A), (A-B-A-A), (B-B-A-A),
(A-A-B-A), (B-A-B-A), (A-B-B-A), (B-B-B-A),
(A-A-A-B), (B-A-A-B), (A-B-A-B), (B-B-A-B),
(A-A-B-B), (B-A-B-B), (A-B-B-B), (B-B-B-B).

Вероятността за всяка комбинация

където 1/2 (вероятност на алела Аили бза всяка оцеляла бактерия) се умножава 4 пъти (общият размер на получената популация от оцелели бактерии)

Ако групирате опциите по броя на алелите, ще получите следната таблица:

Както се вижда от таблицата, в шест от 16 варианта колонията ще има еднакъв брой алели АИ б. Вероятността за такова събитие е 6/16. Вероятността за всички други опции, където броят на алелите АИ бнеравномерно малко по-висок и възлиза на 10/16.

Генетичен дрейф възниква, когато честотите на алелите се променят в популацията поради случайни събития. В този пример бактериалната популация е намалена до 4 оцелели (ефект на тясно място). Първоначално колонията имаше еднакви алелни честоти АИ б, но шансовете честотите да се променят (колонията ще претърпи генетичен дрейф) са по-високи от шансовете първоначалните честоти на алелите да останат същите. Също така има голяма вероятност (2/16), че в резултат на генетичен дрейф един алел ще бъде напълно загубен.

Експериментално доказателство от С. Райт

С. Райт експериментално доказа, че в малки популации честотата на мутантния алел се променя бързо и произволно. Неговият експеримент беше прост: в епруветки с храна той постави две женски и два мъжки мухи Drosophila, хетерозиготни за гена A (генотипът им може да бъде написан като Aa). В тези изкуствено създадени популации концентрацията на нормални (А) и мутационни (а) алели е била 50%. След няколко поколения се оказа, че в някои популации всички индивиди стават хомозиготни за мутантния алел (а), в други популации той е напълно изгубен и накрая някои популации съдържат както нормален, така и мутантен алел. Важно е да се подчертае, че въпреки намаляването на жизнеспособността на мутантните индивиди и следователно, противно на естествения подбор, в някои популации мутантният алел напълно замени нормалния. Това е резултат от случаен процес - генетично отклонение.

Литература

• Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н.Еволюция органичен свят. - М.: Наука, 1996. - С. 93-96. - ISBN 5-02-006043-7
• Грийн Н., Стаут У., Тейлър Д.Биология. В 3 тома. Том 2. - М.: Мир, 1996. - С. 287-288. - ISBN 5-03-001602-3

Честотата на гените в една популация може да варира под влиянието на случайни фактори.

Законът на Харди-Вайнберг гласи, че в една теоретично идеална популация разпределението на гените ще остане постоянно от поколение на поколение. По този начин в една растителна популация броят на „внуците“ с гени за ръст ще бъде точно същият, колкото е имало родители с този ген. Но в реалните популации ситуацията е различна. Поради случайни събития честотата на разпространение на гените варира леко от поколение на поколение - това явление се нарича генетичен дрейф.

Нека дадем прост пример. Представете си група растения, обитаващи изолирана планинска долина. Популацията се състои от 100 възрастни растения и само 2% от растенията в популацията съдържат специален генен вариант (например, засягащ цвета на цветето), т.е. в популацията, която разглеждаме, само две растения имат този ген . Напълно възможно е малък инцидент (като наводнение или падащо дърво) да причини смъртта на двете растения и след това този конкретен генен вариант (или, в научната терминология, това алел)просто ще изчезнат от населението. Това означава, че бъдещите поколения вече няма да бъдат същите като това, което обмисляме.

Има и други примери за генетичен дрейф. Помислете за голяма популация за размножаване със строго определено разпределение на алелите. Нека си представим, че по една или друга причина част от това население се отделя и започва да формира своя общност. Разпределението на гените в една субпопулация може да е нехарактерно за по-широката група, но от този момент нататък субпопулацията ще проявява точно това нехарактерно разпределение. Това явление се нарича ефект на основателя.

Генетичен дрейф от подобен тип може да се наблюдава в примера на феномен със запомнящо се име ефект на тясно място. Ако по някаква причина населението рязко намалее - под въздействието на сили, които не са свързани с естествен подбор(например в случай на необичайна суша или краткосрочно увеличаване на броя на хищниците), които бързо се появяват и след това изчезват, резултатът ще бъде случайното елиминиране на голям брой индивиди. Както при ефекта на основателя, докато популацията процъфтява отново, тя ще съдържа гени, характерни за случайно оцелелите, а не изобщо за първоначалната популация.

IN края на XIXвек, в резултат на лов, северните морски слонове. Днес популацията на тези животни (която се е възстановила по размер) показва неочаквано малък брой генетични варианти. Антрополозите смятат, че първото модерни хораоцелели след ефекта на тясното място преди около 100 000 години и това обяснява генетичното сходство на хората помежду си. Дори членовете на кланове на горили, живеещи в една и съща африканска гора, имат повече генетични варианти от всички останали човешки съществана планетата.

GENE DRIFT -Това е промяна в честотата на гените и генотиповете на популация, която възниква поради действието на случайни фактори. Тези явления възникват независимо един от друг. Тези явления са открити от английския учен Фишер и американеца Райт. Вътрешните генетици Дубинин и Ромашов въведоха концепцията генетично-автоматичен процес.Това е процес, който възниква в резултат генетично отклонениеЧестотата на даден алел може да варира или алелът може да се установи в популация или да изчезне от генофонда на популацията.

Това явление е изследвано доста подробно от Райт. Той показа това Генетичният дрейф е тясно зависим от 4 фактора:

1. Размер на населението

2. Мутационен натиск

3. Генен поток

4. Селективна стойност на даден алел

Колкото по-голяма е популацията, толкова по-малко ефективен е генетичният дрейф. При големи популации селекцията е ефективна.

Колкото по-висок е мутационният натиск, толкова по-чести са мутациите, толкова по-малко ефективен е генетичният дрейф.

Генният поток е обменът на гени между съседни популации. Колкото по-висок е генният поток, толкова по-голям е обменът на мигранти, толкова по-малко ефективен е генетичният дрейф.

Колкото по-висока е селективната стойност на алела, толкова по-малко ефективен е генетичният дрейф.

Ефективността на генетичния дрейф като фактор на еволюцията се проявява по-ясно, когато популацията се състои от малки изолирани позиции; между тези колонии има много малък обмен на мигранти.

Когато една популация е многобройна, то периодично тази популация рязко намалява числеността си и умира. Голям брой индивиди и новопоявила се популация се формира поради малък брой оцелели индивиди, т.е. ефект на тясното място (проявление като „принцип на основателя“). (Mlter).

Например, в даден район има голяма популация от майки, която е генетично разнообразна. Няколко от неговите индивиди случайно се изолираха от майчината популация. Тези животни, които са изолирани, те не представляват представителна извадка, т.е. не са носители на всички гени, които майчината популация притежава. Генофондът на тези индивиди (нови индивиди), изолиран, е случаен и обеднен.

Ако условията в изолирана зона са благоприятни, тогава между индивидите ще настъпи инбридинг и ще се появят хомозиготи за определени черти. Тази новосформирана дъщерна популация ще бъде различна от първоначалната майчина популация. Неговият генофонд ще бъде определен генетично, особено в онези индивиди, които са основали тази популация.

Генетичният дрейф, като фактор на еволюцията, е от голямо значение на различни етапи от възникването на популацията, когато числеността на популацията не е голяма.

Пример за генетичен дрейф.Сред американските предприемачи често има хора с Синдром на Морфан.Те могат лесно да бъдат идентифицирани по външен вид(висок, режещ, ниско тяло, физически силен). Характеристиките на тялото са резултат от генетичен дрейф. Пътниците на кораба, пристигащи в Америка, са имали такъв и разпространението на тези качества е станало благодарение на хората от полярното (северно) ескимосско племе в Северна Гренландия. 270 души са изолирани поколения наред. В резултат на това настъпиха промени в честотата на алелите, които определят кръвната група.

Участъкът от ДНК, където се намира определен ген, се нарича локус. Може да съдържа алтернативни версии на генетична информация – алели. Във всяка популация има голям бройструктури от данни. В този случай делът на конкретен алел в общия геном на популацията се нарича генна честота.

За да може определена мутация да доведе до еволюционни промени във вида, нейната честота трябва да е достатъчно висока и мутантният алел трябва да бъде фиксиран във всички индивиди от всяко поколение. Когато количеството му е незначително, мутационните промени не могат да повлияят на еволюционната история на организмите.

За да се увеличи честотата на алелите, трябва да действат определени фактори - генетичен дрейф, миграция и

Генетичният дрейф е случаен растеж на алел под влияние на няколко събития, които се комбинират и са стохастични по природа. Този процес е свързан с факта, че не всички индивиди в популацията участват в размножаването. Той е най-характерен за черти или болести, които са редки, но поради липса на селекция могат да се запазят в род или дори в цяла малка популация за дълго време. Този модел често се наблюдава при малки популации, които не надвишават 1000 индивида, тъй като в този случай миграцията е изключително малка.

За да разберете по-добре генетичния дрейф, трябва да знаете следните модели. В случаите, когато честотата на алелите е 0, тя не се променя в следващите поколения. Ако достигне 1, тогава казват, че генът е фиксиран в популацията. Случайният генетичен дрейф е следствие от процеса на фиксиране с едновременна загуба на един алел. Най-често този модел се наблюдава, когато мутациите и миграциите не причиняват трайни промени в съставните локуси.

Тъй като честотата на гените е ненасочена, тя намалява видовото разнообразие и също така увеличава вариациите между местните популации. Заслужава да се отбележи, че това се противодейства на миграцията, при която различни групи организми обменят своите алели. Трябва също така да се каже, че генетичният дрейф практически няма ефект върху честотата на отделните гени в големи популации, но в големи популации може да стане решаващ.В този случай броят на алелите се променя драматично. Някои гени могат да бъдат загубени завинаги, което значително намалява генетичното разнообразие.

Като пример можем да посочим масови епидемии, след които възстановяването на популацията е извършено практически за сметка на няколко от нейните представители. Освен това всички потомци са имали геном, идентичен с този на своите предци. Впоследствие разширяването на алелното разнообразие беше осигурено чрез внос на бащи или далечни чифтосвания, които допринасят за нарастването на различията на генно ниво.

Екстремна проява на генетичен дрейф е появата на напълно нова популация, която се формира само от няколко индивида - т. нар. ефект на основателя.

Трябва да се каже, че биотехнологиите изучават моделите на пренареждане на генома. е техника на тази наука, която ви позволява да прехвърляте наследствена информация. В същото време трансферът на гени дава възможност за борба с междувидовата бариера, както и за придаване на необходимите свойства на организмите.