Элективный курс
Тема урока: Закон Харди-Вайнберга: причины отклонения от равновесия.
Цели: продолжить формировать знания о способах расчета частот аллелей в популяциях, познакомиться с формулами применимыми при решении задач по популяционной генетике, когда вступают в силу ограничения применения закона Харди-Вайнберга.
Оборудование и материалы: карточки с заданиями, тексты задач.
Ключевые слова и понятия: частоты генов, дрейф генов, поток генов (миграция), естественный отбор.
I Актуализация знаний
1. Работа с карточками.
Решение двух задач по теме: закон Харди-Вайнберга в популяции при панмиксии и самооплодотворении.
Пример карточки.
Задача 1. Рассчитайте число гетерозиготных особей в популяции полученной в результате самоопыления популяции, состоящей из 2х растений с генотипом АА и 1 растения с генотипом аа. Примите коэффициент размножения равным 4.
Задача 2. В Германии за 1 год было рождено 360100 детей, из которых 12 оказались альбиносами. Рассчитайте частоты генов.
2. Фронтальный опрос.
Что называют частотой аллеля гена?
Что такое частота генотипа?
Какими буквами латинского алфавита обозначают частоты доминантных и рецессивных генов?
Дайте формулировку закона Харди-Вайнберга?
Запишите на доске математическую формулировку закона.
Объясните биологический смысл каждого слагаемого в приведенной формуле.
Какие ограничения имеет закон Харди-Вайнберга?
Что такое панмиксия?
Какую формулу следует использовать при решении задач о самооплодотворяющихся популяциях?
Что такое естественный отбор?
Какие виды отбора вы помните?
II Изучение нового материала.
1. Рассказ учителя с элементами беседы.
Сегодня мы с Вами подробно остановимся на вопросе определения частот аллелей в популяциях отклоняющихся от закона Харди-Вайнберга. Причиной отклонений могут стать: 1) мутационный процесс; 2) миграции; 3) изоляции; 4) дрейф;
5) инбридинг; 6) естественный отбор; 7) ассортативность браков.
Все перечисленные факторы можно поделить на 2 большие группы.
Составим таблицу.
Факторы, влияющие на частоты аллелей и генотипов | Факторы, влияющие только на частоты генотипов |
Мутации | Ассортативность браков |
Миграции | Инбридинг |
Отбор | |
Изоляция | |
Дрейф генов |
Дрейф генов – изменение частот аллелей в ряду поколений, являющееся результатом действия случайных причин. Пусть из многочисленной родительской популяции 1 в размножение вступило лишь ограниченное число особей. Следовательно, все потомки этой популяции (популяция 2) унаследуют гены только этой маленькой группы и результирующие частоты генов в популяции 2 изменятся по отношению к популяции 1. Дрейф генов, как видно из примера, приводит к снижению генетического разнообразия, т. к. часть генов не передается потомкам, что обедняет генофонд популяции. Чем меньше размер популяции, тем сильнее в ней проявляется дрейф генов. Оценку силы действия дрейфа генов предложено проводить по формуле:
где δр – квадратическое отклонение, р – частота аллеля, N – репродуктивный объем популяции.
Репродуктивный объем популяции показывает эффективную численность популяции, т. е. количество самок и самцов, потомство от которых образует новое поколение.
Величину N мы можем оценить воспользовавшись уравнением:
где Nm и Nf число самцов и самок, ступивших в размножение.
Решим пример №1.
Пусть в первом стаде 100 быков и 400 коров, во втором – 499 коров, которые искусственно осеменяются спермой одного быка, а в третьем 250 коров и 250 быков. Рассчитайте эффективную численность популяции и сделайте вывод в каком стаде она выше.
Решение:
1) 
2) 
3) 
Ответ: Эффективная численность выше в стаде №3. Чем сильнее различие в количестве самцов и самок, тем ниже эффективная численность. Для стада номер 2 это объясняется тем, что 100% потомков будут нести гены одного быка, что резко снизит разноообразие генофонда.
Теперь постараемся оценить силу дрейфа генов в данных трех популяциях.
Решим пример №2.
Известно, что количество молока, производимое коровой является наследуемым доминантным признаком. Частота аллеля А в стадах 1, 2 и 3 равна 0,75. Оцените в какой из популяций частота этого ген будет сильнее изменяться в ряду поколений.
Решение:
1) 
,
2) 
3) 
Ответ: наибольшей величины дрейф генов достигает в популяции № 2.
2. Самостоятельная работа учащихся.
Прочитайте тексты «Эффект бутылочного горлышка» и «Эффект основателя» и ответьте на вопрос: как вы думаете, почему, не смотря на то, что в европейской цивилизации преобладал голубой цвет глаз, более половины жителей колоний в новом свете имели зеленый цвет?
3. Рассказ учителя с элементами беседы.
Миграцией, или потоком генов, называется процесс перемещения особей из одной популяцию в другую и последующее скрещивание представителей этих двух популяций. Миграция обеспечивает изменение генетического состава популяции, обусловленное поступлением новых генов.
При смешении популяции А и В вследствие миграции оценить долю вклада каждой популяции в образовавшейся популяции С можно следующим образом.
Вклад популяции А:
Вклад популяции В:
где
а – число особей популяции А, включенных в популяцию С.
b – число особей популяции А, включенных в популяцию С.
qa – частота гена в популяции А.
qb – частота гена в популяции В.
qc – частота гена в популяции С.
Для иллюстрации применения указанной формулы решим пример № 3.
Пример № 3.
Частота гена R0 в Западной Африке составляет 0,63, у европейцев 0,02, а у американских негров 0,44. В каком соотношении произошло смешение генов у американских негров?
Пусть происходит поток генов от людей белой расы (qb = 0,63) к африканским негроидам (qa = 0,02), афро-американцы – конечная популяция (qc = 0,44). Тогда
Ответ: 31 % из предков афро-американцев принадлежали европеоидной расе.
III Выводы по уроку.
Таким образом, на сегодняшнем уроке мы познакомились с явлениями, приводящими к изменению генетической структуры популяции. К ним относят дрейф генов и миграцию. Мы познакомились с новыми понятиями (эффективная численность популяции, эффект бутылочного горлышка и т. д.), а так же научились математически оценивать силу дрейфа генов и вклад двух популяций в образование третьей на основании исходных и конечных частот генов в популяции.
