В идеальной популяции частоты генов и генотипов находятся в равновесии и не изменяются в ряду поколений.

Основные положения закона Харди-Вайнберга:

1. Частота аллелей в популяции – величина постоянная. p+q=1 (100%)

2. Частота генотипов также величина постоянная и может быть выражена формулой: (p+q)² = p²+2pq+q²=1, или АА+2Аа+аа=1. Эта формула дает возможность рассчитать частоту встречаемости в конкретной популяции гетерозиготных носителей рецессивных аллелей.

Например: частота ФКУ 1: 10000 новорожденных (частота генотипа аа). Следовательно, q²= 1/10000, q=1/100. Т.к. р+q=1, то p=1-q = 99/100.Частота гетерозиготных носителей = 2pq = 2 x 1/100 x 99/100 = 1/50. В данной популяции каждый 50 – носитель мутации гена.

Закон Харди-Вайнберга выполняется в следующих условиях:

1. Популяция должна быть большой (т.е. близкой к идеальной).

2. Имеются условия для случайной встречи гамет, т.е. полная панмиксия – отсутствие ограничений в выборе партнера.

3. Отсутствует мутационный процесс.

4. Нет притока генов (иммиграции).

5. Нет отбора.

Нарушение условий равновесия Харди-Вайнберга приводит к эволюции популяции. События и процессы, приводящие к изменению генофондов популяции, называют элементарными эволюционными факторами. Принято выделить следующие элементарные факторы эволюции:

1) популяционные волны;

2) мутационный процесс;

3) изоляция;

4) дрейф генов (случайные колебания частот генов);

5) естественный отбор.

Эти 5 факторов – основные движущие силы эволюции. Поскольку в больших популяциях эти факторы незначительно меняют частоты генов, в них сохраняется закон Харди-Вайнберга.

1. Популяционные волны или волны жизни – периодические либо непериодические колебания численности особей в природных популяциях, приводящие к случайным колебаниям частот генов. Причинами резких непериодических снижений численности популяции могут быть стихийные бедствия: засухи, пожары, наводнения. Популяционные волны играют большую роль в ходе микроэволюции. С возрастанием численности популяции увеличивается вероятность появления новых мутаций и их комбинаций. Если в среднем один мутант появляется на 10 тыс. особей, то при возрастании численности популяции в 100 раз общее число мутантов увеличится во столько же раз. После спада волны численности генофонд популяции может уже оказаться иным: часть мутаций может случайно исчезнуть из-за гибели несущих их особей, а частота встречаемости других мутаций может повыситься. Таким образом, популяционные волны сами по себе не вызывают наследственную изменчивость, а только способствуют изменению частот аллелей и генотипов; они являются поставщиком исходного материала для действия естественного отбора.

Случайным колебаниям частот генов в популяциях способствуют миграции. Иммиграция поставляет новые аллели и комбинации генотипов популяцию, эммиграция ведет к элиминации из популяции некоторых аллелей и генотипов в популяции, что приводит к изменению их соотношения.

2. Мутационный процесс. Мутации изменяют частоту генов в популяции. Доминантные мутации проявляются уже в первом поколении и сразу же подвергаются действию естественного отбора. Рецессивные мутации сначала накапливаются в популяции (т.к. не проявляются в гетерозиготном состоянии) и только с появлением рецессивных гомозигот подвергаются действию естественного отбора. Насыщенность популяций мутациями называется генетическим грузом.

3. Изоляция – это ограничение свободы скрещивания. Различают несколько типов изоляции: географическая (горы, реки, проливы, большиерасстояния), генетическая (неполноценность гибридов), экологическая(обитание в различных экологических нишах при разных температурах), морфофизиологические (различия в строении половых органов), социальная (принадлежность к определенному слою общества, национальные традиции), этологическая (религиозные мотивы ограничения браков) и т.д. В малых популяциях часто наблюдается инбридинг – кровно-родственные браки между родственниками 2 и 3 степени (1-50%, 2-25%, 3-12, 5%, 4-6, 3%). Эти браки нежелательны, т.к. они приводят к инбредной депрессии, поскольку у родственников высокая степень вероятности гетерозиготности по одному и тому же рецессивному патологическому гену.

4. Дрейф генов и генетико-автоматические процессы, характеризуются случайным резким увеличением частот каких-либо генов в малых популяциях (изолятах). Эффект дрейфа генов наблюдается при резком увеличении численности какой-либо небольшой группы особей, частоты генов в которой существенно отличаются от исходной популяции. Примером дрейфа генов являются эффект бутылочного горлышка и эффект основателя.

Эффект бутылочного горлышка (рис. 9.13) - сокращение генофонда(т.е. генетического разнообразия) популяции вследствие прохождения периода, во время которого по различным причинам происходит критическое уменьшение, а в дальнейшем - восстановленное еѐ численности. Сокращение генетического разнообразия, безусловно, приводит к изменению частот аллелей и генотипов.

Эффект основателя - явление снижения и смещения генетического разнообразия при заселении малым количеством представителей рассматриваемого вида новой географической территории. При таком заселении и малое количество исходных особей, имеющих частоты аллелей (или других генетических маркеров) случайно отклоняющиеся от характерных для данного вида в среднем, дают начало новым популяциям. В образовавшихся популяциях частоты рассматриваемых аллелей будут так же смещены, как и в исходной группе особей. Эффект основателя имеет большое значение для филогенетики популяций — изучения степени родства между популяциями и путей расселения видов. В частности, эффект основателяимеет значение для оценки путей расселения древних людей, а также степени родства между современными популяциями или народами.

5. Естественный отбор . Элиминирует из популяции менее удачные комбинации генов и генотипов и избирательно сохраняет наиболее выгодные для существования комбинации, тем самым изменяя частоту генов.

Интенсивность естественного отбора даже в современных человеческих популяциях довольно высокая. Это объясняется высокой частотой спонтанных абортов – около 50% всех зачатий, мертворождений – 3%, ранней детской смертности – 2%. Кроме того, около 20% людей не вступают в брак и примерно 10% браков бесплодны. Таким образом, около 75% людей не вносят вклад в генофонд будущих поколений.

 

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Это метод изучения хромосом. Хромосомные структуры можно изучать в интерфазных ядрах и на препаратах метафазных хромосом.

Для анализа интерфазных ядер обычно используются клетки эпителия слизистой щеки, в ядрах которых, окрашенных орсеином, идентифицируется половой хроматин (тельце Барра). Анализ полового хроматина также может проводиться в клетках слизистой влагалища, волосяных луковиц, спермы, сегментоядерных лимфоцитах.

В настоящее время наиболее широко используемым цитогенетическим методом является анализ метафазных хромосом, который проводится с целью анализа кариотипа, идентификации числа и морфологии хромосом. В медицинской цитогенетике главная задача кариотипирования – ответить на вопросы: нормален ли хромосомный набор и в чем состоит найденное отклонение.

 

Кариотипирование

Отправным моментом в изучении кариотипа служит непрямой метод, который заключается в получении клеточной популяции с высокой митотической активностью - культивирование. Для этого наиболее часто используются лимфоциты периферической венозной крови, также можно культивировать клетки тканей эмбрионов человека, амниотической жидкости, опухолей. Непрямые методы связаны с предварительным культивированием выделенных из организма клеток в питательной среде in vitro в термостате (инкубаторе) при 370С в течение 48-72 часов.

Этапы приготовления препаратов метафазных хромосом:

1. Культивирование клеток крови человека (чаще лимфоцитов венозной крови) на питательных средах.

2. Стимуляция митозов фитогемагглютинином (ФГА).

3. Добавление колхицина (разрушает нити веретена деления) для остановки митоза на стадии метафазы.

4. Обработка клеток гипотоническим раствором (хромосомы расходятся и лежат отдельно друг от друга).

5. Приготовление препаратов на предметных стеклах.

6. Окрашивание хромосом.

7. Цитогенетический анализ хромосомных препаратов.

Первой манипуляцией с размножающимися клетками при приготовлении препаратов хромосом является воздействие на клетки колхицином, который останавливает митотическое деление на стадии метафазы, обеспечивая, тем самым, накопление метафазных пластинок и способствуя последующему разбросу хромосом на предметном стекле благодаря дезорганизации митотического веретена деления и укорочению хромосом. Оптимальная продолжительность воздействия колхицина составляет 1, 5-2 ч.

Вторая обязательная манипуляция при приготовлении препаратов хромосом – воздействие на клетки гипотоническим раствором с целью разобщения хромосом набора. Для этого используются разные по составу и концентрации солей растворы, обработку ими культур проводят при комнатной температуре или при +37оС. Чаще всего применяют 0, 55%(0, 07М) раствор хлорида калия, в котором лимфоциты инкубируют в течение 5-10 мин.

Следующей процедурой является фиксация. Обязательным компонентом применяющихся фиксаторов служит ледяная уксусная кислота, которую смешивают с метиловым или этиловым (абсолютным) спиртом в соотношении 1: 3. Саму процедуру фиксации проводят в разных вариантах, при этом важно проведение клеток через несколько смен фиксатора. Ответственной манипуляцией, от которой зависит качество препарата, является нанесение взвеси фиксированных клеток на предметное стекло. Ее основное назначение – получить на предметном стекле хороший разброс, так чтобы все хромосомы метафазной пластинки лежали раздельно.

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: