Populačná genetika človeka študuje genetickú konštitúciu (genofond) ľudských populácií a faktory, ktoré tento genofond determinujú, resp. počas generácií menia populácia – súbor jedincov žijúcich v reprodukčnom kolektíve, t. j. v spoločenstve, kt. členovia sú potenciálne schopní sa navzájom krížiť genofond (génová výbava) – súhrn všetkých génov jednotlivých členov určitej populácie genofond populácie sa môže v priebehu generácií meniť faktory schopné vyvolať také zmeny sa rozdeľujú na 2 skupiny: faktory s deterministickým charakterom (uplatňujú sa vo veľkých populáciách) mutácie selekcia migrácia náhodné faktory (uplatňujú sa v malých populáciách) génový posun (genetický drift) aj usporiadanie génov do genotypov sa môže v priebehu generácií meniť a je podmienené systémom kríženia panmixia inbríding homogamia

Panmixia a Hardyho-Weinbergerov zákon panmixia znamená náhodné kríženie (uzatváranie manželstiev) bez ohľadu na genotyp na sledovanom lokuse/lokusoch teda vždy sa vzťahuje na určitý lokus/lokusy ďalšie predpoklady: generácie sa navzájom neprekrývajú populácia je dostatočne veľká (neuplatňujú sa náhodné zmeny génových fr.) neuplatňujú sa v nej činitele schopné meniť génové frekvencie (selekcia, mutácie, migrácia) v takej populácii ak uvažujeme jeden autozómový lokus s alelami A a a s frekvenciou p a q platí Hardyho-Weinbergerov zákon: pri ľubovoľných východiskových frekvenciách genotypov AA, Aa a aa nadobudne populácia po jedinej generácii panmixie rovnovážny stav s genotypovými frekvenciami p2 AA : 2pq Aa : q2 aa, a tieto génové a genotypové frekvencie v nasledujúcich generáciách zostanú nezmenené, pokiaľ budú splnené uvedené predpoklady. teda v takej populácii genotypové frekvencie sú binomickou funkciou génových frekvencií, ich početnosť možno vyjadriť jediným parametrom – alelovou frekvenciou p (lebo platí p + q = 1) v takej populácii sa genetická variabilita konzervuje

1. generácia 2. generácia Frekvencia potomkov Typ kríženia Frekv. kríženia AA Aa aa AA x AA p4 - AA x Aa 4p3q 2p3q Aa x Aa 4p2q2 p2q2 2p2q2 AA x aa Aa x aa 4pq3 2pq3 aa x aa q4 Celkom p2 (p2 + 2pq + q2) 2pq (p2 + 2pq + q2) q2 (p2 + 2pq + q2) Relatívna frekvencia p2 2pq q2

H-W zákon a viac párov alel: väzbová nerovnováha H-W zákon platí aj pre dva a viac párov alel, ktoré nie sú vo väzbe v prípade väzby sa rovnovážny stav dosiahne postupne, nie po jedinej generácii približovanie sa k rovnovážnemu stavu významne spomalí, keď je medzi lokusmi väzba je tým pomalšie, čím je väzba užšia, pri úplnej väzbe sa nedosiahne vôbec nastáva tzv. väzbová nerovnováha (disekvilibrium) - VN alely vo VN sa nazývajú haplotyp (a správajú sa formálne ako jedna alela) VN sa významne využíva pri mapovaní génov pomocou DNA polymorfizmov (autozygotné mapovanie, asociačné štúdie, zúženie kandidátnej oblasti ) pri DNA diagnostike nepriamou metódou pri odhade veku mutácie u dedičných ochorení (resp. či sa jedná o opakované mutačné udalosti) pri X-viazaných génoch rovnováha sa dosiahne tiež postupne (aj na jednom lokuse)

Inbríding inbríding znamená uzatváranie manželstiev medzi geneticky príbuznými partnermi (príbuzenské kríženie) systematický inbríding – kríženie medzi príbuznými s definovaným typom vzájomnej príbuznosti nesystematický inbríding – v malých uzavretých populáciách (izolátoch) sa časom všetci jej členovia stávajú navzájom príbuznými koeficient inbrídingu populáci, F – je to priemer koeficientov inbrídingu všetkých jej jej členov v populáciach sa podstatne ťažšie stanovuje ako v rodokmeňoch rodokmeňová metóda – zostavenie rodokmeňa každého člena hodnotenie dišpenzov – t.j. cirkevných povolení na uzatvorenie konsangvinného sobáša metóda izonýmie, I (rovnakého priezviska) – medzi koeficientom inbrídingu (F) a koeficientom izonýmie (I) je konštantný vzťah: F = I / 4

Dôsledky inbrídingu v populácii populácia s inbrídingom sa skladá z 2 častí (uvažujeme alelový pár A/a s frekvenciami p/q): 1. časť má na sledovanom lokuse alely IBD (všetcia sú homozygoti s genotypovými frekvenciami AA = p a aa =q) = ich podiel je F 2. časť na sledovanom lokuse je panmiktická (génové a genotypové frkv. sú dané H-W zákonom) = ich podiel je 1 – F Bernsteinov-Wrightov zákon – ukazuje rozloženie genotypov v populácii s inbrídingom (posledný stĺpec) genotyp časť populácie spolu F 1 - F AA pF p2(1 – F) p2 + pqF Aa - 2pq(1 – F) 2pq – 2pqF aa qF q2(1 – F) q2 + pqF 1

Dôsledky inbrídingu v populácii – pokr. génové frekvencie zostávajú nezmenené zmení sa usporiadanie génov do genotypov zníži sa frekvencia heterozygotov zvýši sa frekvencia obidvoch typov homozygotov z hľadiska rodiny je to nevýhodné (zvyšuje sa pravdepodobnosť recesívne dedičného ochorenia) z hľadiska populácie je to výhodné (účinnejšia selekcia voči recesívnym ochoreniam)

Homogamia homogamia („výberové kríženie“) je uzatváranie manželstiev podľa fenotypovej podobnosti (pozitívna homogamia) alebo naopak, fenotypovej nepodobnosti (negatívna homogamia) efekt pozitívnej homogámie je podobný efektu inbrídingu (nemení génové frekvencie a zvyšuje relatívnu početnosť homozygotov) fenotypovo podobní jedinci majú väčšiu pravdepodobnosť, že majú aj podobný genotyp nie je to však také rýchle a intenzívne ako pri inbrídingu týka sa to len lokusov determinujúcich fenotyp podliehajúci poz. homogamii (inbríding postihuje všetky lokusy) u človeka sa uplatňuje hlavne pri kvantitatívnych znakoch: výška, IQ a pod. a niektorých dedičných ochoreniach: porucha sluchu, zraku a pod. negatívna homogamia naopak znižuje početnosť homozygotov a zvyšuje početnosť heterozygotov

Mutácie predstavujú prvý zdroj genetickej variability (keby neexistovali nemohli by vznikať nové alely, neexistovala by ani evolúcia) z hladiska selekčného významu sa delia: selekčne nevýhodné selekčne výhodné selekčne neutrálne (mutácie v nekódujúcich oblastiach) na každom lokuse nastávajú mutácie s určitou charakteristickou frekvenciou > mutačný tlak zmena frekvencie alely (p) v nasledujúcej generácii v dôsledku mutačného tlaku je daná vzťahom p’ = p - µp kde µ = mutačná frekvencia v prírodzených podmienkach sú veľmi zriedkavé (rádovo 10-6), preto nevyvolávajú podstatné zmeny génových frekvencií v priebehu niekoľkých generácií (v evolučných dimenziách ale môžu byť významným činiteľom takých zmien)

Selekcia Selekcia proti dominantnému fenotypu selekciou sa rozumie stav, keď jedinci s rozličnými genotypmi majú v priemere nerovnaký počet potomkov ukazovatele selekcie: reprodukčná zdatnosť (fitness), f = relatívny príspevok jedincov s určitým genotypom na utvorení nasledujúcej generácie koeficient selekcie, s = podiel, o ktorý je znížený príspevok jedincov s určitým genotypom na utvorení ďalšej generácie je logické, že platí: f = 1 – s, alebo f + s = 1 pri úplnej selekcii (letálne ochorenia): f = 0 a s = 1 pri selekčne indiferentnom znaku naopak: f = 1 a s = 0 f a s nie sú konštantným atribútom genotypu, môžu sa meniť v závislosti od prostredia Selekcia proti dominantnému fenotypu pri s = 1 po jedinej generácii nebude žiadny jedinec s domin. génom pri s < 1 početnosť dom. alely sa rýchlo znižuje – všetci postihnutí sú heterozygoti (limitná forma H-W zákona)

Selekcia – pokr. Selekcia proti recesívnemu fenotypu má oveľa pomalší účinok (selekcii sú vystavené iba recesívne alely, ktoré sa nachádzajú u homozygotov) čím je recesívne dedičné ochorenie v populácii zriedkavejšie, tým menej je účinná selekcia (tým väčšia časť alel sa nachádza u heterozygotov) napr. pri početnosti alely 0,1% je v populácii na jedného homozygota až 2000 heterozygotných nosičov pri úplnej selekcii platí vzťah : q’ = q / (1 + q), ak q > 0, tak q’ = q účinok selekcie zvyšuje inbríding (q2 + pqF) Slekecia uprednostňujúca heterozygotov v takej populácii platí: fDD = 1 – s1 , fDd = 1, fdd = 1 – s2 rovnovážna frekvencia alel je daná vzťahom: q’ = s1 / (s1 + s2) najlepšie preštudovaný príklad takej slekcie je kosáčiková anémia a malária homozygoti HbS – kosáčiková anémia (f < 1) homozygoti pre normálnu alelu – malária (f < 1) heterozygoti HbS – zvýšená odolnosť proti malárii (f = 1)

malá selekčná výhoda heterozygotov zabezpečuje, že aj letálna recesívna alela sa udrží v populácii v nezanedbateľnej frekvencii (pri s1 = 0,2 a s2 = 0,85 je to až 19 %) taký mechanizmus sa predpokladá aj pri CF v Európe, aj keď konkrétny selekčný činiteľ nie je známy

Selekcia – pokr. Slekecia proti heterozygotom rovnováha v takej populácii je len pri alelových frekvenciách p = q = 0,5 ak p < 0,5 jeho frekvencia sa bude znižovať (a q sa zvyšovať) ak p > 0,5 jeho frekvencia sa bude zvyšovať (a q sa znižovať) v konečnom dôsledky alela, ktorej frekvencia je < 0,5 z populácie vymizne (a druhá sa v nej fixuje) tento typ selekcie sa uplatňuje pri Rh inkompatibilite medzi matkou a dieťaťom (matka Rh- a plod Rh+) v súčasnosti ale už nemá veľký efekt (účinná liečba)

Migrácia migrácia časti istej populácie do inej populácie mení iba genofond populácie, do ktorej migrácia nastala vzniká zmiešaná populácia, v ktorej génová frekvencia bude daná váženým priemerom obidvoch frekvencií, a „váhami“ sú počty jedincov pochádzajúcich z pôvodných populácií qE = (nC qC + nD qD) / (nC + nD) v súčasnosti v ľudských populáciách migrácia nepredstavuje významný faktor ovplyvňujúci génové frekvencie (v minulosti ale to mohlo byť významné – v období veľkých sťahovaní národov)

Génový posun (drift) génový posun (náhodný genetický drift, Wrightov efekt) – uplatňuje sa v malých a izolovaných populáciách a má nepredvídateľný účinok je to súbor náhodných zmien génových frekvencií v priebehu generácií ak populácia aj v ďalších generáciách zachová malý efektívny rozsah, génové frekvencie podliehajú neprestajne náhodným výkyvom môže to viesť k úplnej vymiznutiu jednej alely a fixácii druhej)

Génový posun (drift) – pokr.

Génový posun (drift) – pokr. ak malá východisková populácia v priebehu ďalších generácií zväčšuje svoj efektívny rozsah, driftom dosiahnuté génové frekvencie sa v nej ďalej už udržujú na rovnakej úrovni tento typ génového posunu sa označuje ako efekt zakladateľa (founder efekt) príčina vysokých početností niektorých genetických ochorení v populáciách, ktoré vznikli z malých základných celkov napr. u slovenských Romov alkaptonuria, kongenitálny glaukóm, retinitis pigmentosa a pod.

Genetické izoláty ako genetický izolát sa označuje početne ohraničená populácia, ktorá je reprodukčne izolovaná od svojho okolia väčšinou majú malú efektívnu veľkosť ľudské izoláty vznikajú v podstate z dvoch príčin: z geografických – ostrovy, vysokohorské údolia, oázy a pod. zo sociálnych – ako je náboženstvo, etnická príslušnosť, kultúrna tradícia, národnosť a pod. môžu byť disperzné v ostatnej populácii, ale reprodukčne od nej izolované (napr. Romovia) v malých genetických izolátoch sa uplatňuje genetický drift a inbríding obidva tieto činitele zvyšujú početnosť homozygotov (recesívne ochorenia) v súčasnosti nastáva takmer na celom svete rozpad izolátov (aj na Slovensku) (zvyšuje sa podiel exogámnych manželstiev)