Populační genetika Fenotypy, genotypy RNDr Z.Polívková Přednáška č. 428 - kurz: Dědičnost

Populační genetika distribuce genů v populaci počet jedinců se znakem Frekvence znaku = celkový počet jedinců v populaci vyjádření frekvence: 1/2500, 1 : 2500, 0,004 Lidská populace – 3 rasy – geneticky odlišné etnické skupiny – rovněž geneticky odlišné Příčiny rozdílů: mutace selekce – schopnost přežít, reprodukovat se reproduktivní izolace – geografické bariéry

Znalost frekvence chorob důležitá pro výpočet frekvence alel Příklady rozdílů: albinismus u některých kmenů indiánů srpkovitá anemie u černochů v Africe β-thalasemie – kolem Středozemního moře cystická fibroza – u bělochů častá, vzácná u černochů, ale vzácná i u Finů Finové – vysoké frekvence chorob jinde vzácných př. XR choroidermie (1/3 všech onemocnění ve světě popsaných) J Afrika – vysoký výskyt Huntingtonovy choroby porfyria variegata (AD defekt hemoglobinu) u bílého obyvatelstva Znalost frekvence chorob důležitá pro výpočet frekvence alel a genotypů - důležité pro stanovení rizika chorob - HW zákon

Thompson & Thompson: Genetics in medicine , 7th ed., 2007

Passarge: Color Atlas of Genetics, 1995

Hardy – Weinbergův zákon f(A) = p, f(a) = q p + q = 1 - frekvence alel A p a q A p AA p2 Aa pq aa q2 p2 + 2pq + q2 = 1 – frekvence genotypů (p + q)2 = 1 Genové a genotypové frekvence jsou stálé z generace na generaci (populace v rovnováze)

AA p2 Aa 2pq aa q2 AA p2 p4 2p3q p2q2 4 p2q2 2pq3 aa q2 q4

p4 - 4p3q 2p3q 2p2q2 4p2q2 p2q2 4pq3 2pq3 q4 AA Aa aa 1.AA x AA Pro další generaci Pravděp.genotypy potomků Rodičovské kombinace Jejich pravděpodobnosti AA Aa aa 1.AA x AA p4 - 2.AA x Aa 4p3q 2p3q 3.AA x aa 2p2q2 4.Aa x Aa 4p2q2 p2q2 5.Aa x aa 4pq3 2pq3 6.aa x aa q4

= tj. stejné frekvence i v další generaci Po sečtení a matematické úpravě AA : p4 + 2p3q + p2q2 = p2 (p2 + 2pq + q2) = p2 Aa: 2p3 q + 2p2q2 + 2 p2q2 + 2pq 3 = 2pq(p2 + 2pq + q2) = 2pq aa : p2q2 + 2pq3 + q4 = q2 (p2 + 2pq + q2) = q2 p2 + 2pq + q2 = 1 = tj. stejné frekvence i v další generaci

Pro 3 alely v lokusu: p + q + r = 1 (p + q + r )2 = 1 AR choroby : q2 Př.:Frekvence alel A,B,0 v systému AB0 krevních skupin: p,q,r Frekvence genotypů: AA + A0 = p2 + 2pr BB + B0= q2 + 2qr AB = 2pq 0 = r2 AR choroby : q2 AD choroby: p2 + 2pq Pro X vázané geny u ♂ p + q = 1 – je i rovnicí pro frekvenci genotypů u ♀ p2 + 2pq + q2 = 1

HW: genové a genotypové frekvence stálé z generace na generaci Platnost v medelistické populaci: Předpoklad: panmixie nejsou mutace není selekce není migrace populace dostatečně veliká

Narušení HW rovnováhy: 1. nenáhodné párování výběrové párování stratifikace populace ( rozdělení do skupin) konsanquinita (příbuzenské sňatky) úbytek heterozygotů ve prospěch homozygotů

2. mutace a selekce frekvence alely v populaci = mutační frekvence+selekční tlak letální AD mutace – vysoký selekční tlak – selekce homozygotů i heterozygotů Koeficient selekce - s Fitness (schopnost se reprodukovat) f = 1 – s Př: achondroplasie: f = 0.2 (jen 20% postižených má potomky) s = 0.8 = 80% vznikají jako nová mutace = konstantní frekvence choroby

letální XR mutace – 1/3 genů u mužů ztracena v každé letální AR mutace – „skrytá“ mutace v heterozygotním stavu – selekce pomalá letální XR mutace – 1/3 genů u mužů ztracena v každé generaci, frekvence udržována novými mutacemi - selekce proti heterozygotům – Rh inkompatibilita (dítě Rh+, matka Rh- : hemolytická anemie) - zvýhodnění heterozygotů – srpkovitá anemie – heterozygoti nepostižení a rezistentní na malarii – udržuje vysokou frekvenci choroby v populaci

Passarge: Color Atlas of Genetics, 1995

3. malé populace (izoláty) – náhodný genetický drift (posun) = náhodná změna genových a genotypových frekvencí „founder efekt“ = efekt zakladatele: je-li mezi zakladateli malé populace nositel vzácné alely, dosáhne alela mnohem vyšší frekvence než v jiných populacích, nebo vymizí př. Finové = izolovaná populace geograficky, kulturně – vysoký výskyt asi 20 chorob,jinde velmi vzácných J. Afrika – vysoký výskyt Huntingtonovy choroby (HD) a var.porfyrie (VP) (AD defekt hemoglobinu) u bílého obyvatelstva = populace založená holandskými osadníky (1652), mutaci HD přinesl 1 osadník, další přinesl VP Mechanismem genetického driftu je náhoda

4. Migrace – tok genů přes bariéry – geografické i jiné (rasové apod.) rozšíření určité alely sleduje šíření určité populace př.: Keltská mutace fenylketonurie a cystické fibrosy krevní skup.B - četná v Asii, v Evropě malý výskyt, u původního obyvatelstva Ameriky se nevyskytuje

5. Eugenika – snaha zlepšit populaci pozitivní – výběr vhodných genotypů ke křížení = šlechtitelství (šlechtitelské novinky) negativní – eliminace nepříznivých genotypů – prenatální diagnostika v minulosti zneužití eugeniky léčba = redukce selekce – uchovává nepříznivé alely v populaci, umožní jejich přenos do další generace Genetické poradenství, prenatální diagnostika – snížení incidence některých chorob, ale ponechání zdravých heterozygotů

Thompson &Thompson: Klinická genetika, 6.vyd. Kap.7: Genetická variabilita populací + doplnění informací z prezentace http://dl1.cuni.cz/course/view.php?id=191