Что такое дрейф генов примеры. Дрейф генов: основные закономерности данного процесса

Участок ДНК, на котором размещается определенный ген, называется локусом. В нем могут содержаться альтернативные варианты генетической информации - аллели. В любой популяции есть большое количество данных структур. При этом доля конкретного аллеля в общем геноме популяции носит название частоты гена.

Чтобы определенная мутация привела к эволюционным изменениям видов, ее частота должна быть достаточно высокой, а мутантный аллель должен фиксироваться во всех индивидуумах каждого поколения. При незначительном ее количестве мутационные изменения не способны повлиять на эволюционную историю организмов.

Чтобы частота аллеля росла, должны действовать определенные факторы - дрейф генов, миграция и

Дрейф генов - это случайный рост аллеля при воздействии нескольких событий, которые сочетаются и имеют стохастический характер. Данный процесс связывается с тем, что не все лица в популяции принимают участие в размножении. Он наиболее характерен для признаков или заболеваний, которые встречаются редко, но вследствие отсутствия отбора способны храниться в роду или даже целой популяции небольшого размера в течение длительного времени. Такая закономерность часто прослеживается в малой которой не превышает 1000 особей, поскольку в данном случае чрезвычайно мала миграция.

Для того чтобы лучше понять дрейф генов, следует знать следующие закономерности. В случаях, когда частота аллеля составляет 0, в последующих поколениях она не меняется. Если же она достигает 1, то говорят, что ген в популяции фиксируется. Случайный дрейф генов и является следствием процесса фиксации при одновременной потере одного аллеля. Чаще всего данная закономерность прослеживается тогда, когда мутации и миграции не вызывают постоянного изменения составляющих локусов.

Поскольку частота генов имеет ненаправленный характер, она уменьшает разнообразие видов, а также увеличивает различия между локальными популяциями. Стоит отметить, что этому противодействует миграция, при которой разные группировки организмов обмениваются своими аллелями. Надо также сказать, что дрейф генов практически не влияет на частоту отдельных генов в больших популяциях, но в он может стать решающим При этом количество аллелей резко меняется. Некоторые гены могут безвозвратно теряться, что значительно обедняет генетическое разнообразие.

В качестве примера можно привести массовые эпидемии, после которых восстановление популяции проводилось практически за счет нескольких ее представителей. При этом все потомки имели идентичный предкам геном. В дальнейшем расширение аллельного многообразия обеспечивалось завозом производителей или выездными вязками, которые способствуют росту различий на генном уровне.

Крайним проявлением дрейфа генов можно назвать появление совершенно новой популяции, которая образуется только от нескольких особей - так называемый эффект основателя.

Следует сказать, что закономерности перестройки генома изучает биотехнология. - это методика данной науки, которая позволяет переносить наследственную информацию. При этом перенос генов позволяет бороться с межвидовым барьером, а также придавать организмам необходимые свойства.

Частота генов в популяции может варьировать под действием случайных факторов.

Закон Харди-Вайнберга утверждает, что в теоретической идеальной популяции распределение генов будет оставаться постоянным из поколения в поколение. Так, в популяции растений количество «внуков» с генами высокорослости будет ровно таким же, сколько было родителей с этим геном. Но в реальных популяциях дело обстоит иначе. Из-за случайных событий частота распределения генов из поколения в поколение несколько варьирует - это явление называется дрейфом генов.

Приведем простой пример. Представьте себе группу растений, населяющих изолированную горную долину. Популяция состоит из 100 взрослых растений, и лишь 2% растений в популяции содержат особенный вариант гена (например, затрагивающий окраску цветка), т. е. в рассматриваемой нами популяции этот ген имеется лишь у двух растений. Вполне возможно, что небольшое происшествие (например, наводнение или падение дерева) приведет к гибели обоих растений, и тогда этот особенный вариант гена (или, пользуясь научной терминологией, этот аллель ) попросту исчезнет из популяции. А значит, будущие поколения будут уже не такими, как рассматриваемое нами.

Существуют и другие примеры дрейфа генов. Рассмотрим крупную размножающуюся популяцию со строго определенным распределением аллелей. Представим, что по той или иной причине часть этой популяции отделяется и начинает формировать собственное сообщество. Распределение генов в субпопуляции может быть нехарактерным для более широкой группы, но с этого момента и впредь в субпопуляции будет наблюдаться именно такое, нехарактерное для нее распределение. Это явление называется эффектом основателя .

Дрейф генов сходного типа можно наблюдать и на примере явления с запоминающимся названием эффект бутылочного горлышка . Если по какой-либо причине численность популяции резко уменьшится - под воздействием сил, не связанных с естественным отбором (например, в случае необычной засухи или непродолжительного увеличения численности хищников), быстро появившихся и затем исчезнувших, - то результатом будет случайное устранение большого числа индивидуумов. Как и в случае эффекта основателя, к тому времени, когда популяция вновь будет переживать расцвет, в ней будут гены, характерные для случайно выживших индивидуумов, а вовсе не для исходной популяции.

В конце XIX века в результате охотничьего промысла были почти полностью истреблены северные морские слоны. Сегодня в популяции этих животных (восстановившей свою численность) наблюдается неожиданно маленькое количество генетических вариантов. Антропологи полагают, что первые современные люди пережили эффект бутылочного горлышка около 100 000 лет назад, и объясняют этим генетическое сходство людей между собой. Даже у представителей кланов гориллы, обитающих в одном африканском лесу, больше генетических вариантов, чем у всех человеческих существ на планете.

Генетический дрейф

Случайным генетическим дрейфом, или просто, дрейфом генов называется изменение частот аллелей в ряду поколений, обусловленное случайными причинами. Интенсивность этих изменений зависит в первую очередь от численности популяции, точнее, от числа участвующих в размножении особей.

Чтобы "прочувствовать" механизм дрейфа генов, следует мысленно обратиться к процессу подбрасывания монетки. Сколько раз выпадает "орел" при 100 подбрасываниях монеты?

Большинство даст правильный ответ - приблизительно 50. Но далеко не все понимают, что вероятность выпадения ровно 50-ти "орлов" довольно мала - около 7,9%. Хотя с вероятностью, превышающей 95%, их число будет попадать в интервал от 40 до 60.

Таким образом, доля "орлов" при 100 подбрасываниях, скорее всего, будет заметно отличаться от 1/2, и окажется равной 0,43 или, скажем, 0,56. Теперь представим себе, что монетка подбрасывается 1000 раз. В этом случае вероятность выпадения 430 или 560 "орлов" очень мала. Их доля будет гораздо ближе к 1/2, чем 100 при подбрасываниях.

Суть этого примера заключается в том, что, чем больше выборка, тем ближе соответствие между теоретически ожидаемой (1/2) и реально наблюдаемой частотой. В популяциях мы сталкиваемся с тем же явлением: при небольших численностях теоретически ожидаемая частота (то есть частота аллеля в родительском поколении) может существенно отличаться от реально наблюдаемой (то есть от частоты аллеля у потомства).

Однако между бросанием монеты и дрейфом гена имеется важное

Рис 7.3. Динамика случайных изменений частоты гена за счет дрейфа
при различной численности популяций (25, 100 и 2500 особей).
Начальная частота гена во всех экспериментах равна 0,5

различие. При бросании монетки вероятность выпадения "орла" остается равной 1/2 на протяжении всей серии подбрасываний. Для популяций эта вероятность изменяется в каждом поколении: частота аллеля в данном поколении представляет собой вероятность появления этого аллеля в следующем поколении. Если, например, частота аллеля изменилась от 0,5 до 0,6, то вероятность того, что этот аллель появится в следующем поколении равна 0,6. Таким образом, изменения частот аллелей за счет дрейфа накапливаются в поколениях. Ясно, что рано или поздно это приведет к тому, что частота аллеля достигнет значения, равного нулю (аллель исчезнет) или единице (исчезнет альтернативный аллель). В последнем случае говорят о фиксации аллеля. На этом процесс завершается, так как дальнейшие изменения частоты аллеля невозможны.

Случайный дрейф гена легко имитировать с помощью компьютера, (рис. 7.3). На нем показаны три случайные реализации дрейфа гена при различных численностях популяции. Из рисунка видно, что при очень малой численности (25 особей) уже через 40 поколений аллель элиминируется из популяции по случайным причинам. В другой случайной реализации с вероятностью 1/2 можно наблюдать противоположную картину: частота аллеля возрастает до единицы. Если численность популяции довести до 100 особей, то для фиксации аллеля понадобится уже 115 поколений. В популяции большой численности (2500 особей) частота аллеля существенно не изменяется на протяжении 150 поколений. Но это не означает, что в

этом случае полиморфизм будет поддерживаться сколь угодно долго. Фиксация аллеля с вероятностью единица происходит в любых конечных популяциях при отсутствии источников новых аллелей (мутации и миграции). Однако для это понадобится число поколений, сравнимое по величине с численностью популяции.

Влияние генетического дрейфа можно наблюдать и в изолированных малочисленных популяциях человека. При обследовании членов закрытой секты баптистов в штате Пенсильвания (США), основанной в XVIII в. выходцами из Германии, обнаружено, что частоты генов групп крови АВО у членов секты отличаются от таковых у американцев немецкого происхождения. Особенно разительны эти различия по частоте гена I B: 2,5% у членов секты и 12% у американцев немецкого происхождения.

В заключение перечислим основные черты генетического дрейфа.

1. Дрейф приводит к случайным колебаниям частот аллелей, которые особенно заметны в малых популяциях.

2. Дрейф неуклонно снижает генетическую изменчивость популяций, увеличивая частоту гомозигот. Окончательным итогом действия генетического дрейфа является элиминация либо фиксация аллеля.

3. Число поколений, необходимых для элиминации (или фиксации) аллеля за счет дрейфа, сопоставимо по величине с численностью популяции.

ДРЕЙФ ГЕНОВ - это изменение частоты генов и генотипов популяции, которые происходят в силу действия случайных факторов. Эти явления происходят независимо друг от друга. Открыты эти явления английским ученым Фишером и американским Райтом. Отечественные генетики Дубинин и Ромашов - ввели понятие генетико-атоматический процесс. Это процесс, который наступает в результате дрейфа генов может происходить колебание частоты аллеля или этот аллель может закрепиться в популяции или исчезнуть из генофонда популяции.

Это явление довольно подробно было изучено Райтом. Он показал, что дрейф генов находится в тесной зависимости от 4-х факторов:

1. Численность популяции

2. Мутационное давление

3. Поток генов

4. Селективная ценность данного аллеля

Чем больше численность популяции, тем дрейф генов менее эффективен. В больших популяциях эффективен отбор.

Чем выше мутационное давление, чем чаще мутации, тем дрейф генов менее эффективен.

Поток генов - это обмен генами между соседними популяциями. Чем выше поток генов, чем выше обмен мигрантами, тем менее эффективен дрейф генов.

Чем выше селективная ценность аллеля, тем дрейф генов менее эффективен.

Эффективность дрейфа генов, как фактора эволюции, чем ярче проявляется, когда популяция состоит из небольших изолированных положений, между этими колониями, происходит очень не большой обмен мигрантами.

Когда популяция имеет высокую численность, то периодически эта популяция резко снижает свою численность и гибель. Высокое число особей и вновь возникающая популяция образуется за счет небольшого количества сохранившихся в живых особей, т.е. эффект бутылочного горлышка (проявление как "принципа основателя"). (Мльтер).

Например, на какой-то территории существует обширная материнская популяция, генетически разнообразна. Несколько особей неё случайно оказались изолированными от материнской популяции. Те животные, которые изолированы, они не представляют собой репрезентативную выборку , т.е. не являются носителями всех генов, которая обладает материнская популяция. Генофонд этих особей (новых особей), изолированных, случаен и обеднен.

Если условия на изолированной территории благоприятны, то между особями будет происходить близкородственное скрещивание и будет происходить гомозигот по отдельным признакам. Эта вновь образующиеся дочерняя популяция будет отличаться от исходной материнской. Ее генофонд будет определяться генетически, особенно у тех особей, которые основали эту популяцию.

Дрейф генов, как фактор эволюции, имеет высокое значение на разных этапах возникновения популяции, когда численность популяций не велика.

Пример дрейфа генов. Среди американских предпринимателей часто встречаются люди с синдромом Морфана. Их легко можно определить по внешнему виду (высокий рост, резки, короткое туловище, физически сильные). Особенности телосложения являются результатом дрейфа генов. Пассажирам корабля, прибывающих в Америку, был один и распространение этих качеств произошло благодаря людям из полярного (северного) племя эскимосов на севере Гренландии. 270 человек на протяжении многих поколений были в изоляции. В результате произошли изменения по частоте аллелей, определяющих группу крови.

Дрейф генов на примере

Механизм дрейфа генов может быть продемонстрирован на небольшом примере. Представим очень большую колонию бактерий, находящуюся изолированно в капле раствора. Бактерии генетически идентичны за исключением одного гена с двумя аллелями A и B . Аллель A присутствует у одной половины бактерий, аллель B - у другой. Поэтому частота аллелей A и B равна 1/2. A и B - нейтральные аллели, они не влияют на выживаемость или размножение бактерий. Таким образом, все бактерии в колонии имеют одинаковые шансы на выживание и размножение.

Затем размер капли уменьшаем таким образом, чтобы питания хватало лишь для 4 бактерий. Все остальные умирают без размножения. Среди четырёх выживших возможно 16 комбинаций для аллелей A и B :

(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).

Вероятность каждой из комбинаций

где 1/2 (вероятность аллеля A или B для каждой выжившей бактерии) перемножается 4 раза (общий размер результирующей популяции выживших бактерий)

Если сгруппировать варианты по числу аллелей, то получится следующая таблица:

Как видно из таблицы, в шести вариантах из 16 в колонии будет одинаковое количество аллелей A и B . Вероятность такого события 6/16. Вероятность всех прочих вариантов, где количество аллелей A и B неодинаково несколько выше и составляет 10/16.

Дрейф генов происходит при изменении частот аллелей в популяции из-за случайных событий. В данном примере популяция бактерий сократилась до 4 выживших (эффект бутылочного горлышка). Сначала колония имела одинаковые частоты аллелей A и B , но шансы, что частоты изменятся (колония подвергнется дрейфу генов) выше, чем шансы на сохранение оригинальной частоты аллелей. Также существует высокая вероятность (2/16), что в результате дрейфа генов один аллель будет утрачен полностью.

Экспериментальное доказательство С. Райта

С. Райт экспериментально доказал, что в маленьких популяциях частота мутантного аллеля меняется быстро и случайным образом. Его опыт был прост: в пробирки с кормом он посадил по две самки и по два самца мух дрозофил, гетерозиготных по гену А (их генотип можно записать Аа). В этих искусственно созданных популяциях концентрация нормального (А) и мутационного (а) аллелей составила 50 %. Через несколько поколений оказалось, что в некоторых популяциях все особи стали гомозиготными по мутантному аллелю (а), в других популяциях он был вовсе утрачен, и, наконец, часть популяций содержала как нормальный, так и мутантный аллель. Важно подчеркнуть, что, несмотря на снижение жизнеспособности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному отбору, в некоторых популяциях мутантный аллель полностью вытеснил нормальный. Это и есть результат случайного процесса - дрейфа генов .

Литература

• Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира. - М .: Наука, 1996. - С. 93-96. - ISBN 5-02-006043-7
• Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3 томах. Том 2. - М .: Мир, 1996. - С. 287-288. - ISBN 5-03-001602-3

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Дрейф генов" в других словарях:

Генетико автсоматические процессы, изменение частоты генов в популяции в ряду поколений под действием случайных (стохастических) факторов, приводящее, как правило, к снижению наследств, изменчивости популяций. Наиб, отчётливо проявляется при… … Биологический энциклопедический словарь

См. Генетический дрейф. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

дрейф генов - Изменение частот генов в небольшой популяции по принципу случайной выборки Тематики биотехнологии EN genetic drift … Справочник технического переводчика

Дрейф генов. См. генетико автоматический процесс. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

дрейф генов - genų dreifas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Atsitiktinis populiacijos genetinės sandaros pakitimas. atitikmenys: angl. genetic drift rus. генетический дрейф; дрейф генов … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

См. Генетический дрейф … Большой медицинский словарь

Процессы, определяющие изменение частоты генов, или частоты мутантных форм в Популяциях. Термин предложен американским генетиком С. Райтом (1931). То же, что Генетико автоматические процессы … Большая советская энциклопедия

Дрейф генов - случайные (стохастические) изменения частот генов в ряду поколений, происходящие в малых популяциях в результате ошибки выборки гамет при скрещивании … Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.

Дрейф генов - – генетико автоматические процессы явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами … Словарь по психогенетике

Означает медленное постоянное перемещение чего либо. В частности: Дрейф судна: Смещение (снос) судна с линии курса под влиянием ветра. Дрейф характеризуется углом между линией пути и линией истинного курса, для измерения этой величины применяется … Википедия

Книги

• Биология. 9 11 кл. Биологический конструктор 3. 0. Коллекция интеракт. моделей. ФГОС(CDpc) , Вабищевич А. П.. Коллекция содержит 80 виртуальных экспериментов и заданий, снабженных подробными методическими рекомендациями. Модели предназначены для поддержки преподавания следующих разделов общей…