Що таке дрейф генів приклади. Дрейф генів: основні закономірності цього процесу

Ділянка ДНК, де розміщується певний ген, називається локусом. У ньому можуть бути альтернативні варіанти генетичної інформації - алелі. У будь-якій популяції є велика кількість цих структур. У цьому частка конкретного аллеля у загальному геномі популяції зветься частоти гена.

Щоб певна мутація призвела до еволюційних змін видів, її частота має бути досить високою, а мутантний аллель повинен фіксуватися у всіх індивідуумах кожного покоління. При незначній кількості мутаційні зміни не здатні вплинути на еволюційну історію організмів.

Щоб частота алелю зростала, повинні діяти певні фактори - дрейф генів, міграція та

Дрейф генів - це випадкове зростання алелю за впливу кількох подій, які поєднуються і мають стохастичний характер. Цей процес пов'язується з тим, що не всі особи у популяції беруть участь у розмноженні. Він найбільш характерний для ознак або захворювань, що зустрічаються рідко, але внаслідок відсутності відбору здатні зберігатися в роді або навіть цілої популяції невеликого розміру протягом тривалого часу. Така закономірність часто простежується у малій якій не перевищує 1000 особин, оскільки в даному випадку надзвичайно мала міграція.

Щоб краще зрозуміти дрейф генів, слід знати такі закономірності. У випадках коли частота алелю становить 0, у наступних поколіннях вона не змінюється. Якщо вона досягає 1, то кажуть, що ген у популяції фіксується. Випадковий дрейф генів і є наслідком процесу фіксації за одночасної втрати одного аллеля. Найчастіше ця закономірність простежується тоді, коли мутації та міграції не викликають постійної зміни складових локусів.

Оскільки частота генів має ненаправлений характер, вона зменшує різноманітність видів, і навіть збільшує різницю між локальними популяціями. Цьому протидіє міграція, за якої різні угруповання організмів обмінюються своїми алелями. Треба також сказати, що дрейф генів мало впливає на частоту окремих генів у великих популяціях, але він може стати вирішальним У цьому кількість алелей різко змінюється. Деякі гени можуть безповоротно губитися, що значно збіднює генетичну різноманітність.

Як приклад можна навести масові епідемії, після яких відновлення популяції проводилося за рахунок кількох її представників. У цьому всі нащадки мали ідентичний предкам геном. Надалі розширення алельного різноманіття забезпечувалося завозом виробників або виїзними в'язками, які сприяють зростанню відмінностей генетично.

Крайнім проявом дрейфу генів можна назвати поява абсолютно нової популяції, що утворюється лише від кількох особин - так званий ефект засновника.

Слід зазначити, що закономірності перебудови геному вивчає біотехнологія. - це методика цієї науки, яка дозволяє переносити спадкову інформацію. У цьому перенесення генів дозволяє боротися з міжвидовим бар'єром, і навіть надавати організмам необхідні властивості.

Частота генів у популяції може варіювати під впливом випадкових чинників.

Закон Харді-Вайнберга стверджує, що в теоретичній ідеальній популяції розподіл генів залишатиметься постійним з покоління до покоління. Так, у популяції рослин кількість «онуків» з генами високорослості буде такою самою, скільки було батьків із цим геном. Але в реальних популяціях справа інакша. Через випадкові події частота розподілу генів з покоління до покоління дещо варіює - це явище називається дрейфом генів.

Наведемо найпростіший приклад. Уявіть собі групу рослин, що населяють ізольовану гірську долину. Популяція складається з 100 дорослих рослин, і лише 2% рослин у популяції містять особливий варіант гена (наприклад, що стосується фарбування квітки), тобто в популяції, що розглядається нами, цей ген є лише у двох рослин. Цілком можливо, що невелика подія (наприклад, повінь або падіння дерева) призведе до загибелі обох рослин, і тоді цей особливий варіант гена (або, користуючись науковою термінологією, цей аллель) Просто зникне з популяції. А отже, майбутні покоління будуть уже не такими, як ми розглядаємо.

Існують інші приклади дрейфу генів. Розглянемо велику популяцію, що розмножується, із строго певним розподілом алелів. Припустимо, що з тієї чи іншої причини частина цієї популяції відокремлюється і починає формувати власне співтовариство. Розподіл генів у субпопуляції може бути нехарактерним для ширшої групи, але з цього моменту і надалі в субпопуляції спостерігатиметься саме такий нехарактерний для неї розподіл. Це явище називається ефектом засновника.

Дрейф генів подібного типу можна спостерігати і на прикладі явища з назвою, що запам'ятовується ефект пляшкової шийки. Якщо з будь-якої причини чисельність популяції різко зменшиться - під впливом сил, не пов'язаних з природним відбором (наприклад, у разі незвичайної посухи або нетривалого збільшення чисельності хижаків), що швидко з'явилися і потім зникли, - то результатом буде випадкове усунення великої кількості індивідуумів. Як і в разі ефекту засновника, на той час, коли популяція знову переживатиме розквіт, у ній будуть гени, характерні для індивідуумів, що випадково вижили, а зовсім не для вихідної популяції.

Наприкінці ХІХ століття внаслідок мисливського промислу майже повністю винищені північні морські слони. Сьогодні у популяції цих тварин (що відновила свою чисельність) спостерігається несподівано невелика кількість генетичних варіантів. Антропологи вважають, що перші сучасні люди пережили ефект пляшкового шийки близько 100 000 років тому, і пояснюють цим генетичну схожість людей між собою. Навіть у представників кланів горили, що мешкають в одному африканському лісі, більше генетичних варіантів, ніж у всіх людських істот планети.

Генетичний дрейф

Випадковим генетичним дрейфом, або просто, дрейфом генівназивається зміна частот алелів у ряді поколінь, зумовлена ​​випадковими причинами. Інтенсивність цих змін залежить насамперед від чисельності популяції, точніше, від числа особин, що беруть участь у розмноженні.

Щоб "відчути" механізм дрейфу генів, слід подумки звернутися до процесу підкидання монети. Скільки разів випадає орел при 100 підкиданнях монети?

Більшість дасть правильну відповідь - приблизно 50. Але далеко не всі розуміють, що ймовірність випадання рівно 50 "орлів" досить мала - близько 7,9%. Хоча з ймовірністю, що перевищує 95%, їх кількість потраплятиме в інтервал від 40 до 60%.

Таким чином, частка "орлів" при 100 підкиданнях, швидше за все, помітно відрізнятиметься від 1/2, і виявиться рівною 0,43 або, скажімо, 0,56. Тепер уявімо, що монетка підкидається 1000 разів. І тут ймовірність випадання 430 чи 560 " орлів " дуже мала. Їхня частка буде набагато ближче до 1/2, ніж 100 при підкиданні.

Суть цього прикладу полягає в тому, що чим більша вибірка, тим ближча відповідність між теоретично очікуваною (1/2) і частотою, що реально спостерігається. У популяціях ми стикаємося з тим самим явищем: при невеликих чисельностях теоретично очікувана частота (тобто частота алелю в батьківському поколінні) може суттєво відрізнятися від реально спостерігається (тобто від частоти алелю у потомства).

Однак між киданням монети та дрейфом гена є важливе

Рис. 7.3.Динаміка випадкових змін частоти гена за рахунок дрейфу
за різної чисельності популяцій (25, 100 і 2500 особин).
Початкова частота гена у всіх експериментах дорівнює 0,5

Відмінність. При киданні монети ймовірність випадання "орла" залишається рівною 1/2 протягом усієї серії підкидань. Для популяцій ця можливість змінюється у кожному поколінні: частота аллеля у цьому поколінні є ймовірність появи цього аллеля у наступному поколінні. Якщо, наприклад, частота аллеля змінилася від 0,5 до 0,6, то ймовірність того, що аллель з'явиться в наступному поколінні дорівнює 0,6. Таким чином, зміни частот алелів за рахунок дрейфу накопичуються у поколіннях. Зрозуміло, що рано чи пізно це призведе до того, що частота алелю досягне значення, що дорівнює нулю (аллель зникне) або одиниці (зникне альтернативний аллель). В останньому випадку говорять про фіксаціїалеля. У цьому процес завершується, оскільки подальші зміни частоти аллеля неможливі.

Випадковий дрейф гена легко імітувати за допомогою комп'ютера (рис. 7.3). На ньому показано три випадкові реалізації дрейфу гена за різних чисельностей популяції. З малюнка видно, що з дуже малої чисельності (25 особин) вже 40 поколінь аллель елімінується з популяції з випадкових причин. В іншій випадковій реалізації з ймовірністю 1/2 можна спостерігати протилежну картину: алеля частота зростає до одиниці. Якщо чисельність популяції довести до 100 особин, то фіксації аллеля знадобиться вже 115 поколінь. У популяції великої чисельності (2500 особин) частота аллеля значно змінюється протягом 150 поколінь. Але це не означає, що в

У цьому випадку поліморфізм буде підтримуватися як завгодно довго. Фіксація алелі з ймовірністю одиниця відбувається в будь-яких кінцевих популяціях за відсутності джерел нових алелів (мутації та міграції). Однак для цього знадобиться кількість поколінь, порівнянна за величиною чисельністю популяції.

Вплив генетичного дрейфу можна спостерігати й ізольованих нечисленних популяціях людини. Під час обстеження членів закритої секти баптистів у штаті Пенсільванія (США), заснованої у XVIII ст. вихідцями з Німеччини виявлено, що частоти генів груп крові АВО у членів секти відрізняються від таких у американців німецького походження. Особливо разючі ці відмінності за частотою гена I B: 2,5% у членів секти та 12% у американців німецького походження.

На закінчення перерахуємо основні риси генетичного дрейфу.

1. Дрейф призводить до випадкових коливань частот алелів, які особливо помітні у малих популяціях.

2. Дрейф неухильно знижує генетичну мінливість популяцій, збільшуючи частоту гомозигот. Кінцевим результатом впливу генетичного дрейфу є елімінація чи фіксація аллеля.

3. Число поколінь, необхідних для елімінації (або фіксації) алелі за рахунок дрейфу, можна порівняти за величиною з чисельністю популяції.

ДРЕЙФ ГЕНІВ -це зміна частоти генів і генотипів популяції, які у силу впливу випадкових чинників. Ці явища відбуваються незалежно друг від друга. Відкрито ці явища англійським вченим Фішером та американським Райтом. Вітчизняні генетики Дубінін та Ромашов - запровадили поняття генетико-атоматичний процесЦе процес, який настає в результаті дрейфу генівможе відбуватися коливання частоти алелю або цей аллель може закріпитися в популяції або зникнути генофонду популяції.

Це досить докладно було вивчено Райтом. Він показав, що дрейф генів знаходиться в тісній залежності від 4-х факторів:

1. Чисельність популяції

2. Мутаційний тиск

3. Потік генів

4. Селективна цінність даного алелю

Чим більша чисельність популяції, тим дрейф генів менш ефективний. У великих популяціях ефективний відбір.

Чим вищий мутаційний тиск, що частіше мутації, тим дрейф генів менш ефективний.

Потік генів – це обмін генами між сусідніми популяціями. Чим вищий потік генів, що вищий обмін мігрантами, тим менш ефективний дрейф генів.

Чим вища селективна цінність алелю, тим дрейф генів менш ефективний.

Ефективність дрейфу генів, як чинника еволюції, що яскравіше проявляється, коли населення складається з невеликих ізольованих положень, між цими колоніями, відбувається дуже малий обмін мігрантами.

Коли населення має високу чисельність, то періодично ця популяція різко знижує свою чисельність і загибель. Висока кількість особин і знову популяція утворюється з допомогою невеликої кількості збережених у живих особин, тобто. ефект пляшкового шийки (прояв як "принципу засновника"). (Мльтер).

Наприклад, на якійсь території існує велика материнська популяція, генетично різноманітна. Декілька особин її випадково виявилися ізольованими від материнської популяції. Ті тварини, які ізольовані, вони не є собою репрезентативну вибірку, тобто. є носіями всіх генів, яка має материнська популяція. Генофонд цих особин (нових особин), ізольованих, випадковий та збіднений.

Якщо умови на ізольованій території сприятливі, то між особами відбуватиметься близькоспоріднене схрещування та відбуватиметься гомозигот за окремими ознаками. Ця новостворена дочірня популяція відрізнятиметься від вихідної материнської. Її генофонд визначатиметься генетично, особливо в особин, які заснували цю популяцію.

Дрейф генів, як чинник еволюції, має високе значення різних етапах виникнення популяції, коли чисельність популяцій не велика.

Приклад дрейфу генів.Серед американських підприємців часто зустрічаються люди з синдром Морфана.Їх легко можна визначити на вигляд (високе зростання, різання, короткий тулуб, фізично сильні). Особливості статури є результатом дрейфу генів. Пасажирам корабля, що прибувають в Америку, був один і поширення цих якостей сталося завдяки людям із полярного (північного) плем'я ескімосів на півночі Гренландії. 270 людей упродовж багатьох поколінь були в ізоляції. В результаті відбулися зміни щодо частоти алелів, що визначають групу крові.

Дрейф генів на прикладі

Механізм дрейфу генів можна продемонструвати на невеликому прикладі. Представимо дуже велику колонію бактерій, що знаходиться ізольовано у краплі розчину. Бактерії генетично ідентичні за винятком одного гена з двома алелями Aі B. Алель Aприсутній у однієї половини бактерій, алель B- У іншої. Тому частота алелів Aі Bдорівнює 1/2. Aі B- нейтральні алелі, вони не впливають на виживання чи розмноження бактерій. Таким чином, усі бактерії в колонії мають однакові шанси на виживання та розмноження.

Потім розмір краплі зменшуємо таким чином, щоб живлення вистачало лише для чотирьох бактерій. Решта вмирають без розмноження. Серед чотирьох тих, хто вижив, можливо 16 комбінацій для алелів Aі 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).

Імовірність кожної з комбінацій

де 1/2 (імовірність алеля Aабо Bдля кожної бактерії, що вижила, перемножується 4 рази (загальний розмір результуючої популяції бактерій, що вижили)

Якщо згрупувати варіанти за кількістю алелів, то вийде така таблиця:

Як видно з таблиці, у шести варіантах з 16 колонії буде однакова кількість алелей Aі B. Імовірність такої події 6/16. Ймовірність всіх інших варіантів, де кількість алелів Aі Bнеоднаково дещо вище і становить 10/16.

Дрейф генів відбувається за зміни частот алелів у популяції через випадкових подій. У цьому прикладі населення бактерій скоротилася до 4 вижили (ефект пляшкового шийки). Спочатку колонія мала однакові частоти алелів Aі BАле шанси, що частоти зміняться (колонія піддасться дрейфу генів) вище, ніж шанси на збереження оригінальної частоти алелів. Також існує висока ймовірність (2/16), що в результаті дрейфу генів один алель буде втрачено повністю.

Експериментальний доказ С. Райта

С. Райт експериментально довів, що у маленьких популяціях частота мутантного аллеля змінюється швидко і випадковим чином. Його досвід був простий: у пробірки з кормом він посадив по дві самки та по два самці мух дрозофіл, гетерозиготних за геном А (їхній генотип можна записати Аа). У цих штучно створених популяціях концентрація нормального (А) та мутаційного (а) алелів становила 50%. Через кілька поколінь виявилося, що в деяких популяціях всі особини стали гомозиготними по мутантному алелю (а), в інших популяціях він був втрачений, і, нарешті, частина популяцій містила як нормальний, так і мутантний алель. Важливо наголосити, що, незважаючи на зниження життєздатності мутантних особин і, отже, всупереч природному добору, у деяких популяціях мутантний алель повністю витіснив нормальний. Це і є результатом випадкового процесу - дрейфу генів.

Література

• Воронцов Н.М., Сухорукова Л.М.Еволюція органічного світу. – М.: Наука, 1996. – С. 93-96. - ISBN 5-02-006043-7
• Грін Н., Стаут У., Тейлор Д.Біологія У 3 томах. Том 2. – М.: Світ, 1996. – С. 287-288. - ISBN 5-03-001602-3

Див. також

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Дрейф генів" в інших словниках:

Генетико-автсоматичні процеси, зміна частоти генів у популяції у ряді поколінь під дією випадкових (стохастичних) факторів, що призводить, як правило, до зниження спадків, мінливості популяцій. Наиб, виразно проявляється при ... Біологічний енциклопедичний словник

Див Генетичний дрейф. Екологічний енциклопедичний словник. Кишинів: Головна редакція Молдавської радянської енциклопедії І.І. Дід ю. 1989 … Екологічний словник

дрейф генів- Зміна частот генів у невеликій популяції за принципом випадкової вибірки Тематики біотехнології EN genetic drift. Довідник технічного перекладача

Дрейф генів. генетико автоматичний процес. (Джерело: «Англо-російський тлумачний словник генетичних термінів». Ареф'єв В.А., Лісовенко Л.А., Москва: Вид у ВНІРО, 1995 р.) … Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник.

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

Генетичний дрейф … Великий медичний словник

Процеси, що визначають зміну частоти генів, або частоти мутантних форм у популяціях. Термін запропонований американським генетиком С. Райтом (1931). Те саме, що Генетико автоматичні процеси … Велика Радянська Енциклопедія

Дрейф генів- випадкові (стохастичні) зміни частот генів у ряді поколінь, що відбуваються в малих популяціях внаслідок помилки вибірки гамет при схрещуванні. Фізична антропологія. Ілюстрований тлумачний словник.

Дрейф генів- – генетико-автоматичні процеси – явище неспрямованої зміни частот алельних варіантів генів у популяції, обумовлене випадковими статистичними причинами… Словник із психогенетики

Означає повільне постійне переміщення чогось. Зокрема: Дрейф судна: Усунення (знесення) судна з лінії курсу під впливом вітру. Дрейф характеризується кутом між лінією шляху та лінією істинного курсу, для вимірювання цієї величини застосовується … Вікіпедія

Книги

• Біологія 9 11 кл. Біологічний конструктор 3. 0. Колекція інтерактів. моделей. Колекція містить 80 віртуальних експериментів та завдань, забезпечених докладними методичними рекомендаціями. Моделі призначені для підтримки викладання наступних розділів.