Chương 11 di truyền học quần thể

NGHIÊN CỨU Sự phân bố của các gene trong quần thể Sự duy trì và thay đổi tần số của các gene và kiểu gene qua các thế hệ... Sự cách ly sinh sản giữa các nhóm Sự chọn lọc của các đột biến

DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ

population genetics

PGS TS Nguy n Vi t Nhân ễ ế

NGHIÊN CỨU

Sự phân bố của các gene trong quần thể

Sự duy trì và thay đổi tần số của các gene và kiểu gene qua các thế hệ

LIÊN QUAN

Yếu tố di truyền: đột biến, sinh sản Yếu tố xã hội và môi trường: chọn lọc, di dân Nghiên cứu: tần số và sự phân bố các bệnh di truyền trong gia đình và trong cộng đồng.

 TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ

Sự cách ly sinh sản giữa các nhóm

Sự chọn lọc

của các đột

biến có lợi dưới

tác động của

môi trường

Khác biệt di truyền giữa các quần thể rất

lớn

Cơ hội sống sót

của các cá thể

mang các đột

biến có hại

Các đột biến trung tính

 TẦN SỐ GENE VÀ KIỂU GEN

Biết được kiểu gen thật sự của mỗi cá thể trong một gia đình đang cần tư vấn di truyền

Có thể thông báo chính xác nguy cơ tái phát

Cách thức xác định tần số của các allele trong quần thể

Kiểu gene Số

ngươ ìi

Tần số tương đối của các kiểu gene Allele Tần của các số

Allele ∆CCR5: mất 32 cặp nucleotide trong gen CCR5,

mã hóa cho một protein không có chức năng

 ĐỊNH LUẬT HARDY - WEINBERG

Geoffrey Hardy (Anh) &ì Wilhelm Weinberg (Đức) : 1908

(pA + qa)2 = p AA2 + 2pqAa + qaa2

Tần số của các kiểu gen sẽ không đổi qua các thế hệ nếu tần số của các allele không đổi

 ĐỊNH LUẬT HARDY - WEINBERG

Geoffrey Hardy (Anh) &ì Wilhelm Weinberg (Đức) : 1908

(pA + qa)2 = p AA2 + 2pqAa + qaa2

Tần số của các kiểu gen sẽ không đổi qua các thế hệ nếu tần số của các allele không đổi

Tần số của allele CCR5: 0,906 Tần số của allele ∆CCR5: 0,094

Tần số tương đối của các tổ hợp allele:

CCR5/CCR5: p2 = 0,906 x 0,906 = 0,821CCR5/∆CCR5: 2pq = 2 x 0,906 x 0,094 = 0,170

∆CCR5/∆CCR5: q2 = 0,094 x 0,094 = 0,009

Tương tự với tần số thực tế: 647 : 134 : 7

Trường hợp gene nằm trên NST giới tính X:

Tần số của các kiểu gene của người nữ (XX) và người nam (XY) được tính riêng

 ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT HARDY-WEINBERG

Tư vấn di truyền cho các bệnh di truyền gene lặn NST thường.

Bệnh Phenylketonuria

Tần số của người bình thường mang gene bệnh trong

Khả năng sinh con mắc bệnh: 3% x 3% x ¼ = 2,2

x 10-4

Bệnh Phenylketonuria (PKU) ở Ireland

Tần số của người mắc bệnh ở trạng thái đồng hợp: được xác định trong quần thể qua chương trình sàng lọc trên trẻ sơ sinh ở Ireland là 1/4.500

Sử dụng định luật Hardy-Weinberg: xác định tần số của những người dị hợp tử có biểu hiện bình thường:

 ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT HARDY-WEINBERG

Tư vấn di truyền cho các bệnh di truyền gene lặn NST giới tính

X

Bệnh máu khó đông (hemophilia A)

Tần số của người bình thường mang gene bệnh trong quần thể là bao nhiêu?

Khả năng sinh con mắc bệnh: 1/2501 x ¼ = 0.0001 = 1 x

Bệnh Hemophilia A (thiếu yếu tố VIII)

Tần số của người nam mắc bệnh: được xác định trong quần thể là 1/ 5.000

Sử dụng định luật Hardy-Weinberg: xác định tần số của những người nữ dị hợp tử có biểu hiện bình thường:

q (XhY) = 1/5000 = 0,0002 p (XHY) = 0,998

X HXh 2pq = 0,0004 # 1/2501Tần số của người nữ dị hợp tử mang gene bệnh

khoảng 1/2501Xác suất để một người bố bình thường kết hôn với mẹ mang gene bệnh trong quần thểì khoảng : 1/2501 x 1 = 0,0004 =

4 x 10-4

 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRẠNG THÁI CÂN BẰNG CỦA ĐỊNH LUẬT HARDY -

WEIBERG

Điều kiện nghiệm đúng:

Quần thể lớn và kết hôn ngẫu nhiên

Tần số các allele duy trì không đổi

Không xảy ra đột biến Mọi cá thể đều có cơ hội như nhau trong kết hôn và sinh sản

Không xảy tình trạng nhập cư đáng kể

Các yếu tố ảnh hưởng:

Sự kết hôn không thể diễn ra một cách ngẫu nhiên.

Tác động của chọn lọc, đột biến, sự

di dân

Sự phiêu bạt di truyền (genetic drift): làm thay đổi ngẫu nhiên tần số của các allele trong một quần thể nhỏ

Dòng chảy của gene (gene flow): Sự phát tán chậm chạp của gene qua biên

Founder Effect Hi u ng ng ệ ứ ườ i sáng l p ậ

Nếu một nhóm nhỏ cá thể tách khỏi một quần thể lớn hơn và phát triển thành một quần thể mới cô lập và cách li với các quần thể khác Tần số của các allene trong quần thể mới sẽ được quyết định bởi tần số của các allele có mặt trong nhóm cá thể sáng lập và hoàn toàn khác với quần thể ban đầu

Ví dụ minh họa hi u ng ng ệ ứ ườ i sáng

l p ậ

Cộng đồng người Amish hiện đang sinh sống tại quận Lancaster, bang Pennsylvania Hoa kì là hậu duệ của một nhóm gồm 30 người Thụy sĩ chối bỏ nền văn minh kỹ thuật đến sống ở đó từ năm 1744

Hiện nay có khoảng 1: 200 người Amish mang gen ở trạng thái đồng hợp về hội chứng này Tuy nhiên hội chứng này lại rất hiệm trong quần thể người Mỹ

Chú ý

Tình trạng hôn nhân đồng huyết thống

Bottlenecks Effect Hi u ng nút cổ chai ệ ứ

Hiệu ứng nút cổ chai cũng tương tự hiệu ứng người sáng lập tuy nhiên trong hiệu ứng này, toàn bộ loài bị đào thải chỉ còn lại một nhóm nhỏ sống sót

Tần số allele của những người sống sót sẽ quyết định tần số của các allen của quần thể sau khi

Ví dụ minh họa hi u ng nút cổ chai ệ ứ

Pingalop atoll là một quần đảo ở Nam Thái bình Dương, cơn bão năm 1780 đã làm chết gần như toàn bộ cư dân ở đó, chỉ còn lại 30 người sống sót Một trong số những người sống sót mang gen gene bệnh mù màu hoàn toàn (achromaptosia) ở trạng thái dị hợp tử, một bệnh di truyền gen lặn trên NST thường

Bệnh mù màu hoàn toàn

(achromatopsia)

Bệnh do gene lặn trên NST thường gây ra, người bệnh ở trạng thái đồng hợp sẽ mù màu hoàn toàn Hiện nay trên đảo nàu có khoảng 2000 cư dân, hầu hết đều là hậu duệ của 30 người còn sống sót sau trận bão năm 1780 khoảng 10% dân số bị bệnh mù màu hoàn toàn

Tần số allele bệnh khoảng 0,26

HẾT

BÀI TẬP

Bài tập 1

Trong một quần thể cân bằng, 3 kiểu gene có tần số lần lượt như sau: AA: 0,81; Aa: 0,18; aa: 0,01.

1 Tính tần số của A và a ?

2 Tần số của các kiểu gene trên trong thế hệ sau là bao nhiêu ?

3 Tần số của kiểu kết hôn Aa x Aa trong quần thể là bao nhiêu ?

Đáp số

(1) A: 0,9; a: 0,1 (2) Không đổi (3) (0,18)2

Bài tập 2

Trong một quần thể, xét ba loại bệnh di truyền: (1) Bệnh ung thư nguyên bào võng mạc (retinoblastoma): một bệûnh di truyền do đột biến gene trội trên NST thường; (2) Bệnh mất điều hoà Friedreich, một bệnh gây rối loạn thần kinh cơ do đột biến gene lặn trên NST thường và (3) và một bệnh di truyền của võng mạc gây mù ở người nam do đột biến gene lặn di truyền liên kết với NST giới tính X Mỗi bệnh có tần số trong quần thể khoảng 1/25.000.

Tần số của gene bệnh và tần số người dị hợp tử là bao nhiêu ?

Bài tập 3

Trong một chương trình sàng lọc người ta phát hiện tần số người mang gene beta- thalassemia ở một quần thể người Ý là 4%.

1.Tần số của allele beta-thalassemia ?

2.Tỷ lệ kiểu hôn nhân có thểú sinh ra trẻ mắc bệnh trong quần thể này là bao nhiêu?

3.Tỷ lệ trẻ sơ sinh mắc bệnh trong quần thể này là bao nhiêu ?

4.Tỷ lệ con mắc bệnh của những cặp vợ chồng dị hợp tử là bao nhiêu ?

Đáp số

1.Tần số của allele beta-thalassemia : 0,02

2.Tỷ lệ kiểu hôn nhân có thểú sinh ra trẻ mắc bệnh trong quần thể : (0,04)2

3.Tỷ lệ trẻ sơ sinh mắc bệnh trong quần thể : 0,0004

4.Tỷ lệ con mắc bệnh của những cặp vợ chồng dị hợp tử : 1/4

HẾT