Bài giảng Di truyền học quần thể tiến hóa người

KHOA Y DƯỢC - BỘ MÔN Y DƯỢC HỌC CƠ SỞ

DI TRUYỀN HỌC
QUẦN THỂ & TIẾN HÓA NGƯỜI


Néi dung
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
SỰ DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ VÀ ĐỊNH
LUẬT HARDY-WEINBERG
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRẠNG THÁI
CẦN BẰNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ
VÀI NÉT TIẾN HÓA PHÂN TỬ Ở NGƯỜI

2


Néi dung
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
SỰ DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ VÀ ĐỊNH
LUẬT HARDY-WEINBERG
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRẠNG THÁI
CẦN BẰNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ
VÀI NÉT TIẾN HÓA PHÂN TỬ Ở NGƯỜI

3




MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Qn thĨ (population) là tập hợp các cá thể trong cùng
một lồi có cùng mơi trường sinh cảnh, tồn tại trong
cùng một thời điểm nhất định, có tiềm năng giao phối
với nhau.

 Vèn gen (gen pool) lµ tập hợp toàn bộ các thông tin di
truyền, tức là bộ đầy đủ các alen của tất cả các gen có
trong một quần thể tại thời điểm xác định.

Tần số alen (alen frequency, đôi khi gọi tắt là tần số gen )
là số bản sao của một alen chia cho tổng số bản sao của
tất cả các alen có trong qn thĨ.

 Di trun häc qn thĨ (population genetics) là chuyên
ngành của di truyền học chuyên nghiên cứu (tìm hiểu và
dự đoán) về tần số các kiểu gen và tần số alen qua các
thế hệ.
4


Néi dung
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
SỰ DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ VÀ ĐỊNH
LUẬT HARDY-WEINBERG
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRẠNG THÁI
CẦN BẰNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ
VÀI NÉT TIẾN HÓA PHÂN TỬ Ở NGƯỜI

5

Sự di truyền trong quần thể
Đối với quần thể giao phèi cËn huyÕt (néi phèi)

 Xét về tần số kiểu gen, nội phối là q trình đồng hợp tử hóa. Qua
từng thế hệ, tần số cá thể đồng hợp tử tăng dần, ngược lại số dị hợp
tử giảm dần.

 Đối với người hôn nhân cận huyết được coi là nội phối.
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII

AA

Aa
Aa
AA
Aa
Aa aa
AA
AA Aa aa
AA aa
AA aa
AA aa

aa
aa

6


Sự di truyền trong quần thể
Đối với quần thể ngẫu phèi

 Trên cơ sở của cơ chế giảm phân, tạo giao tử và thụ tinh
có thể dễ dàng nhận thấy rằng đối với các quần thể ngẫu
phối tỉ lệ một kiểu gen nào đó sẽ là tích tần số các alen
tương ứng.

 Quần thể được coi là cân bằng khi tần số các alen và
kiểu gen trong quần thể ổn định qua các thế hệ. Năm
1908, Hardy & Weiberg phát hiện ra công thức về tần số
kiểu gen của một quần thể ngẫu phối cân bằng là:
Tần số kiểu gen: p2[A1A1] : 2pq[A1A2] : q2[A2A2],
Trong đó, p và q lần lượt là tần số hai alen A1và A2 (giả
sử locut chỉ có 2 alen), nghĩa là p + q = 1.
7


Sự di truyền trong quần thể
Đối với quần thể ngẫu phối

Có thể dễ dàng nhận thấy công thức Hardy-Weinberg
thực chất là nhị thức Newton

Tần số kiểu gen: (pA1 + q A2)2, víi p + q = 1.

 Các quần thể ngẫu phối có tần số các kiểu gen và alen
không phù hợp với công thức Hardy – Weinberg là các
quần thể không cân bằng. Tuy vậy, nếu hiện tượng ngẫu
phối xảy ra và quần thể đủ lớn, chi sau 1 thế hệ, quần
thể sẽ chuyển về trạng thái cân bằng.

8


Sự di truyền trong quần thể
Đối với quần thể ngẫu phối

Đối với các locút nhiều hơn hai alen, công thức Hardy
Weinberg đuợc mở rộng theo nguyên tắc biểu thøc
Newton, vÝ dơ: tÇn sè kiĨu gen = (pA1 + q A2+ rA3)2, víi p
+ q + r = 1 (víi locut cã 3 alen); hc (pA1 + qA2+ rA3 +
sA4), víi p + q + r + s = 1 (với locut có 4 alen), v.v

Các quần thể ngẫu phối có tần số các kiểu gen và alen
không phù hợp với công thức Hardy Weinberg là các
quần thể không cân bằng. Tuy vậy, nếu hiện tợng ngẫu
phối xảy ra hoàn toàn và quần thể đủ lớn, chi sau 1 thế
hệ duy nhất, quần thể không cân bằng sẽ chuyển về
trạng thái cân bằng.

9

Sự di truyền trong quần thể
Đối với quần thể ngẫu phối

Đối với quần thể nội phối một phần, công thức HardyWeinberg đuợc hiệu chỉnh là:
(p2 + fpq) (A1A1) + (2pq - 2fpq) (A1A2) + (q2 + fpq) (A2A2)
Trong ®ã, f là tần số cá thể nội phối trong quần thể.
Trong thực tế, f đuợc tính bằng:
[1 (tần số dị hợp tử quan sát / tần số dị hợp tö lý thuyÕt)]

10


ứng dụng của định luật hardy-weinberg
Xác định tần số các alen từ tần số các kiểu hình

Nếu hai alen sinh ra ba kiểu hình khác biệt, tần số alen tính bằng


tần số đồng hợp tử + 1/2 dị hợp tử.
Nếu quần thể ở trạng thái cân bằng, tần số alen lặn tính bằng căn
bậc hai tần số kiểu hình lặn.

Nếu quần thể ở trạng thái cân bằng, tần số alen lặn liên kết NST X
bằng số cá thể đực biểu hiện tính trạng / tổng số cá thể đực.

Quần thể ở trạng thái cân bằng, nhng tần số đồng hợp tử
cao hơn lý thuyết là do nội phối (nội phối làm thay đổi tần
số kiểu gen nhng không làm thay đổi tần số alen).

Có thể xác định tần số nội phối từ số dị hợp tử quan sát và số

dị hợp tử lý thuyết.
T VN DI TRUYỀN
11


CÂU HỎI VẬN DỤNG
Một locut có 3 alen A, B và C. Từ 200 cá thể, xác định
được số cá thể có các kiểu gen như sau: 6 AA, 34 AB, 46
AC, 12 BB, 60 BC, 42 CC. Hỏi:
1. Tần số các kiểu gen dị hợp tử bằng bao nhiêu?
2. Tần số alen A và B bằng bao nhiêu?
3. Tần số kiểu gen AB mong đợi (lý thuyết) bằng bao
nhiêu?
4. Quần thể có cân bằng khơng (suy từ kiểu gen AB)?

DDL@VNU-SMP


Néi dung
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
SỰ DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ VÀ ĐỊNH
LUẬT HARDY-WEINBERG
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRẠNG THÁI
CẦN BẰNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ
VÀI NÉT TIẾN HÓA PHÂN TỬ Ở NGƯỜI

13

Các yếu tố ảnh hởng trạng thái cân bằng di truyền
Đột biến. ở mỗi thế hệ, vốn gen của quần thể thờng đợc bổ
sung thêm bởi những đột biến mới. Sự ảnh hởng của số lợng
đột biến đến tỉ lệ các kiểu gen và alen trong quần thể gọi là áp
lực đột biến. áp lực đột biến (mức độ ảnh hởng) liên quan đến
số đột biến thuận (mới) và nghịch (phục hồi) hình thành.
Chọn lọc. có 3 phơng thức chọn lọc.
Chọn lọc
bỡnh ổn

Chọn lọc
định huớng

Chọn lọc
tách ly

Các cá thể truớc
khi chän läc
Qu¸ trinh
thÝch øng
C¸c c¸ thĨ sau
khi chän läc
14

Các yếu tố ảnh hởng trạng thái cân bằng di truyền
Kích thớc quần thể. Kích thớc quần thể càng nhỏ, hệ số
nội phối càng lớn, làm tăng các thể đồng hợp tử, và ngợc lại.

Nhập c. Mang đến các kiểu gen từ một vốn gen khác,
gây ra sai lệch. NÕu c¸c kiĨu gen kh¸c nhau cã xu hưíng
di cư hoặc nhập c khác nhau thì mức độ sai lệch sẽ diễn
ra theo một chiều hớng nhất định .

Giao phèi chän lùa. VÝ dơ: sù cùc ®oan ë mét dòng họ
dẫn đến sự hôn nhân giữa những ngời trong họ hàng,
chẳng hạn 33% ca bệnh alkapton niệu là do giao phi cn
huyt. Nếu theo xu hớng ngợc lại, sẽ làm tăng số cá thể
dị hợp tử.

Các yếu tố ngẫu nghiên. Do cơ hội di truyền thành công
của các alen nhất định từ thế hệ này sang thế hệ khác có thể
khác nhau, gây sai khác về tần số kiểu gen so với mong đợi.
15


Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể
Đột biến

Tỉ lệ đột biến nhìn chung là thấp, song khác nhau giữa các
locut.

Ngoài khả năng đột biến tự phát, nhiều yếu tố môi trờng
có tác động trực tiếp làm tăng tần số đột biến (hóa chất,
chiếu xạ, các tác nhân lây nhiễm ).

Đột biến là nguồn gốc tận cùng của mọi biến dị mới.

Đột biến có thể trung tính, có hại (phần lớn) hoặc có lợi
(him) và việc chúng có đợc duy trì hay không phụ thuộc
vào các điều kiện đặc thù của môi trờng (yếu tố chọn lọc).
16


Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể
Đột biến

Phần lớn các gen có thể đột biến xuôi và ngợc (t bin
thay th - SNP). Đột biến ngợc thờng xuyên xảy ra với
tần số thấp hơn so với đột biến xuôi.

Sự thay đổi tần số alen qua mỗi thế hệ:

17


Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể
Các yếu tố ngẫu nhiên

Định luật Hardy-Weiberg giả thiết các quần thể có kích
thớc lớn, giao phối hoàn toàn ngẫu nhiên. Các quần thể
ngi trong thực tế thờng có kích cỡ không phải luôn luôn
ổn định; tuy vậy, chúng cịng ®đ lín (trừ các bộ tộc sống
tách ly) ®Ĩ các yếu tố ngẫu nhiên chỉ gây tác động nhỏ.

Mọi sự thay đổi tần số alen của quần thể bởi các sự kiện
ngẫu nhiên (đột xuất) đợc gọi là sự sai lạc di truyền ngẫu
nhiên.

Sự thay đổi tần số alen do các sự kiện ngẫu nhiên có vai trò
quan trọng trong tiến hóa ở các quần thể nhỏ.

18


Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể
Các yếu tố ngẫu nhiên

Sự biến động ngẫu nhiên so với lý thuyết gọi là lỗi lấy
mẫu, giống nh khi chúng ta tung đồng xu 4 lần thu đợc 3
mặt xấp : 1 mặt ngửa, thậm chí cả 4 mặt đều ngửa. Khi số
mẫu càng nhỏ, lỗi lấy mẫu càng lớn.

Sai lạc di truyền là ngẫu nhiên, nên chúng ta không thể dự
đoán đợc sự thay đổi tần số alen. Tuy vậy, do kích thớc quần
thể ảnh hởng trực tiếp đến lỗi lấy mẫu. Nên chúng ta dự
đoán đợc mức độ ảnh hởng (cờng độ) của sự sai lạc di
truyền, qua kích thớc quần thể hữu hiệu (Ne).
19


Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể
Các yếu tố ngẫu nhiên

Nếu tỉ lệ đực/cái trong quần thể là nh nhau và mọi cá thể

có sức sinh sản tơng đơng thì kích thớc quần thể hữu hiệu
đúng bằng tần số của cá thể ở tuổi sinh sản của quần thể,
(Ne = 2 Nf/m)

Nhng nếu số cá thể đực/cái không bằng nhau thì kích
thớc quần thể hữu hiệu (Ne) bằng:

Với: Nf = số cá thể cái trong quần thể tham gia sinh sản.

Nm = số cá thể đực trong quần thể tham gia sinh sản.
20