Популяционно-статистический метод в генетике. Близнецовый метод

Содержание

Слайд 2

Близнецовый метод – это метод сопоставления особенностей членов близнецовой пары, позволяющий

Близнецовый метод – это метод сопоставления особенностей членов близнецовой пары, позволяющий

определить степень влияния наследственных факторов и среды на формирование тех или иных свойств.
Слайд 3

Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной зиготы, причем в оплодотворении яйцеклетки принимает участие только один сперматозоид.

Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной зиготы, причем в оплодотворении яйцеклетки

принимает участие только один сперматозоид.
Слайд 4

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются из разных зигот, когда две разные яйцеклетки

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются из разных зигот, когда две разные яйцеклетки

одновременно выходят из яичника женщины и оплодотворяются каждая “своим” сперматозоидом.
Слайд 5

Для идентификации монозиготных близнецов используют критерии диагностики зиготности близнецов – фенотипические

Для идентификации монозиготных близнецов используют критерии диагностики зиготности близнецов – фенотипические

признаки, обусловливаемые только генотипом.

пол
группы крови по разным системам
цвет глаз и кожи
цвета и формы волос
формы носа, губ, рта,
форма и величина головы, ушных раковин, пальцев и кистей
особенности строения зубов, цвета их эмали
расположение веснушек, кожных сосудов
кожные узоры на пальцах и ладонях

Слайд 6

Близнецовый метод включает следующие этапы: Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов.

Близнецовый метод включает следующие этапы:

Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов.
Вычисление степени

сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов.
Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака.
Слайд 7

Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов Сначала подбирают две группы близнецов:

Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов
Сначала подбирают две группы близнецов:

группу монозиготных близнецов и группу дизиготных близнецов. Причем подбирают такие пары близнецов, в которых хотя бы у одного из двух близнецов имеется изучаемый признак.
Слайд 8

Вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов Подсчитывают количество

Вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов

Подсчитывают количество таких

пар близнецов, в которых изучаемый признак встречается у обоих близнецов. Такой подсчет делают отдельно для монозиготных и дизиготных близнецов.
Конкордантность – показатель идентичности близнецов пары по определенному признаку.
СMZ=(nMZ/NMZ)*100%
Слайд 9

Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака Н

Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака

Н – коэффициент

наследуемости, доля вклада наследственности в формирование изучаемого признака; КМБ - коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку; КДБ - коэффициент конкордантности дизиготных близнецов по изучаемому признаку.

Формула Хольцингера

Слайд 10

Если Н > 0,7 (70%), то решающая роль в проявлении признака

Если Н > 0,7 (70%), то решающая роль в проявлении признака

принадлежит наследственным факторам
Если Н находится в интервале 0,3—0,7 (30—70%), то на проявление признака оказывают влияние как наследственные, так и внешнесредовые факторы с тем или иным преимуществом.
Основная роль факторов внешней среды в проявлении признака предполагается, если Н < 0,3 (30%).
Слайд 11

Задача 1. Конкордантность монозиготных близнецов по массе тела составляет 80%, а

Задача 1. Конкордантность монозиготных близнецов по массе тела составляет 80%, а

дизиготных близнецов – 30%. Каковы доля наследственности и доля среды в формировании этого признака.
Задача 2. Изучены 40 пар монозиготных и 80 пар дизиготных близнецов. Во всех этих парах хотя бы у одного из близнецов имелся изучаемый признак. При этом в 32-х парах монозиготных близнецов и в 16-и парах дизиготных близнецов этот признак имелся и у второго близнеца. Определите коэффициент наследуемости изучаемого признака.
Слайд 12

Задача 3. Зарегистрировано 20 пар монозиготных близнецов и 20 пар дизиготных

Задача 3. Зарегистрировано 20 пар монозиготных близнецов и 20 пар дизиготных

близнецов. При опросе выяснено, что в 15 парах монозиготных близнецов бронхиальной астмой болели оба, а в группе дизиготных близнецов оба страдали астмой в 7 семьях. Вычислите конкордантность по этому признаку и определите роль наследственности и среды в развитии данного заболевания.
Задача 4.Конкордантность монозиготных близнецов по врожденному вывиху бедра составляет 41,4%, а дизиготных −2,8%. Определить долю средовых факторов в развитии врожденного вывиха бедра?
Слайд 13

Задача 5. Конкордантность монозиготных близнецов по косолапости составляет 45,5%, а дизиготных

Задача 5. Конкордантность монозиготных близнецов по косолапости составляет 45,5%, а дизиготных

−18,2%. Определить, что в основном влияет на развитие этого признака?
Задача 6. Обследовано 65 пар монозиготных и 87 пар дизиготных близнецов. При опросе выяснено, что в 63 парах монозиготных близнецов корью болели оба, а среди дизиготных близнецовкорьюболели оба в 82 парах. Вычислите конкордантность (%) отдельно для каждой группы близнецов. На основании этого решите, существует ли наследственная предрасположенность к данному заболеванию?
Слайд 14

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Слайд 15

Популяция - совокупность особей определенного вида, в течение большого числа поколений

Популяция - совокупность особей определенного вида, в течение большого числа поколений

населяющих определенный ареал, внутри которого практически осуществляется та или иная степень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции.
Слайд 16

Классификация популяций Большие (>4000) Малые ( 1500- 4000) Изоляты (>1500)

Классификация популяций

Большие (>4000)
Малые ( 1500- 4000)
Изоляты (>1500)

Слайд 17

Генофонд – совокупность генотипов всех особей в популяции. Генотип – совокупность генов в организме.

Генофонд – совокупность генотипов всех особей в популяции.
Генотип – совокупность генов

в организме.
Слайд 18

Частота генотипа равна доли данного генотипа к общему числу генотипов в

Частота генотипа равна доли данного генотипа к общему числу генотипов в

популяции.
Частота аллели равна доли данной аллели к общему числу аллелей в популяции.
Слайд 19

Закон Харди - Вайнберга В идеальных популяциях частоты аллелей сохраняются из

Закон Харди - Вайнберга

В идеальных популяциях частоты аллелей сохраняются из поколения

в поколение.
Идеальная популяция:
Бесконечно большая численность
Полная панмиксия
Изоляция от других популяций вида
Отсутствие мутаций и естественного отбора
Слайд 20

p- частота встречаемости аллеля А q – частота встречаемости аллеля а p+q=1

p- частота встречаемости аллеля А
q – частота встречаемости аллеля а
p+q=1

Слайд 21

Уравнение Харди - Вайнберга р2 + 2pq + q2 = 1

Уравнение Харди - Вайнберга

р2 + 2pq + q2 = 1
p2 - частота встречаемости

генотипа АА
2pq –частота встречаемости генотипа Аа
q2 - частота встречаемости генотипа аа
Слайд 22

1. В популяции человека количество индивидуумов с карим цветом глаз составляет

1. В популяции человека количество индивидуумов с карим цветом глаз составляет

51%, а с голубым – 49%. Определите процент доминантных гомозигот в данной популяции.
2. В выборке, состоящей из 84 000 растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, т.к. у них рецессивные гены находятся в гомозиготном состоянии. Определите частоты аллелей А и а, а также частоту гетерозиготных растений.
3. Одна из форм глюкозурии наследуется как аутосомно-рецессивный признак и встречается с частотой 7:1000000. Определить частоту встречаемости гетерозигот в популяции.
Слайд 23

Дрейф генов Дрейф генов по Райту - случайные колебания частоты гена

Дрейф генов

Дрейф генов по Райту - случайные колебания частоты гена в

популяции, происходящие без действия естественного отбора. Дрейфу генов способствуют: 1) катастрофы в жизни популяций, за пределами человеческих возможностей выжить, при этом по каким-то случайным причинам кто-то остается живым и является родоначальником новой популяции 2) малые размеры популяций, 3) эффект основателя – мигранта.
Слайд 24

Коэффициент миграции Коэффициент миграции (М) = Nm/Nt, где Nm - доля

Коэффициент миграции

Коэффициент миграции (М) = Nm/Nt, где Nm - доля мигрантов,

Nt - общая численность популяции. Для сохранения генофонда популяции доля мигрантов в популяции не должна быть велика. Несмотря на увеличение смешанных по этническому принципу популяций доля межнациональных браков не превышает нескольких процентов.
Слайд 25

Демографическая структура популяции включает: размер популяции, рождаемость, смертность, национальный состав, величина

Демографическая структура популяции

включает: размер популяции, рождаемость, смертность, национальный состав, величина миграции,

ассортативность браков
Рождаемость и смертность зависят от уровня социальной обеспеченности и генотипа супругов. Размер популяции определяет степень эндогамии (в изолятах м.б. высокий уровень родственных браков). От уровня эндогамии зависит частота рождения детей с патологией, мертворождаемости и смертности.
Слайд 26

Брачная ассортативность Брачная ассортативность может быть по возрасту, уровню образования, национальности,

Брачная ассортативность

Брачная ассортативность может быть по возрасту, уровню образования, национальности, религиозной

принадлежности.
Она может быть определена по следующей формуле:
А = Vo/Ve Vo – доля одонациональных браков, Ve – доля браков, ожидаемых при панмиксии, Ve = X·Y
Y – доля мужчин данной национальности, Х – доля женщин той же национальности.
Если А = 1, популяция панмиксная,
А<1 – отрицательная брачная ассортативность (доля однонациональных браков меньше, чем при панмиксии), это приводит к увеличению гетерозиготности.
А>1 положительная ассортативность (доля однонациональных браков больше, чем при панмиксии), это приводит к увеличению гомозиготности.
Слайд 27

Полиморфизм популяции - доля полиморфных локусов из всех исследованных. Полиморфным признаком

Полиморфизм популяции

- доля полиморфных локусов из всех исследованных. Полиморфным признаком называется

моногенный признак, по которому в популяции присутствуют по крайней мере два фенотипа или генотипа с частотой не менее 1-2%.
Слайд 28

Полиморфизмы ядерной ДНК Проводятся исследования по различным типам: однонуклеотидные замены, инсерционно-делеционный

Полиморфизмы ядерной ДНК

Проводятся исследования по различным типам: однонуклеотидные замены, инсерционно-делеционный полиморфизм,

мини и микро-сателлиты. Кроме того, изучается распространение в разных популяциях, частоты тех или иных гаплотипов, т.е. различных сочетаний аллелей полиморфных участков (например, Alu- повторы, СА-повторы). На основании этих исследований выясняются пути миграций народов и их происхождение.
Слайд 29

Полиморфизм мтДНК Полиморфизм митохондриальной ДНК используется в популяционных исследованиях из-за простоты

Полиморфизм мтДНК

Полиморфизм митохондриальной ДНК используется в популяционных исследованиях из-за простоты выделения

ДНК. Основной особенностью этого полиморфизма является отсутствие рекомбинаций у человека и материнский тип наследования. Y- хромосомный полиморфизм имеет отцовское наследование и обнаруживает отсутствие рекомбинации за исключением псевдоаутосомных районов. Благодаря изучению этих типов полиморфизма выясняется вклад митохондриального генома и Y-хромосомы в изменение генофонда популяций.
Слайд 30

Полиморфизм маркеров Y-хромосомы Показано, что существует 10 вариантов гаплотипов. Два из

Полиморфизм маркеров Y-хромосомы

Показано, что существует 10 вариантов гаплотипов. Два из них

Eu18 и 19 являются наиболее древними. Eu18 встречается у басков на Пиренейском полуострове, они считаются наиболее древними европейцами. Частота этого гаплотипа уменьшается с Запада на Восток. Eu19 с наибольшей частотой встречается в восточно-европейских странах: Польше, Венгрии и на Украине. Большая часть мужчин Европы относится к более древним родословным и не более 20% относятся к родословным, которые появились после ледникового периода.
Слайд 31

Наибольшим разнообразием обладают африканские популяции Было показано, что наибольшим разнообразием обладают

Наибольшим разнообразием обладают африканские популяции

Было показано, что наибольшим разнообразием обладают африканские

популяции, особенно южнее Сахары. На основании также высокого уровня гетерозиготности, и подразделенности Африканских популяций генетики, занимающиеся этой проблематикой, высказали предположение, что человек имеет африканское происхождение. Хотя не все антропологи с этим согласны.
Слайд 32

Низкий уровень генетического разнообразия европейцев по сравнению с африканцами Был проведен

Низкий уровень генетического разнообразия европейцев по сравнению с африканцами

Был проведен (Bertanpetit,

Sykes, 1996, Torroni, 1998) анализ мт ДНК лиц, взятых из европейских популяций и Ближнего Востока (баски, британцы, швейцарцы, сардинцы, болгары, турки, бедуины, палестинцы, йеменские евреи). В каждом образце секвенировались гипервариабельные участки 1 и 2 и изучался рестрикционный полиморфизм всей мт ДНК. Был показан низкий уровень генетического разнообразия европейцев по сравнению с африканцами. Кроме того была установлена клинальная изменчивость с большей изменчивостью на Ближнем Востоке по сравнению с Западом.
Слайд 33

ВОЗМОЖНОСТИ ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА Метод используется для: определения частоты генов и генотипов

ВОЗМОЖНОСТИ ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА

Метод используется для:
определения частоты генов и генотипов в популяции;
анализа

генетического расстояния между популяциями;
анализа полиморфизма как кодирующих, так и некодирующих участков ядерной и митохондриальной ДНК;
коэффициента миграции;
подсчета коэффициента отбора;
коэффициента инбридинга в семьях и популяциях.
Слайд 34

Этапы ПОПУЛЯЦИОННО – СТАТИСТИЧЕСКОГО исследования Подбор популяции с учетом ее демографической

Этапы ПОПУЛЯЦИОННО – СТАТИСТИЧЕСКОГО исследования

Подбор популяции с учетом ее демографической характеристики.
Сбор

материала (медицинское обследование, анкетирование, изучение документов, имеющихся в церкви, ЗАГС'ах, архивах.
Выбор молекулярно-генетического и др. методов в зависимости от поставленной задачи.
Выбор метода статистического анализа.
Слайд 35

Показатели генетической характеристики популяций Частота маркерных генов в популяции Fst по

Показатели генетической характеристики популяций

Частота маркерных генов в популяции
Fst по Райту

или Gst Нея - генетическое разнообразие популяции;
Fe - селективно-нейтральный уровень разнообразия;
Ne - эффективный размер популяции;
S - коэффициент отбора;
Me - генетически эффективная миграция;
Н - гетерозиготность;
d - генетическое расстояние.
Слайд 36

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТ ГЕНОВ И ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ. ЗАКОН ХАРДИ - ВАЙНБЕРГА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТ ГЕНОВ И ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ. ЗАКОН ХАРДИ - ВАЙНБЕРГА

В

идеальных популяциях, т.е. в условиях панмиксии (свободного скрещивания) и при отсутствии мутирования (А -> а и а -> А), отбора и миграций, частоты аллелей в ряду последующих поколений сохраняются.
В первом поколении при частотах аллелей в популяции - рА и qa устанавливаются частоты генотипов:
р2 АА+ 2pq Аа + q2 аа,
Отсюда pA = р2 + 2pq/2 = p(p +q) = p
qa = q2 + 2pq/2 = q(q + p) = q
Слайд 37

Генетика групп крови системы АВО Теория множественных аллелей . Феликс Берштейн

Генетика групп крови системы АВО Теория множественных аллелей

. Феликс Берштейн (1878

– 1956) предположил, что существует система множественных аллелей, обозначенных как I A, I B, I 0.
В этой системе аллели IA и IB кодоминантны относительно друг друга и доминантны по отношению к аллею I0.
Определим частоты четырех групп крови системы АВО согласно теории множественных аллелей. Ген I локализован длинном плече 9-й хромосомы (9q34). Обозначим частоты аллелей IА - pA, IB - qB , IO – r0. В сумме эти частоты равны 1, также как (p + q) 2 = 1.
Укажем в таблице частоты 6-и вариантов генотипов по 4 группам крови, исходя из формулы
(pA + qB + r0)2
Слайд 38

Формула Харди-Вайнберга для 3-аллельной системы

Формула Харди-Вайнберга для 3-аллельной системы

Слайд 39

Определите процентное соотношение людей с группами крови A, В, АВ и

Определите процентное соотношение людей с группами крови A, В, АВ и

0 среди русских и бурятов по данным, представленным в таблице.
Обозначим частоты аллелей IА - pA, IB - qB , IO – r0
У русских: 0,249 + 0,189 + 0,562 = 1
Люди с первой группой крови гомозиготы по аллелю - IOIO, поэтому частота этой группы крови будет равна = 0,562 2 = 0,315844 =31,58 %
Формулы для определения частот лиц с группами крови А, В, АВ:
A = 2 r0 pA + pA2
B = 2 r0 qB +qB2
AB = 2 pA qB
Далее приводится таблица с расчетами
Слайд 40

Слайд 41

Инбридинг Формулы расчета

Инбридинг

Формулы расчета

Слайд 42

Определение коэффициента инбридинга между родственниками различной степени родства

Определение коэффициента инбридинга между родственниками различной степени родства

Слайд 43

Коэффициенты инбридинга между родственниками различной степени родства

Коэффициенты инбридинга между родственниками различной степени родства

Слайд 44

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Слайд 45

Определение коэффициента инбридинга в сложной родословной Путь 1: I.1→ II.1→ III.1→

Определение коэффициента инбридинга в сложной родословной
Путь 1: I.1→ II.1→ III.1→ IV.1

(отец) →V.1+ I.1→ II.3→ III.3→ IV.2(мать) →V.1 (первый круг).
Путь 2: I.1→ II.3→ III.3→ IV.2 →V.1+ I.1→ II.1→ III.1→ IV.I. → V.1. (второй круг).
Путь 3: 1→ II.2→ III.2→ IV.1 →V.1 + I.1→ II.3→ III.3→ IV.2 (третий круг).
Путь 4: I.1→ II.3→ III.3→ IV.2→V.1 + 1→ II.2→ III.2→ IV.1 →V.1 (четвертый круг)
F = (1/2)7 + (1/2)7 (1/2)7 + (1/2)7= 4/128 = 1/32
F = 4 (1/2)8+ 4 (1/2)8 = 4/256 + 4/256 = 8/256 = 1/32

II

I

III

IV

V

Слайд 46

Определение генетической структуры популяции с известной частотой q2 В популяции 16

Определение генетической структуры популяции с известной частотой q2

В популяции 16 %

людей имеют группу крови N. Определите долю лиц с группами крови М и M N в этой популяции при условии панмиксии
qN = √0,16 = 0,4
pM = 1 - 0,4 = 0,6
Частота лиц с группой крови ММ = 0,36 = 36%
Частота гетерозигот 2pq = 2 x 0,4 x 0,6 =0,48
Cумма всех генотипов: 0,16 + 0,36 + 0,48 = 1