Популяционный метод в генетике. Закон Харди-Вайнберга

В медицинской генетике существует специальный раздел, изучающий распространенность наследственной патологии в зависимости от демографической, этнической и других особенностей популяции, а также различий факторов внешней среды. Этот раздел называется популяционной генетикой или популяционной геногеографией наследственных болезней.

Необходимость выделения популяционного метода связана с тем, что распространенность наследственных заболеваний далеко не одинакова по разным регионам мира или даже отдельной страны или территории. Например, распространенность хромосомных аномалий колеблется от 5 до 8 на 1000 новорожденных, но наибольшее распространение имеет болезнь Дауна - в разных популяциях варьирует от 5 до 25 на 1000 новорожденных.

Аналогичная особенность свойственна и моногенным заболеваниям: частота фенилкетонурии в России 1:7900 новорожденных, в Австрии - 1 :12 000, в Финляндии - 1:43 000, в Японии 1:100 000. Таким образом, существует широкая дифференциация народов и этнических групп по распространенности наследственных заболеваний.

Широкие вариации касаются аутосомно-доминантных, аутосомио-рецессивных и Х-сцепленных наследственных болезней, а также большой группы мультифакториальных заболеваний.

Наряду с высокой дифференциацией отдельных болезней по странам, ряд болезней встречаются примерно с одинаковой частотой - тапеторетинальная абиотрофия, ихтиоз, гемофилия, миопатия Дюшенна и др., что указывает на наличие равновесия между давлением мутаций и отбором в крупных популяциях.

Популяционная генетика не только констатирует разные частоты заболеваний в тех или иных регионах, но и пытается понять причины их неодинакового распределения, выяснить закономерности, влияющие на частоту и генетическое разнообразие наследственных заболеваний в разных по структуре популяциях.

Накоплен большой опыт подобных исследований, который свидетельствует о том, что на распространенность влияют генетическое разнообразие (частота генотипов, частота аллелей и др.) и частота болезней при передаче поколениям могут изменяться под влиянием многих генетических факторов (типа семейных браков, размера популяции, миграции населения, типов мутаций, степени отбора и др.).

популяционный метод в генетике

Популяционно-статистические методы дают возможность установить:
- частоту генов и генотипов в популяциях;
- степень гетерозиготности и клинико-генетического полиморфизма;
- изменение частоты генов под влиянием отбора;
- степень влияния факторов популяционной динамики на частоту генов и клинических фенотипов;
- степень экспрессии генов под влиянием средовых факторов;
- степень межпопуляционного генетического разнообразия различных популяций;
- тип наследственной передачи заболевания в исследуемых популяциях. Соотношение генотипов в ряду поколений отражает закон Харди-Вайнберга, установленный в 1908 г. английским математиком Г.Х. Харди (G.M. Hardy) и немецким врачом В. Вайнбергом (W. Weinberg). Согласно этому закону в ряду поколений сохраняется равновесие генных частот и частот генотипов, если никакие особые факторы не нарушают это равновесие. При изменении любого из условий равновесия соотношение численности обоих генов нарушается. К этим условиям относятся кровнородственные браки, уровень миграционных процессов, ограничение скрещивания, мутации, степень изолированности популяции, отбор и др.

Равновесие по Харди-Вайнбергу выражается формулой:
P = p2+2pq + q2,
где Р - равновесие, р - частота генотипа р, q - частота генотипа q.

По формуле Харди-Вайнберга частоты, с которыми встречается доминантный ген А и его рецессивный аллель а, обозначаются буквами р и q и выражается в долях единицы, а сумма их р + q = 1.

Соотношение генотипов АА, Аа и аа в диаллельной популяции выражается формулой (р + q) 2 = p2+ 2pq + q2. Taким образом, генотип АА встречается с частотой р2, частота генотипа Аа (гетерозиготы) будет равна 2pq, а частота генотипа аа - q2. Зная частоту рецессивного мутантного гена, можно определить частоту гетерозиготных носителей данного заболевания.

Если суммировать частоты генотипов во втором поколении, то частоты остались такими же, как и у их родителей: АА - (р2), Аа - (2pq) и aa - (q2).
Например, нам необходимо рассчитать частоту гетерозигот (q) no фенилкетонурии (ФКУ) в детской популяции России. Нам известно, что частота ФКУ в России в среднем 1:10 000, т.е. q2 = 0,0001, следовательно после извлечения корня квадратного, q =0,01. По закону Харди-Вайнберга p+q=l, отсюда p=l-q = 1-0,01=0,99, тогда 2pq=2x0,99x0,01=0,0198, примерно 0,02. Следовательно, частота гетерозиготного носительства ФКУ в России составляет 2 %, или 1 случай на 50 детей. На практике малыми величинами (р-1) часто пренебрегают, и тогда считают, что р=1, a 2pq принимают равной 2q. Если величины поставить в уравнение 2pq, то получается: 2x1x0,01=0,02, т.е. величина получается та же, что и рассчитанная при использовании малых (десятых долей) величин.

Этот закон исходит из следующих положений:
1) формирование родительских пар и соединение гамет носят случайный характер,
2) генотипический состав определяется случайным сочетанием всех гамет,
3) весь фонд яйцеклеток содержит Р гамет, несущих аллель А и q гамет, несущих аллель а (это относится и к сперматозоидам), т.е. частоты генотипов среди потомства равны квадрату частот генов среди гамет.

При рассмотрении закона Харди-Вайнберга чаще всего речь идет о большой панмиксной популяции.
Этот закон является основополагающим для всей популяционной генетики. В реальной ситуации частота генотипов может изменяться в результате случайных колебаний состава гамет в различных группах лиц, т.е. наблюдается эффект дрейфа генов, а также в результате мутаций, отбора и т.д. Он справедлив для случаев как множественных аллелей, так и многих независимых локусов, при этом равновесие достигается уже в первом поколении. Для оценки сегрегационных частот могут использоваться и другие методы (метод сибсов Вайнберга, пробандовый метод и др.), а также более сложные и компьютеризированные методы расчетов (метод линейной интерполяции, взвешенных шансов и др.).

- Вернуться в оглавление раздела "Генетика."

Оглавление темы "Диагностика полигенных заболеваний":
1. X-доминантное наследование. Особенности наследования Х-доминантных заболеваний
2. Геномный импринтинг. Что такое импритинг?
3. Диагностика типа наследования. Проблемы генеалогического анализа
4. Мультифакторные наследственные болезни. Полигенные заболевания
5. Диагностика мультафакториальных болезней. Предрасположенность к мультафакториальным болезням
6. Характеристика болезней с полигенным типом наследования. Особенности полигенных заболеваний
7. Близнецовый метод. Ценность близнецового метода для генетики
8. Принципы близнецового метода. Техника близнецового метода
9. Формула Хольцингера. Пенетрантность гена
10. Популяционный метод в генетике. Закон Харди-Вайнберга

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: