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Lassen Sie uns die allgemeine Formel für die allelische Frequenzänderung (siehe Kasten 24-6):

Unter welchen Bedingungen wird der Prozess gestoppt? Wann ist Δp = 0? Zwei Antworten sind: wenn p = 0 oder wenn q = 0 (dh wenn entweder Allel A oder Allel a aus der Population eliminiert wurde). Eines dieser Ereignisse tritt schließlich auf, wenn EIN – a ist durchweg positiv oder negativ, so dass Δp immer positiv oder negativ ist, unabhängig vom Wert von p. Die Bedingung für eine solche unidirektionale Selektion ist, dass die heterozygote Fitness irgendwo zwischen den Fitnesswerten der beiden Homozygoten liegt: Wenn Homozygote A / A am besten geeignet sind, dann sind Allele sowohl im heterozygoten als auch im homozygoten Zustand passender als a-Allele. Dann wird die mittlere allelische Fitness ofA, EIN, ist größer als die meanallelic Fitness eines, a, unabhängig von der Häufigkeit der Genotypen. In diesem Fall EIN – a ist positiv und A steigt immer an, bis es p = 1 erreicht. Wenn andererseits a/a am besten geeignet sind, dann EIN – a ist negativ unda steigt immer an, bis es q = 1 erreicht.

Aber es gibt eine andere Möglichkeit für Δp = 0, auch wenn p und q nicht 0:

Dies kann auftreten, wenn die Heterozygote nicht zwischen den Homozygoten liegt, sondern eine Fitness aufweist, die extremer ist als die beiden Homozygoten. In diesem Fall führt die Selektion zu einer intermediären Allelfrequenz, ˆp (siehe Kasten 24-7).

Es gibt tatsächlich zwei qualitativ unterschiedliche Möglichkeiten fürˆp. Eine Möglichkeit ist, dass ˆp ein instabiles Gleichgewicht ist. Es wird keine Änderung der Frequenz geben, wenndie Population genau diesen Wert von p hat, aber die Frequenz wird sich vom Gleichgewicht entfernen (in Richtung p = 0 oder p = 1), wenn die geringste Störung der Frequenz auftritt. Thisunstable Fall wird existieren, wenn die heterozygote niedriger in fitnessthan entweder homozygote ist; Eine solche Bedingung ist ein Beispiel für underdominance. Die alternative Möglichkeit ist astabiles Gleichgewicht oder ausgeglichener Polymorphismus, bei dem geringfügige Störungen vom Wert vonˆp zu einer Rückkehr zu ˆp . Thecondition für dieses Gleichgewicht ist, dass die heterozygote größer infitness als entweder homozygote sein-eine Bedingung Überdominanz bezeichnet.

In der Natur ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Genfrequenz auf der Messerkante eines instabilen Gleichgewichts ausgeglichen bleibt, vernachlässigbar, so dass wir nicht erwarten sollten, natürlich auftretende Polymorphismen zu finden, bei denen Heterozygoten weniger fit sind als Homozygoten. Im Gegensatz dazu könnte die Beobachtung eines lang anhaltenden Polymorphismus in der Natur als Beweis für eine überlegene Heterozygote angesehen werden.

Leider verwirrt das Leben die Theorie. Der Rh-Locus (Rhesus−Blutgruppe) beim Menschen hat einen weit verbreiteten Polymorphismus mit Rh + – und Rh-Allelen. Bei Europäern liegt die Häufigkeit des Rh−Allels bei etwa 0.4, während es bei Afrikanern etwa 0,2 ist. Daher muss dieser menschliche Polymorphismus sehr alt sein und dem Ursprung moderner geographischer Rassen vorausgehen. Dieser Polymorphismus verursacht jedoch eine mütterlich-fetale Inkompatibilität, wenn eine RH- Mutter (homozygot Rh− / Rh−) einen RH + −Fötus (heterozygot Rh- / Rh+) produziert. Diese Unverträglichkeit führt in einem moderaten Anteil der Fälle zu einer hämolytischen Anämie (durch Zerstörung roter Blutkörperchen) und zum Tod des Fötus, wenn die Mutter zuvor durch eine frühere Schwangerschaft mit einem nicht kompatiblen Fötus sensibilisiert wurde. Somit gibt es eine Selektion gegen Heterozygoten, obwohl dies der Fall istfrequenzabhängig, weil es nur auftritt, wenn die Mutter homozygot istrezessiv. Dieser Polymorphismus ist instabil und hätte aus derart, aber es existiert in den meisten menschlichen Populationen. Viele Hypothesen wurden vorgeschlagenum seine scheinbare Stabilität zu erklären, aber das Geheimnis bleibt.

Im Gegensatz dazu kann für viele Polymorphismen von Blutgruppen (und für den ubiquitären Polymorphismus von Enzymen, der durch Elektrophorese aufgedeckt wurde) überhaupt kein Fitnessunterschied nachgewiesen werden. Es wurde vorgeschlagen, dass solche Polymorphismen überhaupt nicht unterselektiert sind, sondern dass

Diese Situation der selektiven Neutralität würde auch die Anforderung erfüllen, dassA =a, aber anstelle eines stabilen Gleichgewichts entsteht ein passives (neutrales) Gleichgewicht, so dass jede Allelfrequenz p so gut ist wie jede andere. Dies lässt das Problem unbeantwortet, wie die Populationen überhaupt hochpolymorph wurden. Der beste Fall einer Überdominanz für die Fitness an einem einzigen Ort bleibt der der Sichelzellenanämie, wo die beiden Homozygoten aus ganz unterschiedlichen Gründen gegenüber der Heterozygoten benachteiligt sind.

Die am besten untersuchten Fälle von ausgewogenem Polymorphismus in der Natur und im Labor sind die Inversionspolymorphismen bei mehreren Drosophila-Arten.Abbildung 24-11 zeigt den Verlauf der Frequenzänderung für die Inversion ST (Standard) in Konkurrenz zum alternativchromosomalen Typ CH (Chiricahua) in einer Laborpopulation von D.pseudoobscura. Die Inversionen ST und CH sind Teil eines Chromosomenpolymorphismus in natürlichen Populationen dieser Art. Die für die drei Genotypen im Labor geschätzten Fitnesses sind

Anwendung der Formelfür den Gleichgewichtswert ˆp erhalten wir ˆp = 0,85, was ziemlich gut mit den Beobachtungen in Abbildung 24-11 übereinstimmt.

Eine weitere Ursache für das genetische Gleichgewicht in Populationen ist das Gleichgewicht zwischen der Einführung neuer Allele durch wiederholte Mutation und deren Entfernung durch natürliche Selektion. Dieses Gleichgewicht ist wahrscheinlich die Ursache für viele Low-Level-Polymorphismen für genetische Erkrankungen in menschlichen Populationen. Neue schädliche Mutationen sind ständigentstehen spontan oder als Ergebnis der Wirkung von Mutagenen. Diese Mutationen können vollständig rezessiv oder teilweise dominant sein. Auswahl entfernt sie von thepopulation, aber es wird ein Gleichgewicht zwischen ihrem Aussehen andremoval.

Der allgemeine Ausdruck für dieses Gleichgewicht ist, dass die Häufigkeit des schädlichen Allels im Gleichgewicht vom Verhältnis der Mutationsrate μ zur Selektionsintensität s gegen den schädlichen Genotyp abhängt. Für ein vollständig rezessives schädliches Allel, dessen Fitness im homozygoten Zustand ist1 – s, die Gleichgewichtshäufigkeit ist

Diese Ergebnisse sind im Einzelnen in Kasten 24-8 aufgeführt. Zum Beispiel hat ein rezessives Gen (s = 1), das mit einer Rate von s = 10-6 mutiert, eine Gleichgewichtsfrequenz von 10-3.Wenn wir wüssten, dass ein Gen rezessiv ist und keine heterozygoten Wirkungen hat, könnten wir seine Mutationsrate als Quadrat der Allelfrequenz abschätzen.Die Grundlage für solche Berechnungen muss jedoch fest sein. Sichelzellenanämie wurde oncethought eine rezessive Krankheit ohne heterozygote Effekte zu sein, die für diesen Locus zu einer geschätzten Mutationsrate in Afrika von 0,1 geführt.

Ein ähnliches Ergebnis kann für ein schädliches Gen mit einer gewissen Wirkung erhalten Werdenheterozygoten. Wenn wir die fitnesses WA/A = 1 .0, WA / a = 1 − hs und Wa / a = 1 − s für ein teilweise dominantes Gen, wobei h der Dominanzgrad des schädlichen Allels ist, dann ergibt eine ähnliche Berechnung

Wenn also μ = 10-6 ist und die Vererbung nicht vollständig rezessiv ist, sondern bei Heterozygoten eine schädliche Wirkung von 5 % hat (s = 1,0,h = 0,05), dann

, die um zwei Größenordnungen kleiner ist als die Gleichgewichtsfrequenz für den rein rezessiven Fall. Im Allgemeinen können wir also davon ausgehen, dass schädliche, vollständig rezessive Gene Frequenzen haben, die viel höher sind als die von teilweise dominanten Genen.