Bookshelf

laten we de algemene formule voor allelische frequentieverandering opnieuw onderzoeken (zie kader) 24-6):

onder welke voorwaarden zal het proces stoppen? Wanneer is Δp = 0? Twee antwoorden zijn: wanneer p = 0 of wanneer q = 0 (dat wil zeggen wanneer respectievelijk allel A of allel a uit de populatie is geëlimineerd). Een van deze gebeurtenissen zal zich uiteindelijk voordoen a – a is consistent positief of negatief, zodat δp altijd positief of negatief is, ongeacht de waarde van p. De voorwaarde voor een dergelijke unidirectionele selectie is dat de heterozygoot fitness ergens ligt tussen de fitness van de twee homozygoten: als een homozygoot het meest geschikt is, dan zijn een allelen meer geschikt dan een allelen in zowel de heterozygote als de homozygote conditie. Dan de gemiddelde allelische geschiktheid van een, A, is groter dan de gemiddelde allelische geschiktheid van een, a, ongeacht de frequentie van de genotypes. In dit geval a – a is positief, en A neemt altijd toe totdat het p = 1 bereikt. Als aan de andere kant a/a het meest geschikt is,dan a – A is negatief, enda neemt altijd toe totdat het q = 1 bereikt.

maar er is een andere mogelijkheid voor Δp = 0, zelfs wanneerp en q Zijn Niet 0:

die kan optreden als de heterozygoot niet tussen de homozygoten ligt, maar als een fitness die extremer is dan beide homozygoten. In dit geval zal selectie leiden tot een intermediaire allelfrequentie, ˆp (zie kader 24-7).

er zijn, in feite, twee kwalitatief verschillende mogelijkheden voorˆp. Een mogelijkheid is dat ˆp een stabiel evenwicht is. Er zal geen verandering in frequentie zijn als de populatie precies deze waarde van p heeft, maar de frequentie zal van het evenwicht (in de richting van p = 0 orp = 1) verdwijnen als de geringste verstoring van de frequentie optreedt. Dit stabiele geval zal bestaan wanneer de heterozygote lager in FITNESS is dan beide homozygote; een dergelijke voorwaarde is een voorbeeld van onderdominantie. De alternatieve mogelijkheid is astable equilibrium, of balanced polymorphism, waarbij lichte verstoringen van de waarde vanˆp zullen resulteren in een terugkeer naar ˆp. De voorwaarde voor deze balans is dat de heterozygote meer infitness dan beide homozygote—een voorwaarde genoemd overdominantie.

in de natuur is de kans dat een genfrequentie in evenwicht blijft op de rand van een onstabiel evenwicht verwaarloosbaar, dus we mogen niet verwachten dat we natuurlijk voorkomende polymorfismen zullen vinden waarin heterozygoten minder geschikt zijn dan homozygoten. Integendeel, de waarneming van een langdurig polymorfisme in de natuur kan worden beschouwd als bewijs van een superieure heterozygote.

helaas verstoort het leven de theorie. De Rh locus (rhesus bloodgroup) bij mensen heeft een wijdverbreid polymorfisme met Rh+ en Rh− allelen. In Europeanen is de frequentie van het Rh− allel ongeveer 0.4, terwijl het in Afrikanen ongeveer 0,2 is. Dit menselijk polymorfisme moet dus heel oud zijn, en moet voorafgaan aan de oorsprong van moderne geografische werelden. Maar dit polymorfisme veroorzaakt een maternaal–foetale incompatibiliteit wanneer anRH-moeder (homozygote Rh−/Rh−) een RH+ foetus (heterozygote Rh−/Rh+) produceert. Deze incompatibiliteit resulteert in hemolytische bloedarmoede (van een vernietiging van rode bloedcellen) en de dood van de foetus in een gematigd deel van de gevallen alsde moeder eerder is gesensibiliseerd door een eerdere zwangerschap met een oncompatibele foetus. Er is dus selectie tegen heterozygoten, hoewel het frequentieafhankelijk is, omdat het alleen voorkomt als de moeder homozygousrecess is. Dit polymorfisme is onstabiel en zou uit despecies moeten zijn verdwenen, maar het bestaat in de meeste menselijke populaties. Er zijn veel hypothesen voorgesteld om de schijnbare stabiliteit te verklaren, maar het mysterie blijft bestaan.

daarentegen kan voor veel polymorfisme van bloedgroepen (en voor het alomtegenwoordig polymorfisme van enzymen die door elektroforese worden onthuld) geen enkel geschiktheidsverschil worden aangetoond. Er is gesuggereerd dat dergelijke polymorfismen helemaal geen onderselectie zijn, maar dat

deze situatie van selectieve neutraliteit zou ook voldoen aan de eis data =a, maar in plaats van een stabiel evenwicht, geeft het aanleiding tot een passief (neutraal) evenwicht, zodat elke allelfrequentie p even goed is als elke andere. Dit laat het probleem van hoe de populaties in de eerste plaats zeer polymorf werden, onbeantwoord. Het beste geval van overdominantie voor fitness op een enkele locus blijft dat Van Sickle-cell bloedarmoede, waar de twee homozygoten zijn in een nadeel ten opzichte van deheterozygoot om heel verschillende redenen.

de best bestudeerde gevallen van gebalanceerd polymorfisme in de natuur en in het laboratorium zijn de inversiepolymorfismen in verschillende soorten Drosophila.Figuur 24-11 toont het verloop van de frequentieverandering voor de inversie ST (standaard) in concurrentie met het alternatieve chromosomale type CH (Chiricahua) in een laboratoriumpopulatie van D. pseudoobscura. De inversies ST en CH maken deel uit van een chromosomaalpolymorfisme in natuurlijke populaties van deze soort. De geschatte fitnesswaarden voor de drie genotypes in het laboratorium zijn

door de formule voor de evenwichtswaarde ˆp toe te passen, verkrijgen we ˆp = 0,85,wat vrij goed overeenkomt met de waarnemingen in Figuur 24-11.

een andere oorzaak van genetisch evenwicht in populaties is het evenwicht tussen deintroductie van nieuwe allelen door herhaalde mutatie en hun verwijdering door natuurlijke selectie. Dit evenwicht is waarschijnlijk de oorzaak van vele laag-niveau polymorfismen forgenetische ziekten in menselijke populaties. Nieuwe schadelijke mutaties ontstaan voortdurend spontaan of als gevolg van de werking van mutagenen. Deze mutaties kunnen volledig recessief of gedeeltelijk dominant zijn. Selectie verwijdert ze uit depopulatie, maar er zal een evenwicht zijn tussen hun uiterlijk enmoval.

de algemene uitdrukking voor dit evenwicht is dat de frequentie van de schadelijke allele bij evenwicht afhangt van de verhouding tussen de mutatiesnelheid μ en de intensiteit van de selectie s ten opzichte van het schadelijke genotype. Voor een volledig recessief schadelijk allel waarvan de geschiktheid in homozygote toestand 1 − s is, is de evenwichtsfrequentie

deze resultaten worden gedetailleerd weergegeven in kader 24-8. Bijvoorbeeld, een recessieve letale (s = 1) mutatie met de snelheid van µ = 10-6 zal een evenwichtsfrequentie van 10-3 hebben.Inderdaad, als we wisten dat een gen recessief dodelijk was en geen heterozygote effecten had, konden we de mutatiesnelheid schatten als het kwadraat van de allelische frequentie.Maar de basis voor dergelijke berekeningen moet stevig zijn. Sikkelcelanemie werd ooit beschouwd als een recessief dodelijk met geen heterozygote effecten, wat leidde tot een geschat mutatiepercentage in Afrika van 0,1 voor deze locus.

een vergelijkbaar resultaat kan worden verkregen voor een schadelijk gen met enig effect indeterozygotes. Als we de fitnesswaarden laten zijn WA/A = 1.0, WA / a = 1-hs, en Wa / a = 1-s voor een gedeeltelijk dominant gen, waarbij H de mate van dominantie is van het schadelijke allel, dan geeft een vergelijkbare berekening ons

Als μ = 10-6 en het letale niet volledig recessief is, maar een 5% schadelijk effect heeft in heterozygoten (s = 1,0, h = 0,05), dan is

die twee ordes van grootte kleiner is dan de evenwichtsfrequentie voor de zuiver recessieve zaak. In het algemeen kunnen we dan verwachten dat schadelijke, volledig recessieve genen frequenties hebben die veel hoger zijn dan die van deels dominante genen.