Bookshelf

przeanalizujmy ponownie ogólny wzór na zmianę częstotliwości allelicznej (patrz ramka 24-6):

w jakich warunkach proces się zatrzyma? Kiedy jest Δp = 0? Dwie odpowiedzi to: gdy p = 0 lub gdy q = 0 (to znaczy,gdy albo allel A albo allel a, odpowiednio,został wyeliminowany z populacji). Jedno z tych zdarzeń w końcu nastąpiif a – a jest konsekwentnie dodatni lub ujemny, tak że Δpis zawsze dodatni lub ujemny niezależnie od wartości P. warunkiem takiego jednokierunkowego wyboru jest to, że sprawność heterozygoty znajduje się pomiędzy dopasowaniami dwóch homozygotów: homozygoty IfA/a są najbardziej dopasowane, allele thenA są bardziej dopasowane niż allele w stanie heterozygotycznym i homozygotycznym. Następnie średnia alleliczna fitness ofA, A, jest większy niż średnia sprawność obrazu a, a, niezależnie od częstości występowania genotypów. W tym przypadku a – a jest dodatnie, a a zawsze wzrasta aż do osiągnięcia p = 1. Jeśli natomiast a / a są najbardziej dopasowane ,to a – a jest ujemne i zawsze wzrasta, aż osiągnie q = 1.

ale jest inna możliwość Δp = 0, nawet gdyp i q nie są 0:

, co może wystąpić, jeśli heterozygota nie jest pośrednia między homozygotami, ale jest bardziej ekstremalna niż homozygota. W tym przypadku wybór prowadzi do pośredniej częstotliwości alleli, ˆp (zob. Ramka 24-7).

w rzeczywistości istnieją dwie jakościowo różne możliwości dlaˆp. Jedną z możliwości jest to, żepp jest równowagą niemożliwą do utrzymania. Nie będzie zmiany częstotliwości, jeśli populacja ma dokładnie tę wartość p, ale częstotliwość będzie oddalać się od równowagi (w kierunku P = 0 orp = 1), jeśli wystąpi najmniejsze zaburzenie częstotliwości. Ten niezastąpiony przypadek będzie istniał, gdy heterozygota jest niższa w fitnessie niż homozygota; taki warunek jest przykładem niedominacji. Alternatywną możliwością jest równowaga astabilna, czyli zrównoważony polimorfizm, w którym niewielkie perturbacje od wartościˆp spowodują powrót do ˆp. Warunkiem tej równowagi jest to, że heterozygota jest większa niż homozygota—stan określany jako naddominacja.

w naturze szansa, że częstotliwość genu pozostanie zrównoważona na krawędzi noża niestabilnej równowagi jest znikoma, więc nie powinniśmy spodziewać się naturalnie występujących polimorfizmów, w których heterozygoty są mniej sprawne niż homozygoty. Na marginesie, obserwację długotrwałego polimorfizmu w przyrodzie można uznać za dowód wyższości heterozygoty.

niestety, życie myli teorię. Locus Rh (grupa krwi Rh) u ludzi ma powszechny polimorfizm z allelami RH+ i Rh. U Europejczyków częstość występowania allelu Rh wynosi około 0.4, natomiast u Afrykańczyków jest to około 0,2. Tak więc ten polimorfizm człowieka musi być bardzo stary, poprzedzający powstanie współczesnych krain geograficznych. Ale ten polimorfizm powoduje niezgodność matczyno-płodową, gdy anrh-matka (homozygotyczny Rh−/Rh−) wytwarza płód RH+ (heterozygotyczny Rh−/Rh+). Niezgodność ta powoduje niedokrwistość hemolityczną (od zniszczenia czerwonych krwinek) i śmierć płodu w umiarkowanym odsetku przypadków, gdy matka została wcześniej uczulona przez wcześniejszą ciążę z niezgodnym płodem. Tak więc istnieje selekcja przeciwko heterozygotom, chociaż jest ona zależna od częstotliwości, ponieważ występuje tylko wtedy, gdy matka jest homozygotyczna. Ten polimorfizm jest niestabilny i powinien zniknąć z gatunku, ale istnieje w większości populacji ludzkich. Zaproponowano wiele hipotez, aby wyjaśnić jego pozorną stabilność, ale tajemnica pozostaje.

natomiast nie można wykazać żadnej różnicy sprawności dla wielu polimorfizmów grup krwi (oraz dla wszechobecnego polimorfizmu enzymów ujawnionego przez selektroforezę). Sugerowano, że takie polimorfizmy w ogóle nie są niedoszacowane, ale że

to zachowanie selektywnej neutralności spełniałoby również wymóg, abya =a, ale zamiast stabilnej równowagi daje początek pasywnej (neutralnej) równowadze tak, że częstotliwość alleli p jest tak dobra jak każda inna. Pozostawia to odpowiedź na problem, w jaki sposób populacje stały się wysoce polimorficzne w pierwszej kolejności. Najlepszym przypadkiem nadmiernej dominacji sprawności w jednym miejscu pozostaje anemia sierpowata, gdzie dwa homozygoty są w niekorzystnej sytuacji w stosunku do heterozygoty z zupełnie różnych powodów.

najlepiej zbadanymi przypadkami zrównoważonego polimorfizmu w przyrodzie i w laboratorium są polimorfizmy inwersyjne u kilku gatunków Drosophila.Fig. 24-11 przedstawia przebieg zmiany częstotliwości dla inwersji ST (Standard) w konkurencji z alternativechromosomal typ CH (Chiricahua)w populacji laboratoryjnej D. pseudoobscura. Inwersje ST i CH są częścią chromosomalnego polimorfizmu w naturalnych populacjach tego gatunku. Dopasowania oszacowane dla ththree genotypów w laboratorium są

stosując wzór dla wartości równowagi ˆp, otrzymujemypp = 0,85, co zgadza się dość dobrze z obserwacjami na rysunku 24-11.

inną przyczyną równowagi genetycznej w populacjach jest równowaga między wprowadzaniem nowych alleli przez powtarzające się mutacje a ich usuwaniem przez naturalną selekcję. Równowaga ta jest prawdopodobnie przyczyną wielu niskopoziomowych polimorfizmów w populacjach ludzkich. Nowe szkodliwe mutacje powstają stale samoistnie lub w wyniku działania mutagenów. Mutacje te mogą być całkowicie recesywne lub częściowo dominujące. Wybór usuwa je zpopulacja,ale będzie równowaga między ich wyglądem i ruchem.

ogólna ekspresja dla tej równowagi jest taka, że częstotliwość deleteriousallele w równowadze zależy od stosunku szybkości mutacji, μ, do intensywności selekcji, s, w stosunku do szkodliwego genotypu. Dla całkowicie recesywnego allelu szkodliwego, którego sprawność w stanie homozygotycznym wynosi 1-s, częstotliwość równowagi wynosi

te wyniki są szczegółowo opisane w rubryce 24-8. Tak więc, na przykład, recesywny śmiertelny (s = 1) mutujący z szybkościąµ = 10-6 będzie miał częstotliwość równowagi 10-3.Rzeczywiście, gdybyśmy wiedzieli, że Gen jest śmiertelny recesywnie i nie ma heterozygouseffektów, moglibyśmy oszacować jego szybkość mutacji jako kwadrat częstotliwości allelicznej.Ale podstawa do takich obliczeń musi być solidna. Anemię sierpowatą uznano za śmiertelną recesywną bez efektów heterozygotycznych, co doprowadziło do oszacowania szybkości mutacji w Afryce na poziomie 0,1 dla tego locus.

podobny wynik można uzyskać dla szkodliwego genu o pewnym działaniu inheterozygotes. Jeśli pozwolimy dopasować WA/a = 1.0, WA/A = 1 − hs I wa/a = 1 − S Dla częściowo dominującego genu, gdzie H jest stopniem dominacji szkodliwego allelu, a następnie podobne obliczenia dają nam

Tak więc,jeśli μ = 10-6 i śmiertelny nie jest całkowicie recesywny, ale ma 5-procentowy efekt szkodliwy u heterozygotów (s = 1,0, h = 0,05), to

, która jest mniejsza o dwa rzędy wielkości niż częstotliwość równowagi dla czysto recesywnej. Ogólnie rzecz biorąc, możemy oczekiwać, że szkodliwe, całkowicie recesywne geny będą miały częstotliwości znacznie wyższe niż w przypadku częściowo dominujących genów.