Cân bằng di truyền trong quần thể sinh vật

I. NHỮNG ĐẶC TRƯNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ

1. Khái niệm về quần thể

Quần thể sinh vật là một tập hợp các cá thể thuộc cùng một loài, sống chung trong một không gian xác định và tương tác với nhau trong một khoảng thời gian nhất định. Trong quần thể này, các cá thể sẽ giao phối với nhau để sinh ra thế hệ sau (quần thể giao phối). Điều này tạo ra sự đa dạng di truyền và ảnh hưởng đến cấu trúc di truyền của quần thể. Ví dụ: Trong tự nhiên, những con mối sống trong tổ mối trong thân cây là một minh chứng điển hình cho quần thể.

2. Tần số tương đối của alen và tỉ lệ kiểu gen

• Mỗi quần thể được đặc trưng bằng một vốn gen nhất định, tức là toàn bộ các alen của tất cả các gen trong quần thể tại một thời điểm nhất định.
• Vốn gen được thể hiện qua tần số alen và tần số kiểu gen, có sự liên quan mật thiết đến sự phát triển và duy trì quần thể.

Tần số alen

• Tần số alen của một gen được tính theo tỉ lệ giữa số alen đó trên tổng số toàn bộ alen của các loại alen khác nhau của gen đó trong quần thể.

Tần số kiểu gen

• Tần số tương đối của một kiểu gen được tính bằng tỉ số của số cá thể có kiểu gen đó trên tổng số các cá thể trong quần thể.

Ví dụ: Trong một quần thể, ta có tỉ lệ các kiểu gen như sau: 0,6AA : 0,2Aa : 0,2aa

• Cấu trúc di truyền của quần thể đó được thể hiện qua các tần số alen.

II. CẤU TRÚC DI TRUYỀN Ở QUẦN THỂ TỰ THỤ PHẤN VÀ QUẦN THỂ GIAO PHỐI GẦN

1. Quần thể giao phối gần

Giao phối gần xảy ra khi các cá thể trong quần thể có mối quan hệ huyết thống gần gũi tiến hành giao phối với nhau. Điều này dẫn đến một số hệ quả di truyền:

• Tần số kiểu gen dị hợp sẽ có xu hướng giảm dần.
• Tần số kiểu gen đồng hợp sẽ tăng dần.

2. Quần thể tự thụ phấn

Quần thể tự thụ phấn có sự thay đổi về tần số kiểu gen theo hướng giảm tần số các kiểu gen dị hợp và tăng tần số các kiểu gen đồng hợp.

Công thức tổng quát của quần thể tự thụ phấn:

QT: xAA + yAa + zaa = 1 Trong đó:

• x, y, z lần lượt là tần số của các kiểu gen: AA, Aa, aa.
• Qua các thế hệ tự thụ phấn, tần số kiểu gen sẽ được tính theo công thức:
• Tần số kiểu gen AA = x + (y - y/2^n)/2
• Tần số kiểu gen Aa = y/2^n
• Tần số kiểu gen aa = z + (y - y/2^n)/2

Sự biến đổi cấu trúc di truyền ở quần thể tự thụ phấn

| Thế hệ | Tần số AA | Tần số Aa | Tần số aa | |----------|-----------|-----------|-----------| | Xuất phát| 0% | 100% | 0% | | F1 | 25% | 50% | 25% | | F2 | 37,5% | 25% | 37,5% | | F3 | 43,75% | 12,5% | 43,75% |

III. CẤU TRÚC DI TRUYỀN TRONG QUẦN THỂ NGẪU PHỐI

1. Khái niệm quần thể ngẫu phối

Quần thể ngẫu phối là hiện tượng các cá thể trong quần thể lựa chọn bạn tình để giao phối một cách ngẫu nhiên mà không có sự ưu tiên cụ thể. Điều này giúp duy trì sự đa dạng di truyền trong quần thể.

2. Định luật Hacđi-Vanbec - Trạng thái cân bằng di truyền của quần thể

a) Khái niệm

Một quần thể được coi là ở trạng thái cân bằng di truyền khi tỉ lệ các kiểu gen tuân theo công thức: p² + 2pq + q² = 1 Trong đó:

• p là tần số alen trội
• q là tần số alen lặn
• p² là tần số kiểu gen đồng hợp trội
• 2pq là tần số kiểu gen dị hợp
• q² là tần số kiểu gen đồng hợp lặn

b) Định luật Hacđi-Vanbec

• Nội dung của định luật Hacđi-Vanbec: Trong một quần thể ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen, thì thành phần kiểu gen và tần số tương đối của các alen trong quần thể sẽ không đổi qua các thế hệ.

Chứng minh định luật: Xét lôcut gen A chỉ có 2 alen A và a có tần số lần lượt là p và q (p + q = 1). Các kiểu gen có thể có trong quần thể bao gồm AA, Aa, aa. Nếu thành phần gen của quần thể ban đầu là 0,64AA : 0,32Aa : 0,04aa, ta tính được p = 0,8 và q = 0,2. Từ đó có thể rút ra: p²AA + 2pqAa + q²aa

Điều kiện để định luật Hacđi-Vanbec đúng

• Quy mô quần thể phải lớn.
• Quần thể phải là quần thể ngẫu phối.
• Các loại giao tử có sức sống và thụ tinh tương đương.
• Không có sự chọn lọc tự nhiên hoặc đột biến.
• Không xảy ra di nhập gen.

Ý nghĩa của định luật Hacđi-Vanbec

Định luật này là cơ sở để các nhà di truyền học tính toán tần số của alen và kiểu gen trong quần thể, từ đó hiểu rõ về cơ chế di truyền và sự biến đổi gen trong quần thể qua các thế hệ.

Kết luận

Trạng thái cân bằng di truyền của quần thể là một chủ đề quan trọng trong sinh học và có ảnh hưởng lớn đến sự hiểu biết về cơ chế di truyền, sự tiến hóa, và sự tồn tại của các loài trong tự nhiên. Việc nắm vững các khái niệm về quần thể, tần số alen, tỉ lệ kiểu gen, cùng với các quy luật di truyền giúp chúng ta có cái nhìn sâu sắc hơn về sự đa dạng sinh học. Để tìm hiểu thêm về các khía cạnh khác của di truyền học, như ảnh hưởng của môi trường lên sự biểu hiện của gen hay lý thuyết di truyền ngoài nhân, hãy tiếp tục theo dõi và khám phá thêm kiến thức trong lĩnh vực này. Chúc bạn có những khám phá thú vị trong hành trình tìm hiểu về di truyền và sự phát triển của các loài sinh vật trong hệ sinh thái!