تنوع ژنتیکی در جمعیت ها و قانون هاردی وینبرگ
ساعت ٦:٠٢ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٩/٩/۱٧  کلمات کلیدی: هاردی وینبرگ ، تنوع ، جمعیت

برای مشاهده به ادامه مطلب بروید.


تنوع ژنتیکی در جمعیت ها

سید مرتضی جوادی

 

ژنتیک جمعیتها مطالعه پراکنش ژنها در جمعیتها و چگونگی کسب و یا تغییر فرکانس ژنها و ژنوتیپها میباشد. ژنتیک جمعیتها هم در ارتباط با فاکتورهای ژنتیکی (جهش و تولیدمثل) وهم در ارتباط با فاکتورهای محیطی و اجتماعی (انتخاب و مهاجرت) میباشد. در عوض، این فاکتورها تعیینکنندهی فرکانس و میزان پراکندگی بیماریهای ژنتیکی در خانوادهها و جوامع هستند. در این واحد درسی ما به بررسی تعادل هاردی- وینبرگ (Hardy-Weinberg equilibrium) که همان اصل ژنتیک جمعیتها است، میپردازیم.

 

تنوع ژنتیکی در جمعیتهای انسانی:

گونههای انسان مشتمل بر 6 میلیارد عضو میباشند و در زیرگروههایی به نام گروههای نژادی (Ethnic groups)، که توسط موقعیت جغرافیایی، تاریخ یا زمان بوجود آمدن و ظاهراز یکدیگر قابل تمایز هستند، پراکنده شدهاند. هر چند که 30000 ژن، موقعیت آنها و نحوه قرارگیری آنها بر روی کروموزومها در همه انسانها یکسان (Identical) میباشد، تفاوتهایی کوچک در توالی DNA بین افراد مختلف جمعیت وجود دارد. اکثر این تفاوتها در همه جمعیتهای انسانی با فرکانس مشابه دیده میشود اما، برخی تفاوتهای آللی مختص جمعیتهای خاص هم گزارش شده است. هر چند که این آللهای خاص نیز در همه افراد آن جمعیتهای خاص وجود ندارند.

آللهای دیگر نیز هر چند در همه گروهها حضور دارند اما تفاوتهای واضح و مشخصی در فرکانس آنها در بین گروههای مختلف جمعیت دیده میشود. آللهایی که از لحاظ فرکانس در جمعیتهای مختلف تفاوت زیادی نشان میدهند، میتوانند آللهای مسئول بیماریهای ژنتیکی و یا مارکرهای ژنتیکی طبیعی باشند(جدول 1).

تفاوت در فرکانس آللهایی که موجب بیماریهای ژنتیکی میشوند، برای پزشکان متخصص ژنتیک و مشاوران ژنتیک حائز اهمیت بسیار میباشند زیرا، این آللها موجب بروز تفاوتهایی در ریسک بروز آن بیماری در یک گروه خاص جمعیتی میشوند. یکسری از فاکتورها موجب بوجودآمدن تفاوتهایی در آللها و میزان فراوانی آللی در جمعیتها میشوند. این فاکتورها شامل:

1-     پراکنش غیر یکسان (Non-random) آللها در بین افرادی است که بنیانگذار یا موسس یک زیرگروه جمعیتی خاص هستند. به این واقعه اثر موسس (Founder effect)گفته میشود.

2-     نوسان در فرکانس اللها در نتیجهی وقایع اتفاقی (Chance occurrences) در جمعیتهای کوچک. به این واقعه دریفت ژنی (Genetic drift) گفته میشود.

3-     انتخاب یک موتاسیون مورد علاقه با توجه به شرایط محیطی. به این واقعه انتخاب (Selection)گفته میشود.

 

فنوتیپ، ژنوتیپ و فرکانس ژنی:

ژن CCR5 را در نظر بگیرید. این ژن کدکننده یک رسپتور سطح سلولی از نوع سیتوکین میباشد و به عنوان یک گیرنده برای ویروس HIV،که موجب بروز سندرم نفص ایمنی اکتسابی (ایدز) میشود، عمل میکند. حذف32 جفتباز در این ژن (delCCR5)؛ موجب Frame Shift شده و در نتیجه ختم زودرس پروتئین رخ میدهد و نتیجه آن بوجودآمدن یک پروتئین غیرعملکردی میباشد. افراد هموزیگوت برای آلل delCCR5 هیچ رسپتوری در سطح سلولهای خود بیان نمیکنند، بنابراین به عفونت HIV مقاومند. در یک مطالعه مشخص شده است که از مجموع 788 فرد آزمایش شده، 647 نفر برای ژن CCR5 هموزیگوت بوده و 134 نفر حامل هر دو آللهای CCR5 و delCCR5 میباشند و 7 نفر هم حامل آلل delCCR5 به صورت هموزیگوس میباشند.

 برای محاسبه فراوانی هر یک از آللهای CCR5 و delCCR5، کافی است ازفرکانس ژنوتیپهای موجود استفاده کنیم.

2×647 +1×134 

           2×788                 

 در نتیجه فرکانس آلل CCR5مساوی  0.9061و فرکانس آلل delCCR5 مساوی 1-0.9060=0.0939 میباشد.

 حال اگر بخواهیم از فرکانس آللها، فرکانس ژنوتیپ را بدست بیاوریم، موضوع کمی پیچیده میشود. در اینجا قانون هاردی-وینبرگ به کمک ما میآید.

 

جدول 1: آلل‌ها از لحاظ فرکانس در جمعیت‌های مختلف تفاوت زیادی نشان می‌دهند

آللهای با فرکانس متفاوت در جمعیتهای مختلف

آللهای بیماریزا

آللهای غیر بیمایزا

آلل فرم s بتای- sβ- ژن بتا گلوبین(مسئول بیماری sickle cell anemia)

آلل فرم c بتای- cβ-  ژن بتا گلوبین

آللهای فیبروز کیستیکCystic fibrosis

آللهای فنیلکتونوری Phenylketonuria

آللهای  تیساکس Tay-Sachs

آللهای Familial hypercholesterolemia

آللهای Myotonic dystrophy

سیستم خونی ABO

آلفا 1- آنتیتریپسین

آلکل دهیدروژناژ

آلدهید دهیدروژناژ

سیستم HLA

متابولیسم Debrisoquin

Lactase activity

 

قانون هاردی- وینبرگ (Hardy-Weinberg):

قانون هاردی-وینبرگ نتیجه مطالعات یک ریاضیدان انگلیسی و یک فیزیکدان آلمانی در سال 1908 میباشد. تصور کنید که p فرکانس آلل A و q فرکانس آلل a در خزانه ژنی باشد و آللها به صورت راندوم با هم ترکیب شده و ژنوتیپها را بوجود میآورند. در این صورت آمیزش در این جمعیت به صورت کاملا تصادفی در لوکوس فوق رخ میدهد و ژنوتیپها را بوجود میآورد. بنابراین شانس اینکه دو آلل A با هم جفت شده و ژنوتیپ AA را بوجود بیاورند، مساوی است با p2 و شانس بوجودآمدن ژنوتیپ aa طبق توضیح فوق q2 میباشد. در نتیجه شانس اینکه آللهای A و a تشکیل هتروزیگوتها را بدهند، 2pq است.

 

اما بر اساس قانون هاردی-وینبرگ:

1-     فرکانس 3 ژنوتیپ AA، Aa، و aa توسط فرمول ریاضی p2+2pq+q2= (p+q)2 محاسبه میشود.

2-     محتوای ژنوتیپی از نسلی به نسل دیگر نبایستی تغییر کند، به این مفهوم که فرکانس ژنوتیپی جمعیت ثابت میماند اگر فرکانس آللهای p و q ثابت بماند و در این صورت جمعیت در تعادل هاردی- وینبرگ است.

 

موارد استفاده از تعادل هاردی-وینبرگ:

تعادل هاردی-وینبرگ برای محاسبه میزان هتروژنیتی(فرکانس هتروزیگوتها) آللهای بیماریزا استفاده میشود. به عنوان مثال بیماری فنیلکتونوری با فرکانس 1در 4500 در ایرلند گزارش شده است. بدلیل اینکه همه افراد بیمار، هموزیگوتهای آلل بیماریزا (a) میباشند، بنابراین q2 برابر فرکانس بیماری و q جذر 4500/1 میباشد (015/0). 2pq نیز مساوی 029/0 یا تقریبا 3% بوده و بنابراین فرکانس مشاهده یک فرد حامل آلل بیماریزا، 3% در جمعیت ایرلندی است.

 مفهوم این اعداد این است که: اگر یک والدی که حامل بودن او اثبات شده باشد(به دنیاآوردن فرزندی با بیماری فنیلکتونوری)، بخواهد با یک فرد دیگر در همین جمعیت ازدواج کند، احتمال اینکه همسر جدید او نیز حامل ژن بیماریزا باشد،3% است.

 

فاکتورهای بر هم زننده تعادل:

در صورتیکه فرضیات قانون هاردی- وینبرگ وجود داشته باشد، این تعادل به هم نمیخورد. اما در صورتیکه آمیزش راندوم (توسط فاکتور ازدواج خویشاوندی، ازدواج طبقاتی و ازدواج جور) نقض شود، و یا عواملی چون موتاسیون و انتخاب (Selection)، رانش ژنی (Gene Drift) و جریان ژنی (Gene Flow) اتفاق بیفتد، تعادل هاردی-وینبرگ به هم میخورد و در نتیجه نرخ بروز یک آلل که میتواند موجب بروز بیماری شود، از تعادل خارج شده و یک بیماری در جمعیت شیوع پیدا میکند.

 

فرضیاتی که قانون هاردی- وینبرگ بر آن استوار است

1-     جمعیت بزرگ باشد و آمیزش در آن به صورت راندوم اتفاق بیافتد.

2-     فرکانس آللی با گذشت زمان ثابت بماند زیرا:

الف میزان محسوسی از جهش وجود ندارد.

ب- افراد با ژنوتیپهای مختلف توانایی آمیزش یکسانی دارند، یعنی هیچ انتخابی بر ضد یک ژنوتیپ خاص وجود ندارد.

ج- هیچ مهاجرت مشخصی از یک جمعیت با فرکانسهای آللی بسیار متفاوت با جمعیت حاضر رخ ندهد.

 

مسائل:

در یک جمعیت در حال تعادل، سه ژنوتیپ با فراوانیهای AA=0.81, Aa=0.18, aa=0.01  وجود دارند:

1-   فرکانس آللهای A و a چقدر است؟

2-   فرکانس آللهای A و a در نسل بعدی چقدر است؟

3-چه نسبتی از تمام آمیزشها در این جمعیت Aa×Aa خواهد بود؟

 

کدامیک از جمعیتهای زیر در تعادل هاردی وینبرگ هستند؟

1- Aa=0.7, Aa=0.21, aa=0.09

2- AA=0.32, Aa=0.64, aa=0.04

3- AA=0.64, Aa=0.32, aa=0.04

 

مسائل فصل 7 ژنتیک پژشکی تامسون (گوناگونیهای ژنتیکی در جمعیتها) جزو امتحان خواهد بود.

Reference: Genetic in medicine, Thompson and Thompson, part 7, Genetic variation in population.

 

برای دانلود مطلب کلیک کنید

برای دانلود مطلب کلیک کنید

برای دانلود مطلب کلیک کنید