Populačná genetika človeka študuje genetickú konštitúciu (genofond) ľudských populácií a faktory, ktoré

tento genofond determinujú, resp. počas generácií menia populácia – súbor jedincov žijúcich v reprodukčnom kolektíve, t. j. v

spoločenstve, kt. členovia sú potenciálne schopní sa navzájom krížiť genofond (génová výbava) – súhrn všetkých génov jednotlivých členov určitej

populácie genofond populácie sa môže v priebehu generácií meniť faktory schopné vyvolať také zmeny sa rozdeľujú na 2 skupiny:

1. faktory s deterministickým charakterom (uplatňujú sa vo veľkých populáciách)

• mutácie • selekcia• migrácia

2. náhodné faktory (uplatňujú sa v malých populáciách)• génový posun (genetický drift)

aj usporiadanie génov do genotypov sa môže v priebehu generácií meniť a je podmienené systémom kríženia

• panmixia• inbríding• homogamia

Panmixia a Hardyho-Weinbergerov zákon panmixia znamená náhodné kríženie (uzatváranie manželstiev) bez

ohľadu na genotyp na sledovanom lokuse/lokusoch teda vždy sa vzťahuje na určitý lokus/lokusy ďalšie predpoklady:

• generácie sa navzájom neprekrývajú• populácia je dostatočne veľká (neuplatňujú sa náhodné zmeny génových fr.)• neuplatňujú sa v nej činitele schopné meniť génové frekvencie (selekcia,

mutácie, migrácia) v takej populácii ak uvažujeme jeden autozómový lokus s alelami A a a

s frekvenciou p a q platí Hardyho-Weinbergerov zákon:• pri ľubovoľných východiskových frekvenciách genotypov AA, Aa a

aa nadobudne populácia po jedinej generácii panmixie rovnovážny stav s genotypovými frekvenciami p2 AA : 2pq Aa : q2 aa, a tieto génové a genotypové frekvencie v nasledujúcich generáciách zostanú nezmenené, pokiaľ budú splnené uvedené predpoklady.

• teda v takej populácii genotypové frekvencie sú binomickou funkciou génových frekvencií, ich početnosť možno vyjadriť jediným parametrom – alelovou frekvenciou p (lebo platí p + q = 1)

• v takej populácii sa genetická variabilita konzervuje

Frekvencia potomkov

Typ kríženia Frekv. kríženia AA Aa aa

AA x AA p4 p4 - -

AA x Aa 4p3q 2p3q 2p3q -

Aa x Aa 4p2q2 p2q2 2p2q2 p2q2

AA x aa 2p2q2 - 2p2q2 -

Aa x aa 4pq3 - 2pq3 2pq3

aa x aa q4 - - q4

Celkom p2 (p2 + 2pq + q2) 2pq (p2 + 2pq + q2) q2 (p2 + 2pq + q2)

Relatívna frekvencia p2 2pq q2

1. generácia2. generácia

H-W zákon a viac párov alel: väzbová nerovnováha H-W zákon platí aj pre dva a viac párov alel, ktoré nie sú vo väzbe v prípade väzby sa rovnovážny stav dosiahne postupne, nie po

jedinej generácii približovanie sa k rovnovážnemu stavu významne spomalí, keď je

medzi lokusmi väzba je tým pomalšie, čím je väzba užšia, pri úplnej väzbe sa

nedosiahne vôbec nastáva tzv. väzbová nerovnováha (disekvilibrium) - VN alely vo VN sa nazývajú haplotyp (a správajú sa formálne ako jedna

alela) VN sa významne využíva

pri mapovaní génov pomocou DNA polymorfizmov (autozygotné mapovanie, asociačné štúdie, zúženie kandidátnej oblasti )

pri DNA diagnostike nepriamou metódou pri odhade veku mutácie u dedičných ochorení (resp. či sa jedná

o opakované mutačné udalosti) pri X-viazaných génoch rovnováha sa dosiahne tiež postupne (aj na

jednom lokuse)

Inbríding

inbríding znamená uzatváranie manželstiev medzi geneticky príbuznými partnermi (príbuzenské kríženie) systematický inbríding – kríženie medzi príbuznými s definovaným

typom vzájomnej príbuznosti nesystematický inbríding – v malých uzavretých populáciách

(izolátoch) sa časom všetci jej členovia stávajú navzájom príbuznými koeficient inbrídingu populáci, F – je to priemer koeficientov inbrídingu

všetkých jej jej členov v populáciach sa podstatne ťažšie stanovuje ako v rodokmeňoch

rodokmeňová metóda – zostavenie rodokmeňa každého člena hodnotenie dišpenzov – t.j. cirkevných povolení na uzatvorenie

konsangvinného sobáša metóda izonýmie, I (rovnakého priezviska) – medzi koeficientom

inbrídingu (F) a koeficientom izonýmie (I) je konštantný vzťah:

F = I / 4

Dôsledky inbrídingu v populácii populácia s inbrídingom sa skladá z 2 častí (uvažujeme alelový pár

A/a s frekvenciami p/q):

1. časť má na sledovanom lokuse alely IBD (všetcia sú homozygoti s genotypovými frekvenciami AA = p a aa =q) = ich podiel je F

2. časť na sledovanom lokuse je panmiktická (génové a genotypové frkv. sú dané H-W zákonom) = ich podiel je 1 – F

Bernsteinov-Wrightov zákon – ukazuje rozloženie genotypov v populácii s inbrídingom (posledný stĺpec)

genotyp časť populácie spolu

F 1 - F

AA pF p2(1 – F) p2 + pqF

Aa - 2pq(1 – F) 2pq – 2pqF

aa qF q2(1 – F) q2 + pqF

spolu F 1 - F 1

Dôsledky inbrídingu v populácii – pokr.

génové frekvencie zostávajú nezmenené zmení sa usporiadanie génov do genotypov

zníži sa frekvencia heterozygotov zvýši sa frekvencia obidvoch typov homozygotov

z hľadiska rodiny je to nevýhodné (zvyšuje sa pravdepodobnosť recesívne dedičného ochorenia)

z hľadiska populácie je to výhodné (účinnejšia selekcia voči recesívnym ochoreniam)

Homogamia homogamia („výberové kríženie“) je uzatváranie manželstiev

podľa fenotypovej podobnosti (pozitívna homogamia) alebo naopak, fenotypovej nepodobnosti (negatívna homogamia)

efekt pozitívnej homogámie je podobný efektu inbrídingu (nemení génové frekvencie a zvyšuje relatívnu početnosť homozygotov) fenotypovo podobní jedinci majú väčšiu pravdepodobnosť, že

majú aj podobný genotyp nie je to však také rýchle a intenzívne ako pri inbrídingu

týka sa to len lokusov determinujúcich fenotyp podliehajúci poz. homogamii (inbríding postihuje všetky lokusy)

u človeka sa uplatňuje hlavne pri kvantitatívnych znakoch: výška, IQ a pod. a niektorých dedičných ochoreniach: porucha sluchu, zraku a

pod. negatívna homogamia naopak znižuje početnosť homozygotov a

zvyšuje početnosť heterozygotov

Mutácie

predstavujú prvý zdroj genetickej variability (keby neexistovali nemohli by vznikať nové alely, neexistovala by ani evolúcia)

z hladiska selekčného významu sa delia:1. selekčne nevýhodné 2. selekčne výhodné3. selekčne neutrálne (mutácie v nekódujúcich oblastiach)

na každom lokuse nastávajú mutácie s určitou charakteristickou frekvenciou > mutačný tlak

zmena frekvencie alely (p) v nasledujúcej generácii v dôsledku mutačného tlaku je daná vzťahom

p’ = p - µp kde µ = mutačná frekvencia

v prírodzených podmienkach sú veľmi zriedkavé (rádovo 10-6), preto nevyvolávajú podstatné zmeny génových frekvencií v priebehu niekoľkých generácií (v evolučných dimenziách ale môžu byť významným činiteľom takých zmien)

Selekcia selekciou sa rozumie stav, keď jedinci s rozličnými genotypmi majú v

priemere nerovnaký počet potomkov ukazovatele selekcie:

reprodukčná zdatnosť (fitness), f = relatívny príspevok jedincov s určitým genotypom na utvorení nasledujúcej generácie

koeficient selekcie, s = podiel, o ktorý je znížený príspevok jedincov s určitým genotypom na utvorení ďalšej generácie

je logické, že platí: f = 1 – s, alebo f + s = 1 pri úplnej selekcii (letálne ochorenia): f = 0 a s = 1 pri selekčne indiferentnom znaku naopak: f = 1 a s = 0

f a s nie sú konštantným atribútom genotypu, môžu sa meniť v závislosti od prostredia

Selekcia proti dominantnému fenotypu pri s = 1 po jedinej generácii nebude žiadny jedinec s domin. génom pri s < 1 početnosť dom. alely sa rýchlo znižuje – všetci postihnutí sú

heterozygoti (limitná forma H-W zákona)

Selekcia – pokr.Selekcia proti recesívnemu fenotypu má oveľa pomalší účinok (selekcii sú vystavené iba recesívne alely,

ktoré sa nachádzajú u homozygotov) čím je recesívne dedičné ochorenie v populácii zriedkavejšie, tým menej

je účinná selekcia (tým väčšia časť alel sa nachádza u heterozygotov) napr. pri početnosti alely 0,1% je v populácii na jedného homozygota až

2000 heterozygotných nosičov pri úplnej selekcii platí vzťah : q’ = q / (1 + q), ak q > 0, tak q’ = q účinok selekcie zvyšuje inbríding (q2 + pqF)

Slekecia uprednostňujúca heterozygotov v takej populácii platí: fDD = 1 – s1 , fDd = 1, fdd = 1 – s2

rovnovážna frekvencia alel je daná vzťahom: q’ = s1 / (s1 + s2) najlepšie preštudovaný príklad takej slekcie je kosáčiková anémia a

malária homozygoti HbS – kosáčiková anémia (f < 1) homozygoti pre normálnu alelu – malária (f < 1) heterozygoti HbS – zvýšená odolnosť proti malárii (f = 1)

•malá selekčná výhoda heterozygotov zabezpečuje, že aj letálna recesívna alela sa udrží v populácii v nezanedbateľnej frekvencii (pri s1 = 0,2 a s2 =

0,85 je to až 19 %)

• taký mechanizmus sa predpokladá aj pri CF v Európe, aj keď konkrétny selekčný činiteľ nie je známy

Selekcia – pokr.Slekecia proti heterozygotom rovnováha v takej populácii je len pri alelových frekvenciách

p = q = 0,5 ak p < 0,5 jeho frekvencia sa bude znižovať (a q sa zvyšovať) ak p > 0,5 jeho frekvencia sa bude zvyšovať (a q sa znižovať) v konečnom dôsledky alela, ktorej frekvencia je < 0,5 z populácie

vymizne (a druhá sa v nej fixuje) tento typ selekcie sa uplatňuje pri Rh inkompatibilite medzi matkou

a dieťaťom (matka Rh- a plod Rh+) v súčasnosti ale už nemá veľký efekt (účinná liečba)

Migrácia migrácia časti istej populácie do inej populácie mení iba

genofond populácie, do ktorej migrácia nastala vzniká zmiešaná populácia, v ktorej génová frekvencia bude

daná váženým priemerom obidvoch frekvencií, a „váhami“ sú počty jedincov pochádzajúcich z pôvodných populácií

qE = (nC qC + nD qD) / (nC + nD)

v súčasnosti v ľudských populáciách

migrácia nepredstavuje významný

faktor ovplyvňujúci génové

frekvencie (v minulosti ale to

mohlo byť významné – v období

veľkých sťahovaní národov)

Génový posun (drift) génový posun (náhodný genetický drift, Wrightov efekt) –

uplatňuje sa v malých a izolovaných populáciách a má nepredvídateľný účinok

je to súbor náhodných zmien génových frekvencií v priebehu generácií

ak populácia aj v ďalších generáciách zachová malý efektívny rozsah, génové frekvencie podliehajú neprestajne náhodným výkyvom

môže to viesť k úplnej vymiznutiu jednej alely a fixácii druhej)

Génový posun (drift) – pokr.

Génový posun (drift) – pokr.

ak malá východisková populácia v priebehu ďalších generácií zväčšuje svoj efektívny rozsah, driftom dosiahnuté génové frekvencie sa v nej ďalej už udržujú na rovnakej úrovni

tento typ génového posunu sa označuje ako efekt zakladateľa (founder efekt) príčina vysokých početností niektorých genetických

ochorení v populáciách, ktoré vznikli z malých základných celkov

napr. u slovenských Romov alkaptonuria, kongenitálny glaukóm, retinitis pigmentosa a pod.

Genetické izoláty ako genetický izolát sa označuje početne ohraničená populácia,

ktorá je reprodukčne izolovaná od svojho okolia väčšinou majú malú efektívnu veľkosť ľudské izoláty vznikajú v podstate z dvoch príčin:

z geografických – ostrovy, vysokohorské údolia, oázy a pod. zo sociálnych – ako je náboženstvo, etnická príslušnosť,

kultúrna tradícia, národnosť a pod. môžu byť disperzné v ostatnej populácii, ale reprodukčne od

nej izolované (napr. Romovia) v malých genetických izolátoch sa uplatňuje genetický drift a

inbríding obidva tieto činitele zvyšujú početnosť homozygotov (recesívne

ochorenia) v súčasnosti nastáva takmer na celom svete rozpad izolátov (aj na

Slovensku) (zvyšuje sa podiel exogámnych manželstiev)