Populasyon genetiği

Cenk AralMoleküler Biyoloji AD

Popülasyonlar ve Gen Havuzları

• Popülasyon; aynı türe ait, aynı coğrafyada yaşayan ve potansiyel olarak birbirleri ile eşleşebilen bireylerden oluşur.

• Popülasyonlar dinamiktir; – Doğum/ölüm oranlarında değişim– Göç– Diğer popülasyonlarla karışma vs…

• Gen havuzu popülasyondaki tüm allellerin toplamıdır.

Popülasyon genetiği

• Genlerin popülasyondaki dağılımı, gen ve genotip frekanslarının nasıl korunduğu ve değiştiğini konu alan çalışmalardırKullanım alanları:– Genetik danışma– Genetik tarama programlarında– Adli vakalarda DNA testleri

Fenotip, genotip ve allel frekansları

• Genetik danışma isteyen her ailede, her bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru tanımlayabiliriz.

• Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan sorumlu genotip bilinmemektedir. Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece hastalığın fenotipidir.

Fenotip, genotip ve allel frekansları

• Genetik danışma isteyen her ailede, her bireyin ilgili lokusu için gerçek genotipi belirleyebilirsek, tekrarlama riskini de doğru tanımlayabiliriz.

• Ne yazık ki birçok durumda hastalıktan sorumlu genotip bilinmemektedir. Gözlenebilen ve ölçülebilen sadece hastalığın fenotipidir.

Genotip frekanslarından allel frekanslarının hesaplanması

• Genotip frekansları bize allel frekanslarını hesaplama olanağı sağlar

HIV direncinin genetiği

• AIDS’ e neden olan HIV virüsünün belli suşları için giriş noktası görevi yapan hücre yüzeyi sitokin reseptörünü kodlayan CCR5 geni.

• Bu gende 32 bç bir delesyon fonksiyonel olmayan bir allel yaratır (CCR5)

• CCR5 için homozigot olan bireyler hücre yüzeyinde hiç reseptör bulundurmazlar ve HIV dirençlidirler.

HIV direncinin genetiğiGenotip Sayı Genotip frekansıCCR5/CCR5 647 0.821CCR5/CCR5 134 0.170CCR5/CCR5 7 0.009

Toplam= 788 1

Allel Allel frekansıCCR5 0.906CCR5 0.094

Toplam= 1

HIV direncinin genetiği

• 2 alleli (A ve a) olan bir gen için: NAA = AA homozigotlarının sayısı NAa = heterozigotların sayısı Naa = aa homozigotlarının sayısı

• NAA + NAa + Naa = N popülasyondaki birey sayısı

• p = A allelinin frekansı ve q = a allelinin frekansı ise;– p = (2NAA + NAa) / 2N

– q = (2Naa + NAa) / 2N– p+q = 1

ÖZET

• Farklı olarak, allel frekanslarını bildiğimiz bir popülasyonda genotip frekanslarını hesaplamak çok kolay değildir, çünkü allellerin genotipler arasındaki dağılımını bilmiyoruz.

• 1908-İngiliz matematikçi Geoffrey Hardy ve Alman fizikçi Wilhem Weinberg bugün Hardy-Weinberg kanunu olarak bilinen matematiksel formülü geliştirmişlerdir.

Allel frekanslarında genotip frekanslarının hesaplanması

• Hardy-Weinwerg kanunu

Hardy-Weinberg kanunu çeşitli varsayımlar üzerine kurulmuştur• Tüm genotipler eşit hatta kalma oranına ve

üreme başarısına sahiptir (seleksiyon yoktur)

• Yeni allel oluşturacak veya birini diğerine dönüştürecek mutasyonlar yoktur

• Göç yoktur• Popülasyon sınırsız büyüklüğe sahiptir,

böylece rastgele etkiler ve hatalar yok sayılır

• Popülasyondaki bireyler rastgele eşleşirler

• Sayılan varsayımlara uygun bir popülasyon şu özelliklere sahiptir:– Bir popülasyondaki allel frekansları nesilden nesile

değişmez; yani popülasyon evrimleşmez– Bir nesil rastgele eşleşmelerin ardından genotip

frekansları allel frekanslarından tahmin edilebilir. • Allel frekansı nesilden nesile aynı kalan ve

genotip frekansı allel frekansından hesaplanabilen bir popülasyon “Hardy-Weinberg dengesi” durumundadır

Hardy-Weinberg dengesinde allel ve genotip frekansları

p2 (AA)2pq (Aa)q2 (aa)

X’ e bağlı genler

Genotip Fenotip İnsidansX+ Normal p= 0.92Xcb Renk körü q= 0.08

Erkekler

Genotip Fenotip İnsidansX+/X+ Normal p2=(0.92)2=0.8464X+/Xcb Normal 2pq=2(0.92)(0.08)=0.1472

Normal toplam=

p2+2pq= 0.9936

Xcb/Xcb Renk körü q2= (0.08)2= 0.0064

Kadınlar

Darwin önermeleri

• Varyasyon: Popülasyon içindek bireyler arasında farklılıklar vardır

• Kalıtsallık: Bu farklılıklar ebeveynlerden yavrulara geçer

• Doğal seçilim (Seleksiyon): Bazı varyantlar hayatta kalma ve/veya üreme bakımından diğerlerinden daha başarılıdır (fitness)

Doğal seçilim

• A allel frekansı= 0.5 ve a allel frekansı 0.5 ise genotip frekansları 100 bireylik popülasyonda Hardy-Weinberg’e göre 25 AA, 50 Aa ve 25 aa olur.

Doğal seçilim• AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte

(n=25)• Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40)• aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20)• Her birey havuza iki gamet vereceğine göre;

2(25)+2(45)+2(20)= 180 gametA alleli için = AA 50 A ve Aa 45 ve

p=(50+45)/180 = 0.53a alleli için= Aa 45 a ve aa 40

q= (45+40)/180= 0.47 Sonuç= A frekansı artmış ve a frekansı

azalmıştır

Uyumluluk (Fitness)• Bir bireyin gelecek nesillere olan genetik

katkısı “uyumluluk” olarak adlandırılır. Yüksek oranda hayata kalış ve/veya üreme oranı olan genotipler yüksek uyumluluğa sahip, tersi ise düşük uyumluluğa sahiptir.

• AA= hepsi yaşamakta ve üreyebilmekte (n=25)

• Aa= %90’ nı hayatta ve üreyebilmekte (n=40)• aa= %80’ i hayatta ve üreyebilmekte (n=20)• wAA= 1, wAa=0,9 ve waa= 0,8

nesil p q p2 2pq q20 0,5 0,5 0,25 0,5 0,251 0,67 0,33 0,4489 0,4422 0,10892 0,75 0,25 0,5625 0,375 0,06253 0,8 0,2 0,64 0,32 0,044 0,83 0,17 0,6889 0,2822 0,02895 0,86 0,14 0,7396 0,2408 0,01966 0,88 0,12 0,7744 0,2112 0,0144

10 0,91 0,09 0,8281 0,1638 0,008120 0,95 0,05 0,9025 0,095 0,002540 0,98 0,02 0,9604 0,0392 0,000470 0,99 0,01 0,9801 0,0198 0,0001

100 0,99 0,01 0,9801 0,0198 0,0001

0 1 2 3 4 5 6 10 20 40 70 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

q al

lel f

reka

nsı

AA ve Aa genotipleri için üreme ve hayatta kalma %100 ancak aa için hayata kalma ve üreme 0 ise (a alleli letal resesif)wAA ve wAa = 1 ve waa= 0

Rastgele çiftleşmelerde istisnalar

Rastgele çiftleşmelerde istisnalar

• Tabakalaşma • Assortatif (rastgele olmayan) eşleşme• Akraba evliliği (inbreeding)

Mutasyon• Yeni alleller ortaya çıkar• Mutasyon sıklığı son derece düşüktür . Bir gen

için 10-6, belli bir baz çifti içinse 10-9

• Otozomal dominant hastalıklarda sıktır• Nadir oluşu nedeniyle Hardy-Weinberg

dengesinde çok hafif sapmalara neden olur.

Genetik kayma• Örneğin yeni bir mutasyon• Küçük popülasyonda

dalgalanmalar yaşam süresi ve/veya üreme yeteneğine bağlı olarak dalgalanmalar gösterir.

• Büyük popülasyonda ise dalgalanma fark edilecek boyutlarda değildir.

p = 0.5 q = 0.5

p = 0.72 q = 0.28

A

B

p = 0.65 q = 0.35

C

GÖÇ

p = 0.65 q = 0.35

Founder (kurucu) etki

p = 0.89 q = 0.11

p = 0.45 q = 0.55

1

2