พั�นธุ�ศาสตร์�ปร์ะชากร์Population genetics

วิ�ชาช�วิวิ�ทยา ๕ วิ ๓๐๒๔๕นางบุ�ษร์ากร์ ขน�นทอง

ควิามเดิ�มตอนท�$แล้'วิ

แนวิค�ดิเก�$ยวิก�บุวิ�วิ�ฒนาการ์แนวิค�ดิของล้ามาร์�ก

เช)$อวิ*าส�$งม�ช�วิ�ตม�การ์เปล้�$ยนแปล้ง หร์)อเก�ดิวิ�วิ�ฒนาการ์ข,-น โดิยม�สภาพัแวิดิล้'อมเป0นแร์งผล้�กดิ�นให'เก�ดิการ์เปบุ�$ยนแปล้ง

เสนอ ๑.กฎการ์ใช'แล้ะไม*ใช' ๒.กฎการ์ถ่*ายทอดิล้�กษณะท�$เก�ดิข,-นใหม*

น�กวิ�ทยาศาสตร์�ส*วินมากไม*ยอมร์�บุทฤษฎ�ของล้ามาร์�ก เพัร์าะไม*สามาร์ถ่พั�ส9จน�ไดิ'วิ*าล้�กษณะท�$เก�ดิจากการ์ใช'แล้ะไม*ใช'น�-นสามาร์ถ่ถ่*ายทอดิไปย�งร์�*นต*อไปไดิ'

แนวิค�ดิของดิาร์�วิ�น

ดิาร์�วิ�นเสนอ ทฤษฎ�การ์ค�ดิเล้)อกโดิย“ธุร์ร์มชาต� (Natural selection) ส�$งม�ช�วิ�ตท�$ม�ล้�กษณะเหมาะสมก�บุส�$ง

แวิดิล้'อมท�$อาศ�ยอย9* จะสามาร์ถ่ม�ช�วิ�ตอย9*ร์อดิ แล้ะส)บุพั�นธุ��ถ่*ายทอดิล้�กษณะน�-นให'ร์�*นต*อไปไดิ'มากกวิ*าส�$งม�ช�วิ�ตท�$ม�ล้�กษณะเหมาะสมน'อยกวิ*า

ล้ามาร์�แล้ะดิาร์�วิ�น ม�แนวิค�ดิท�$เหม)อนก�นค)อ วิ�วิ�ฒนาการ์เก�ดิข,-นก�บุส�$งม�ช�วิ�ตเพั)$อให'ส�$งม�ช�วิ�ตม�ล้�กษณะท�$เหมาะสมก�บุสภาพัแวิดิล้'อมท�$อาศ�ยอย9*แต*ท�$แตกต*างค)อ

ล้ามาร์�กค�ดิวิ*า การ์เปล้�$ยนแปล้งท�$เก�ดิข,-นก�บุส�$งม�ช�วิ�ตเป0นผล้มาจากการ์ใช'หร์)อไม*ใช'อวิ�ยวิะหร์)อโคร์งสร์'างน�-นท�$สามาร์ถ่ถ่*ายทอดิไปย�งร์�*นต*อไปไดิ' ดิาร์�วิ�นค�ดิวิ*า ล้�กษณะของดิาร์�วิ�นท�$ถ่*ายทอดิท�$ถ่*ายทอดิไปย�งร์�*นต*อไปไดิ'น�-น เป0นล้�กษณะท�$เหมาะสมก�บุสภาพัแวิดิล้'อมท�$ดิ;าร์งช�วิ�ตอย9*

แนวิค�ดิเก�$ยวิก�บุวิ�วิ�ฒนาการ์ในย�คป<จจ�บุ�น (Synthetic theory of evolution)ดิาร์�วิ�นไม*สามาร์ถ่อธุ�บุายไดิ'วิ*า

๑. ควิามแปร์ผ�นทางพั�นธุ�กร์ร์มของปร์ะชากร์เก�ดิข,-นไดิ'อย*างไร์ ๒. พั*อแม*สามาร์ถ่ถ่*ายทอดิล้�กษณะท�$ถ่9กค�ดิเล้)อกไปย�งล้9กไดิ'อย*างไร์อธุ�บุาย ๒ ข'อข'างต'น โดิยใช'ควิามร์9'จาก หล้�กการ์ของเมนเดิล้ + การ์ค�ดิเล้)อกโดิยธุร์ร์มชาต�ของดิาร์�วิ�น + ควิามร์9'ทางสถ่�ต� เข'ามาใช'ก�บุปร์ะชากร์ในธุร์ร์มชาต�

แนวิค�ดิเก�$ยวิก�บุวิ�วิ�ฒนาการ์ในย�คป<จจ�บุ�น (Synthetic theory of evolution)แนวิค�ดิน�-เน'นควิามส;าค�ญของปร์ะชากร์  ส�$งม�ช�วิ�ตแต*ล้ะต�วิในกล้�*มปร์ะชากร์จะม�ควิามแปร์ผ�นแตกต*างก�น การ์แปร์ผ�นทางพั�นธุ�กร์ร์มใดิท�$เหมาะสมก�บุสภาพัแวิดิล้'อม จะท;าให'ส�$งม�ช�วิ�ตน�-นสามาร์ถ่อย9*ร์อดิแล้ะส)บุพั�นธุ��ถ่*ายทอดิล้�กษณะดิ�งกล้*าวิไปส9*ล้9กหล้านร์�*นต*อไปไดิ' จ,งถ่)อไดิ'วิ*าส�$งแวิดิล้'อมน�บุเป0นป<จจ�ยส;าค�ญในการ์ค�ดิเล้)อกปร์ะชากร์ท�$เหมาะสมให'ดิ;าร์งอย9*ไดิ'ในสภาพัแวิดิล้'อมน�-นเป0นการ์น;าควิามร์9'ดิ'านพั�นธุ�ศาสตร์�ปร์ะชากร์มาปร์ะย�กต�ใช'ในการ์อธุ�บุายวิ�วิ�ฒนาการ์

พั�นธุ�ศาสตร์�ปร์ะชากร์ (Population genetics) เป0นการ์ศ,กษาเก�$ยวิก�บุการ์เปล้�$ยนแปล้งควิามถ่�$ของย�น (gene  frequency) หร์)อการ์เปล้�$ยนแปล้งควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้( allele frequency) แล้ะการ์เปล้�$ยนแปล้งควิามถ่�$ของจ�โนไทป? (genotype frequency) ท�$เป0นองค�ปร์ะกอบุทางพั�นธุ�กร์ร์มของปร์ะชากร์ แล้ะป<จจ�ยท�$ท;าให'ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้เปล้�$ยนแปล้ง

ส�$งท�$น*าสนใจค)อเร์าจะศ,กษาควิามถ่�$ดิ�งกล้*าวิในปร์ะชากร์ไดิ'อย*างไร์

การ์ศ,กษาควิามถ่�$ย�นแล้ะควิามถ่�$จ�โนไทป? ภายในย�นพั9ล้เดิ�ยวิก�น ย�นพั9ล้ (Gene pool)

หมายถ่,ง จ;านวินย�นท�-งหมดิท�$ม�อย9*ในปร์ะชากร์ ในช*วิงเวิล้าหน,$งๆควิามถ่�$ย�น (Gene frequency) หร์)อ ควิามถ่�$แอล้ล้�ล้ หมายถ่,ง ปร์�มาณของแอล้ล้�ล้ชน�ดิต*างๆ เม)$อค�ดิเป0นส�ดิส*วินหร์)อร์'อยล้ะต*อจ;านวินแอล้ล้�ล้ท�-งหมดิของย�นต;าแหน*งเดิ�ยวิก�นในปร์ะชากร์ควิามถ่�$จ�โนไทป? (Genotype frequency) หมายถ่,ง ปร์�มาณจ�โนไทป?ชน�ดิต*างๆ เม)$อค�ดิเป0นส�ดิส*วินหร์)อร์'อยล้ะต*อปร์�มาณจ�โนไทป?ท�-งหมดิของย�นในต;าแหน*งเดิ�ยวิก�นในปร์ะชากร์

จากแผนภาพั นร์.ม�วิ�ธุ�การ์หาควิามถ่�$จ�โนไทป?แล้ะควิามถ่�$ย�น อย*างไร์?

ถ่'าสมาช�กท�กต'นในกล้�*มปร์ะชากร์ ม�โอกาสผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�น ควิามถ่�$จ�โนไทป?แล้ะควิามถ่�$แอล้ล้�ล้ในปร์ะชากร์ร์�*นต*อไปจะเป0นอย*างไร์?

“ปร์ะชากร์ม�โอกาสผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�น หร์)อ”ปร์ะชากร์ม�การ์ผสมพั�นธุ��แบุบุส�*ม

หมายควิามวิ*า เซล้ล้�ส)บุพั�นธุ�� A หร์)อ a ม�โอกาสเข'าผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�น

ถ่'าสมาช�กท�กต'นในกล้�*มปร์ะชากร์ ม�โอกาสผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�น ควิามถ่�$จ�โนไทป?แล้ะควิามถ่�$แอล้ล้�ล้ในปร์ะชากร์ร์�*นต*อไปจะเป0นอย*างไร์?

G.H.Hardy แล้ะ W.Weinberg ไดิ'อธุ�บุายไวิ'ดิ�งน�-ถ่'าปร์ะชากร์ม�ล้�กษณะ ๑. ม�ขนาดิใหญ* ๒. ไม*ม�การ์ถ่*ายเทเคล้)$อนย'ายย�นร์ะหวิ*างกล้�*มปร์ะชากร์ ๓. ไม*เก�ดิม�วิเทช�$น ๔. สมาช�กท�กต�วิม�โอกาสผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าก�น ๕. ไม*เก�ดิการ์ค�ดิเล้)อกโดิยธุร์ร์มชาต� ส�$งม�ช�วิ�ตท�กต�วิม�โอกาสอย9*ร์อดิแล้ะปร์ะสบุควิามส;าเร์Bจในการ์ส)บุพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�นควิามถ่�$ของจ�โนไทป?แล้ะควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ จะม�ค*า

คงท�$ในท�กๆร์�*นHardy-Weinberg Theory

ใน sperm ควิามถ่�$ของ A = ๐.๘ ควิามถ่�$ของ a =

ใน OVARY ควิามถ่�$ของ A = ๐.๘ ควิามถ่�$ของ A = ๐.๒ควิามถ่�$จ�โนไทป?ในร์�*นล้9กจ,งเป0นAA= ๐.๖๔, AA=๐.๓๒, AA=๐.๐๔

ดิ�งน�-น ในร์�*นล้9กน�-จ,งม�ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ A=๐.๘ แล้ะ a=๐.๒ เหม)อนปร์ะชากร์ในร์�*นพั*อแม* Hardy-Weinberg Theory

ในร์�*นล้9กม�ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ A=๐.๘ แล้ะ a=๐.๒ เหม)อนปร์ะชากร์ในร์�*นพั*อแม* Hardy-Weinberg Theoryให' p=ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ A แล้ะ q= ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ aซ,$งกBค)อ แอล้ล้�ล้ท�-งหมดิในปร์ะชากร์เท*าก�บุ 1 (0.8+0.2 = 1) หร์)อ 100% หร์)อ 1 หน*วิย p+q=1 หร์)อ p=1-q หร์)อ q=1-p

เม)$อ gamete มาร์วิมต�วิก�น ควิามถ่�$จ�โนไทป?กBจะเป0นดิ�งน�-จ�โนไทป? AA ค)อ P2 = (0.8)2 = 0.64

จ�โนไทป? aa ค)อ q2 = (0.2)2 = 0.04จ�โนไทป? Aa ค)อ 2Pq = (0.8)(0.2) = 0.32เม)$อร์วิมควิามถ่�$ของท�กจ�โนไทป? = 0.64+0.04+0.32 = 1น�$นค)อ P2 + 2Pq + P2 = 1 หร์)อ ท�กจ�โนไทป?ในย�นพั9ล้ของปร์ะชากร์ = 1 P2 + 2Pq + P2 = 1 เร์�ยกวิ*า สมการ์ของฮาร์�ดิ�-ไวิน�เบุ�ร์�ก

เร์าน;าเอา สมการ์ของฮาร์�ดิ�-ไวิน�เบุ�ร์�ก P2 + 2Pq + q2 = 1, แล้ะ p+q=1 หร์)อ p=1-q หร์)อ q=1-p ไปใช'ท;าอะไร์? เร์าน;าไปใช'ในการ์หา ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้แล้ะควิามถ่�$ของจ�โนไทป?ของย�นพั9ล้ในปร์ะชากร์ หร์)อน;าไปปร์ะย�กต�ใช'ในการ์หาปร์ะชากร์ท�$เป0นพัาหะของโร์คทางพั�นธุ�กร์ร์ม เช*นโจทย� ในปร์ะชากร์กล้�*มหน,$งพับุวิ*า ม�ปร์ะชากร์หม9*เล้)อดิ

Rh- อย9* 16% เม)$อปร์ะชากร์น�-อย9*ในภาวิะสมดิ�ล้ของฮาร์�ดิ�-ไวิน�เบุ�ร์�ก จงค;านวิณหาควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ในปร์ะชากร์ ? น�กเร์�ยนล้องค�ดิแล้ะล้งม)อท;าทำ��ถู�กไหมน้�อ ลองตรวจดู�สิ�

ให'น�กเร์�ยนไปร์�บุใบุก�จกร์ร์มท�$ ๑๕ ก�บุค�ณคร์9บุ�ษร์ากร์ เพั)$อท;าก�จกร์ร์มต*อนะคะ

ม�ค;าถ่ามน*าสนใจ?

ฮาร์�ดิ�แล้ะไวิน�เบุ�ร์�ก กล้*าวิวิ*า ควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้แล้ะควิามถ่�$จ�โนไทป?ในย�นพั9ล้ของปร์ะชากร์จะคงท�$ ไม*ม�การ์เปล้�$ยนแปล้ง ไม*วิ*าจะถ่*ายทอดิพั�นธุ�กร์ร์มไปก�$ร์�*นกBตาม หร์)อไม*เก�ดิวิ�วิ�ฒนาการ์ เร์�ยกวิ*า ปร์ะชากร์อย9*ในภาวิะสมดิ�ล้ของฮาร์�ดิ�-ไวิน�เบุ�ร์�กโดูยม�เง��อน้ไขว�� ประช�กรน้"#น้ๆ จะต�อง

๑. ม�ขนาดิใหญ* ๒. ไม*ม�การ์ถ่*ายเทเคล้)$อนย'ายย�นร์ะหวิ*างกล้�*มปร์ะชากร์ ๓. ไม*เก�ดิม�วิเทช�$น ๔. สมาช�กท�กต�วิม�โอกาสผสมพั�นธุ��ไดิ'เท*าก�น ๕. ไม*เก�ดิการ์ค�ดิเล้)อกโดิยธุร์ร์มชาต� ส�$งม�ช�วิ�ตท�กต�วิม�โอกาสอย9*ร์อดิแล้ะปร์ะสบุควิามส;าเร์Bจในการ์ส)บุพั�นธุ��ไดิ'เท*าๆก�น

ค;าถ่ามค)อ ในธุร์ร์มชาต�เร์าสามาร์ถ่ควิบุค�มให'ปร์ะชากร์อย9*ใน เง)$อนไขดิ�งกล้*าวิไดิ'หร์)อไม* ?ค;าตอบุค)อ ไม* ถ่'าอย*างน�-น ผล้จะเป0นอย*างไร์ ?ควิามถ่�$แอล้ล้�ล้ของแร์ะชากร์กBสามาร์ถ่เปล้�$ยนแปล้งไดิ' ซ,$งจะเป0นผล้ให'โคร์งสร์'างทางพั�นธุ�กร์ร์มของปร์ะชากร์เปล้�$ยนแปล้ง น�$นกBค)อ เก�ดิวิ�วิ�ฒนาการ์ค;าถ่าม ม�ป<จจ�ยใดิบุ'างท�$ท;าให'เก�ดิการ์เปล้�$ยนแปล้งควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ในปร์ะชากร์?

ป<จจ�ยใดิบุ'างท�$ท;าให'เก�ดิการ์เปล้�$ยนแปล้งควิามถ่�$ของแอล้ล้�ล้ในปร์ะชากร์?

๑. การ์ค�ดิเล้)อกโดิยธุร์ร์มชาต� ๒. ม�วิเทช�$นท�$เก�ดิก�บุเซล้ล้�ส)บุพั�นธุ�� แล้ะการ์เก�ดิ CROSSING OVER ท�$ท;าให'เก�ดิการ์สล้�บุท�$ก�นของย�น เก�ดิการ์แปร์ผ�นทางพั�นธุ�กร์ร์ม ๓. RANDOM GENETIC DRIFT ๔. การ์ถ่*ายเทเคล้)$อนย'ายย�น ๕. การ์เล้)อกค9*ผสมพั�นธุ�� หร์)อร์9ปแบุบุของการ์ผสมพั�นธุ��ให'น�กเร์�ยนไปร์�บุใบุก�จกร์ร์มท�$ ๑๕ ก�บุค�ณคร์9บุ�ษร์ากร์ เพั)$อท;าก�จกร์ร์มเร์)$องน�-