6/10/2021 POPULATION GENETICS • Khái nhiệm quần thể • Vốn gen – Tần số kiểu gen – Tần số alen • Định luật Hardy–Weinberg – Điều kiện nghiệm – Kiểm định quần thể trạng thái cân DI TRUYỀN QUẦN THỂ POPULATION GENETICS Tất cá thể biểu đa dạng di truyền • Ví dụ: người ─ Màu mắt ─ Màu tóc ─ Sắc tố da ─ Chiều cao ─ Cân nặng ─ Hình dạng khn mặt … • Những u tố làm thay đổi tần số alen • Các phương pháp đánh giá đa dạng di truyền Quần thể Khái niệm quần thể: − nhóm cá thể lồi, sống không gian xác định, vào thời điểm định, có khả giao phối sinh hữu thụ Di truyền học quần thể nghiên cứu về: − Thành phần di truyền học quần thể − Các thành phần thay đổi theo thời gian 6/10/2021 POPULATION GENETICS POPULATION GENETICS Quần thể tiến hóa? Mơi trường Chọn lọc tự nhiên Vốn gen quần thể: ─ Là tập hợp tất alen tất gen có quần thể thời điểm xác định Hardy-Weinberg Equilibrium Vốn gen Thích nghi Quần thể      Kích thước qt lớn Giao phối ngẫu nhiên Khơng đột biến Không di nhập gen Sức sống Quần thể lợn rừng Gene Pool Vốn gen: tần số kiểu gen tần số alen A Tần số kiểu gen POPULATION GENETICS B Tần số alen Vốn gen quần thể biểu diễn dạng tần số alen: Xét locus gen có kiểu gen: AA, Aa aa Tần số f kiểu gen tính: Số cá thể có kiểu gen AA Số cá thể có kiểu gen Aa Số copy alen Tần số alen = Tổng số copy tất alen locus gen Locus gen: (A, a): Số cá thể có kiểu gen aa N: tổng số cá thể quần thể Tổng tần số tất kiểu gen =1 nAA, nAa, naa số lượng cá thể mang kiểu gen AA, Aa, aa 6/10/2021 POPULATION GENETICS • Quần thể • Vốn gen – Tần số kiểu gen – Tần số alen • Định luật Hardy–Weinberg – Điều kiện nghiệm – Kiểm định quần thể trạng thái cân • Những yêu tố làm thay đổi tần số alen Di truyền quần thể  Định luật Hardy-Weinberg quần thể trạng thái cân bằng: - Xét locus gen có alen A, a - Tần số alen A: f(A) = p - Tần số alen a: f(a) = q - Kích thước qt lớn - Giao phối ngẫu nhiên - Khơng có di nhập gen - Khơng có chọn lọc tự nhiên Hardy Weinberg  p + q =1  (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = - gen có alen A, a, a1 =>p + q + r = =>(p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq +2 pr + 2qr = Di truyền quần thể  Quần thể không trạng thái cân • Những yêu tố làm thay đổi tần số alen – Đột biến gen – Di nhập gen – Phiêu bạt gen – Chọn lọc tự nhiên – Giao phối khơng ngẫu nhiên Di nhập gen • Di nhập gen làm giảm cách ly cô lập quần thể Tăng đa dạng di truyền 6/10/2021 Di truyền quần thể Quần thể nhỏ: Biến động tần số alen  Quần thể không trạng thái cân • Những yêu tố làm thay đổi tần số alen Phiêu bạt gen tượng tần số alen quần thể bị thay đổi ngẫu nhiên nguyên nhân – Đột biến gen – Di nhập gen – Phiêu bạt gen – Chọn lọc tự nhiên – Giao phối không ngẫu nhiên Phiêu bạt gen • Hiệu ứng kẻ sáng lập • Hiệu ứng thắt cổ chai Hiệu ứng thắt cổ chai Hiệu ứng kẻ sáng lập Xay số lượng cá thể quấn thể bị giảm đến mức thấp Đa dạng di truyền thấp cá thể sống sót 6/10/2021 Di truyền quần thể Hiệu ứng thắt cổ chai  Quần thể không trạng thái cân • Những yêu tố làm thay đổi tần số alen Bờ biển California 1800 có hàng ngàn sư tử biển 1820 - 1880: đánh bắt mức 1884, 20 sư tử biến sống sót USA cấm săn bắt Quần thể sư tử biển hồi phục> 30,000 Đa dạng di truyền thấp, kiểu gen giống hiệu ứng thắt cổ chai – Đột biến gen – Di nhập gen – Phiêu bạt gen – Chọn lọc tự nhiên – Giao phối không ngẫu nhiên Trong quần thể sư tử biển phía nam bị săn bắt, không giảm xuống 1000 Khi khôi phục => đa dạng di truyền cao ( Khơng có hiệu ứng thắt cổ chai) POPULATION GENETICS Chọn lọc tự nhiên Anti-biotic resistance Low Resistance level high Tiến hóa Mơi trường Hardy-Weinberg Equilibrium Vốn gen Thích nghi Chọn lọc tự nhiên      Kích thước qt lớn Giao phối ngẫu nhiên Không đột biến Không di nhập gen Sức sống Before selection After selection Final population 6/10/2021 Di truyền quần thể Chọn lọc tự nhiên (a) Chọn lọc định hướng Larger-than-average sizes favored Average sizes favored (c) Chọn lọc phân hóa Smaller-than-average and larger thanaverage sizes favored  Quần thể khơng trạng thái cân • Những yêu tố làm thay đổi tần số alen – Đột biến gen – Di nhập gen – Phiêu bạt gen – Chọn lọc tự nhiên – Giao phối không ngẫu nhiên percent of population BEFORE SELECTION (b) Chọn lọc bình ổn AFTER SELECTION Average phenotype shifts to larger size over time Average phenotype does Population divides into not change; phenotypic two phenotypic groups variability declines over time range of a particular characteristic (size, color, etc.) Giao phối không ngẫu nhiên Many living species have ways to compete for mates In some populations, only a few individuals can mate Giao phối không ngẫu nhiên Sexual selection, the result of non-random mating, selects for traits that secure mates — though some attractive traits are drawbacks in other ways Mate preference is nonrandom Even in the same species, many animals will prefer mates that resemble themselves 6/10/2021 Chỉ thị RFLP Các phương pháp đánh giá đa dạng di truyền RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) microsatellites (STR, SSR) SNP (Single Nucleotide Polymorphism) So sánh trình tự gen (Restriction Fragment Length Polymorphism) • Sử dụng enzyme giới hạn để cắt ngẫu nhiên toàn hệ gen → nhiều đoạn ADN có kích thước khác • Điện di (agarose or polyacrylamide) ⊕ Ưu điểm: Mẫu B Mẫu dò ADN gắn phóng xạ/huỳnh quang Mẫu A - đồng trội (nên phân biệt cá thể dị hợp tử đồng hợp tử) - tính lặp lại cao - có mức đa hình cao - phân tích đồng thời nhiều Thang ADN mẫu Phim X-ray Màng nylon Màng nylon Gel agarose Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) • Phản ứng PCR sử dụng đoạn mồi có trình tự ngẫu nhiên (10-20 bp), tạo số đoạn AND có kích thước khác • Điện di gel agarose để phát đoạn ADN Mẫu A Mẫu B Kết phim X-ray ⊖ Nhược điểm: - cần nhiều ADN - Khó phát triển thư viện đoạn dị cho lồi - khơng thuận tiện cho việc tự động hóa - địi hỏi nhiều thời gian - tốn Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) • Phản ứng PCR sử dụng đoạn mồi có trình tự ngẫu nhiên (10-20 bp), tạo số đoạn AND có kích thước khác • Điện di gel agarose để phát đoạn ADN ⊕ Ưu điểm: - có mức đa hình cao - không cần thông tin genome đối tượng nghiên cứu - phân tích đồng thời nhiều mẫu - đơn giản dễ thực - Giá thành rẻ ⊖ Nhược điểm: - Có tính lặp lại khơng cao 6/10/2021 Chỉ thị microsatellites Còn gọi :- STR (short tandem repeats) - SSR (simple sequence repeats) Chỉ thị microsatellites Còn gọi :- STR (short tandem repeats) - SSR (simple sequence repeats) Các đoạn ADN lặp lại ngắn (1-5 bp) Nguồn gốc từ mẹ: ATATATATATATATATAT (AT)9 Nguồn gốc từ bố: ATATATATATATATATATATAT (AT)11 Hai vùng biên microsatellites phải chứa trình tự bảo thủ Vùng bảo thủ ATATATATATATATATAT Vùng bảo thủ Vùng bảo thủ ATATATATATATATATATATAT Vùng bảo thủ Nguyên nhân xuất đoạn lặp trình chép ADN xuất “lặp lại”, “bị trượt” Yếu tố định tìm vùng bảo thủ vùng biên microsatellites So sánh trình tự gen ⊕ Ưu điểm: - Là thị đồng trội - có mức đa hình cao - Có tính lặp lại cao - đơn giản dễ thực - Giá thành rẻ ⊖ Nhược điểm: - Kho khăn việc xác định vùng biên bảo thủ So sánh trình tự gen Nhược điểm ⊖ Tốn ⊖ Khó phân tích dị hợp tử ⊖ Phải thiết kế primer dựa trình tự biết 6/10/2021 Chỉ thị SNP (Single Nucleotide Polymorphism) Giải trình tự mã vạch ADN Các đột biến gen với tần xuất 1% quần thể ⊕ Có thể dẫn đến thay đổi biểu protein / ⊖ cần phải đọc trình tự gen Đặc điểm mã vạch ADN Đủ ngắn để giải trình tự dễ dàng ( giúp phân biết loài động vật Ứng dụng mã vạch ADN