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In dieser Aktivität modellieren Sie die Häufigkeiten von zwei Allelen in einer hypothetischen Population unter verschiedenen Bedingungen mit einer Tabellenkalkulationssoftware und farbigen Kügelchen. Beginnen Sie damit, eine neue Tabellenkalkulationsdatei zu öffnen. Nach der Hardy-Weinberg-Gleichung, in der p die Häufigkeit eines dominanten Allels A in einer Population und q als die Häufigkeit eines rezessiven Allels B definiert ist, wird die Eingangsfrequenz p des Allels A in Zelle B2 und die Häufigkeit q des Allels B in Zelle B3 angegeben. Weisen Sie Zelle C2 den Wert 0,5 zu. Geben Sie nach der Gleichung eins minus p gleich q die Formel 1-C2 in Zelle C3 ein, um die Häufigkeit q des Allels B zu berechnen. Die Zellen C2 und C3 stellen den Genpool dar, der in den nächsten Schritten verwendet wird.
Markieren Sie die Zellen E2 und F2 mit Allel eins bzw. Allel zwei. Geben Sie dann diesen RAND-Code für die Zufallsformel in Zelle E3 ein. Die Zufallsformeln generieren jedes Mal neue Werte, wenn die Tabelle geändert wird, und die IF-Anweisung gibt den Buchstaben A zurück, wenn die zufällig generierte Zahl kleiner oder gleich p ist, und a B, wenn sie größer als p ist. Diese Funktion wird die Häufigkeit eines der Allele in unserer nächsten Generation simulieren.
Wählen Sie Zelle E3 aus, und ziehen Sie die untere rechte Ecke der Zelle nach unten auf E27, um die Formel in 25 Zellen zu duplizieren und ein Allel für die anderen Nachkommen zu erstellen, und geben Sie dieselbe Formel, die in Zelle E3 verwendet wurde, in Zelle F3 ein. Fügen Sie eine dritte Datenspalte hinzu, die mit der Beschreibung des Genotyps in Zelle G2 beginnt, und fügen Sie die Funktion VERKETTEN zu Zelle G3 hinzu, um die beiden zufällig generierten Allele zu kombinieren und einen Genotyp zu erstellen. Ziehen Sie diese Formel für 25 Zellen nach unten, und beschriften Sie die Zellen H2, I2 und J2 AA, AB bzw. BB. Geben Sie dann eine WENN-Funktion, wie hier gezeigt, in die Zellen H3, I3 und J3 ein. Ziehen Sie die Formeln um 25 Zeilen pro Spalte nach unten.
Die Formeln geben eine Eins zurück, wenn der Genotyp in dieser Zeile mit dem Genotyp in der Kopfzeile übereinstimmt, und eine Null, wenn der Genotyp in dieser Zeile einer der beiden anderen Genotypen ist. Beschriften Sie dann Zelle D28 als SUMME, fügen Sie die Formel zu Zelle H28 hinzu, und ziehen Sie die Formel auf die Zellen I28 und J28, um die Gesamtzahl der einzelnen Genotypen zu erhalten. Als nächstes markieren Sie die Zellen H30 und J30 A bzw. B und markieren die Anzahl der Allele der Zelle D31.
Addieren Sie den Zellen H31 und J31 Code, um die Gesamtzahl der Allele in der simulierten Generation zu erhalten, die dem Doppelten der Häufigkeit des jeweiligen homozygoten Genotyps plus der Häufigkeit des heterozygoten Genotyps entspricht. Markieren Sie dann die Allelfrequenz der nächsten Generation der Zelle E32 und fügen Sie den Zellen H32 und J32 Code hinzu, um das Verhältnis der Allele in der nächsten Generation zu erhalten. Passen Sie unter Verwendung der Genfrequenzen, die in dem soeben erstellten mathematischen Modell generiert wurden, die Genpoolwerte in den Zellen C2 und C3 an die Werte von H32 und J32 an, und führen Sie 10 weitere Generationen durch, wobei Sie den Genpool jedes Mal mit der resultierenden Allelfrequenz aktualisieren.
Notieren Sie das Verhältnis der beiden Variablen zu jedem Zeitpunkt in der Tabelle und in der Tabelle, und erstellen Sie ein Liniendiagramm, um zu sehen, wie sich eine kleine Grundgesamtheit im Laufe der Zeit verändert. Die experimentelle Hypothese in dieser Studie ist, dass kleinere Populationen stärker von den von Hardy-Weinberg erwarteten Häufigkeiten der Allele abweichen als größere Populationen, da kleinere Populationen anfälliger für genetische Drift sind. Die Nullhypothese ist, dass sich die Allelfrequenzen innerhalb der Populationen nicht von den erwarteten Frequenzen der Hardy-Weinberg-Gleichgewichtsgleichung unterscheiden, was bedeutet, dass die Allelfrequenzen von Generation zu Generation gleich sein werden.
Legen Sie die Häufigkeit von Gen A auf 0,3 und von Gen B auf 0,7 fest, und führen Sie das Modell 10 weitere Male aus, wobei Sie das Verhältnis der Gene in der nächsten Generation nach jedem Durchlauf in der Tabelle aufzeichnen. Ziehen Sie dann die Formeln für die Zellen weiter nach unten, um das Modell so zu ändern, dass es 100 Zygoten enthält, und führen Sie das Modell weitere 10 Mal aus. Speichern Sie nach dem letzten Lauf alle Arbeitsdaten auf einem persönlichen Speichergerät und beenden Sie das Tabellenkalkulationsprogramm.
Beginne damit, einen Partner zu finden und dann eine Tasche vom Lehrer abzuholen. Vergewissern Sie sich, dass der Beutel Perlen in zwei verschiedenen Farben und eine gerade Anzahl jeder Farbe enthält. Bezeichnen Sie eine Farbe als Allelkapital A und die andere als kleines a.
Die experimentelle Hypothese für diese Simulation ist, dass sich die Allelfrequenzen über die 10 Generationen des Experiments nicht ändern und das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht beobachtet wird. Die Nullhypothese ist, dass in der Grundgesamtheit kein Gleichgewicht zu sehen sein wird. Beachten Sie die Anfangshäufigkeit in Tabelle eins neben der Generation Null.
Berechnen Sie unter Verwendung der Hardy-Weinberg-Gleichung die anfänglichen Genotyphäufigkeiten der Population und notieren Sie dies in Tabelle eins. Besprechen Sie dann mit Ihrem Partner die zu erwartenden endgültigen Allel- und Genotypfrequenzen nach 10 Generationen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts. Beachten Sie dies neben der Vorhersage in Tabelle eins.
Ziehe ein Paar Perlen aus der Tüte. Dies repräsentiert den Genotyp eines Individuums in der nächsten Generation. Platzieren Sie eine Strichmarkierung in der entsprechenden Spalte neben der ersten Generation.
Halte nun jedes Mal jedes Paar Perlen aus dem Beutel und wiederhole die Zeichnung 20 Mal, um die erste Reihe der ersten Generation der ersten Tabelle auszufüllen. Berechnen Sie anhand der Zählungen die Allelfrequenz für diese Generation und denken Sie daran, beide Allele in jedem Genotyp zu zählen. Notieren Sie sich die Frequenz des neuen Allels und passen Sie dann die 100 Kügelchen an, um die Population nach der ersten Generation widerzuspiegeln, indem Sie bei Bedarf Kügelchen hinzufügen und entfernen.
Wiederholen Sie das Ziehen von Paaren aus dieser angepassten Grundgesamtheit für eine weitere Generation von 20 Picks, und notieren Sie alle Beobachtungen in Tabelle eins. Nachdem Sie die Allelfrequenz für diese Generation berechnet haben, passen Sie die Population erneut an, um eine Ziehung der dritten Generation einzurichten. Zeichnen Sie weiter, berechnen Sie die Allelfrequenzen und passen Sie die Ausgangspopulation an, bis insgesamt 10 Generationen aufgezeichnet wurden.
Um die Auswirkungen verschiedener physikalischer und ökologischer Szenarien auf das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht zu testen, zeichnen Sie zunächst einen Zettel, um zu bestimmen, welche Hardy-Weinberg-Annahme Sie testen werden. Machen Sie eine Vorhersage darüber, was Ihrer Meinung nach in dem von Ihnen ausgewählten Szenario passieren könnte, bevor Sie mit dem Experiment beginnen, und notieren Sie dies an der Tafel. Wenn Sie das Mutationsszenario ausgewählt haben, wählen Sie fünf Allele nach dem Zufallsprinzip aus der Menge aus und ersetzen Sie sie durch fünf Allele einer dritten Farbe, Allelkapital B.As zuvor, führen Sie die Simulation durch, indem Sie Paare von Kügelchen für eine Generation von 20 Picks aus dem Beutel ziehen und die Ergebnisse aufzeichnen.
Nehmen Sie nach jeder Generation Anpassungen vor, damit die Ausgangspopulation wie zuvor mit der neuen Allelfrequenz übereinstimmt. Ersetzen Sie dann wieder fünf zufällige Allele durch die neue Farbe und simulieren Sie die neue Generation für 20 Picks. Wenn Sie sich für den nicht zufälligen Paarungstest entschieden haben, ziehen Sie jeweils ein Allel anstelle von zwei und koppeln Sie es dann mit einem anderen der gleichen Farbe, das aus dem Beutel gezogen wird.
Passen Sie wie bei der vorherigen Simulation die Population an die neuen Allelfrequenzen am Ende der vorherigen Generation an und führen Sie die Simulation für insgesamt 10 Generationen durch. Beginnen Sie für die Genflussbedingung damit, 10 Allele aus der Population zu entfernen und sie durch 10 zufällig ausgewählte Allele aus einem anderen Satz von 100 Kügelchen zu ersetzen. Passen Sie die Allelfrequenz an und wiederholen Sie den Genfluss, indem Sie zu Beginn jeder Generation 10 Kügelchen entfernen und 10 Kügelchen aus einem anderen Beutel hinzufügen.
Wenn Sie eine kleine Populationsgröße gezeichnet haben, beginnen Sie einfach jede Generation mit 60 Allelen anstelle von 100. Passen Sie wie üblich die Allelfrequenzen jeder Generation an und zeichnen Sie 10 Generationen auf. Ziehen Sie in der Auswahlbedingung aus dem ursprünglichen Beutel mit Perlen, aber zählen Sie keine homozygoten rezessiven Paare, die bei der Berechnung der Allelfrequenz am Ende jeder Generation gezogen werden.
Zeichne einen Zettel, um zu bestimmen, welche Hardy-Weinberg-Annahme du testen wirst. Jede der Simulationen wird über 10 Generationen hinweg ausgeführt. Treffen Sie Ihre Vorhersagen, bevor Sie die Simulationen ausführen, und notieren Sie sie auf der Tafel.
Wenn Sie den Test zur Größe einer kleinen Population haben, führen Sie die standardmäßige Hardy-Weinberg-Simulation wie zuvor durch, beginnen Sie jedoch jede Generation mit 30 Allelen und nicht mit 100. Wenn Sie den Gründereffekt mit einem Test mit zwei Allelen gezeichnet haben, beginnen Sie mit der ersten Generation, indem Sie nur fünf Paare Perlen aus dem Beutel ziehen. Bei der Erstellung des Genpools für die zweite Generation werden dann nur 50 Kügelchen mit der Allelfrequenz aufgenommen, die in der ersten Generation bestimmt wurde.
Der Genpool für die dritte Generation und alle nachfolgenden Generationen umfasst 100 Kügelchen. Für den Gründereffekt mit 10 Allelen musst du einen Beutel mit zufälligen Mengen von 10 verschiedenfarbigen Perlen sammeln. Legen Sie für jedes der neuen Allele einen Allelnamen fest und berechnen Sie dann die anfängliche Allelfrequenz.
Führen Sie nun das Experiment auf die gleiche Weise wie den Gründereffekt mit zwei Allelen durch, indem Sie nur fünf Paare zufällig für die erste Generation ziehen und dann die zweite Generation mit 50 Allelen und die dritte und nachfolgende Generationen mit 100 erstellen. Wenn du die Naturkatastrophe mit zwei Allelen hast, musst du einen Pappteller von deinem Tauchlehrer abholen. Zeichne eine Linie in der Mitte des Tellers.
Gießen Sie vor der ersten Generation alle Perlen aus einem Standard-Setup mit 100 Perlen auf den Teller und mischen Sie sie nach dem Zufallsprinzip und verteilen Sie sie gleichmäßig. Wähle eine Seite des Tellers und nimm alle Perlen von dieser Seite. Daraus sollten Sie schöpfen, um die erste Generation zu schaffen.
Passen Sie für die zweite Generation und darüber hinaus die Population an und verwenden Sie insgesamt 100 Perlen. Wenn Sie schließlich den Test Naturkatastrophe mit 10 Allelen ausgewählt haben, müssen Sie einen Beutel mit 10 verschiedenfarbigen Perlen sammeln. Weisen Sie jedem neuen Allel einen Namen zu, platzieren Sie sie dann auf dem Teller und wählen Sie die Hälfte aus.
Ziehen Sie aus diesen 50 Kügelchen für die erste Generation und berechnen Sie dann die Allelfrequenzen, um in jeder folgenden Runde eine Population von 100 zu erhalten. Berechnen Sie mit den eingegebenen Funktionen die Anzahl jedes Allels, indem Sie die Anzahl der homozygoten Genotypen mit zwei multiplizieren und die Anzahl der heterozygoten Genotypen addieren. Die Häufigkeit kann dann berechnet werden, indem die Anzahl des betreffenden Allels durch die Gesamtzahl der Allele dividiert wird.
Tragen Sie die Ergebnisse in die Tabelle ein. Verwenden Sie als Nächstes die Hardy-Weinberg-Gleichung, um die erwartete Genotyphäufigkeit der nächsten Generation zu berechnen, und vergleichen Sie die Ergebnisse der Simulation mit der erwarteten Häufigkeit, wobei Sie sich an der Tabelle orientieren. Stellen Sie die Veränderungen der Genfrequenzen der Population im Zeitverlauf dar, die Sie in der Tabelle aufgezeichnet haben.
Bleiben die Allelfrequenzen nahezu gleich, oder nimmt die Häufigkeit eines Allels so stark ab, dass es aus der Population verschwindet? Plotten Sie die Veränderungen in den Populationen der 25 und 100 Zygoten mit anfänglichen Genfrequenzen von 0,5 für jedes Allel. Bleiben kleinere oder größere Populationen näher an der ursprünglichen Häufigkeit des Genpools?
Ändert die Größe der Grundgesamtheit die Häufigkeit, mit der die erwarteten Ergebnisse erzielt werden? Es wird erwartet, dass die beobachteten Allelfrequenzen aufgrund des Zufalls der RAND-Funktion leicht von den Hardy-Weinberg-Erwartungswerten abweichen. Verwenden Sie separate Linien für jedes Allel und stellen Sie die Allelfrequenzen grafisch dar, die für das ursprüngliche Hardy-Weinberg-Experiment über 10 Generationen gefunden wurden.
Vergleichen Sie die Ergebnisse in der gesamten Klasse und prüfen Sie, ob Ihre Ergebnisse übereinstimmen. Woran liegt das Ihrer Meinung nach? Als nächstes stellen Sie wieder eine Zeile pro Allel zur Verfügung, indem Sie die Ergebnisse Ihres zweiten Experiments grafisch darstellen, indem Sie Verletzungen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts testen, und teilen Sie Ihre Ergebnisse mit der Klasse.
Stimmte Ihr Ergebnis mit Ihrer Vorhersage überein? Wenn andere Klassenkameraden die gleiche Bedingung zeichneten, erhielten sie dann das gleiche Ergebnis? Wenn nicht, warum ist das Ihrer Meinung nach so?
Stellen Sie abschließend die Ergebnisse Ihres Simulationsszenarios für genetische Drift auf die gleiche Weise grafisch dar. Präsentieren Sie der Gruppe erneut Ihre Ergebnisse und stellen Sie die Hypothese auf, warum Ihre Ergebnisse Ihrer Vorhersage entsprachen oder nicht. Haben Klassenkameraden mit der gleichen Erkrankung das gleiche Ergebnis erzielt?
