Hardy-Weinberg et la dérive génétique
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- Commencez par ouvrir un nouveau fichier de tableur. Selon l’équation de Hardy-Weinberg où p est la fréquence d’un allèle dominant A dans une population, et q est défini comme la fréquence d’un allèle récessif B, la fréquence d’entrée p de l’allèle A dans la cellule B2 et la fréquence q de l’allèle B dans la cellule B3.
- Attribue la valeur 0.5 à la cellule C2.
- Après l’équation 1 – p = q, entrez la formule « = 1 - C2 » dans la cellule C3 pour calculer la fréquence q de l’allèle B. REMARQUE : Les cellules C2 et C3 représenteront le patrimoine génétique utilisé dans les prochaines étapes.
- Étiquetez les cellules E2 et F2 « Allèle 1 » et « Allèle 2 » respectivement, puis entrez le code RAND pour la formule aléatoire dans la cellule E3. =IF (RAND()
- Sélectionnez la cellule E3 et faites glisser le coin inférieur droit de la cellule vers le bas jusqu’à E27 pour dupliquer la formule en 25 cellules, créant ainsi un allèle pour l’autre progéniture, et entrez la même formule que celle utilisée dans la cellule E3 dans la cellule F3.
- Ajoutez une troisième colonne de données commençant par la description « Génotype » dans la cellule G2, et ajoutez la fonction CONCATENATE à la cellule G3 pour combiner les deux allèles générés aléatoirement et créer un génotype.
- Faites glisser cette formule vers le bas pour 25 cellules et étiquetez les cellules H2, I2 et J2 AA, AB et BB respectivement.
- Ensuite, entrez une fonction IF comme indiqué ici dans les cellules H3, I3 et J3. Faites glisser les formules vers le bas sur 25 lignes par colonne. Les formules renvoient un 1 si le génotype de cette ligne correspond au génotype de la ligne d’en-tête, et un 0 si le génotype de cette ligne est l’un des deux autres génotypes. H3 : = SI (G3="AA »,1,0) I3 : =SI(OR(G3="AB,G3="BA »),1,0) J3 : =SI(G3="BB »,1,0)
- Ensuite, étiquetez la cellule D28 comme « SUM », ajoutez la formule à la cellule H28 et faites glisser la formule vers les cellules I28 et J28 pour obtenir le numéro total de chaque génotype.
- Ensuite, étiquetez les cellules H30 et J30 « A » et « B » respectivement et étiquetez la cellule D31 « Nombre d’allèles ».
- Ajoutez du code aux cellules H31 et J31 pour obtenir le nombre total d’allèles dans la génération simulée, qui est deux fois la fréquence du génotype homozygote respectif, plus la fréquence du génotype hétérozygote.
- Ensuite, étiquetez la cellule E32 « Fréquence des allèles de la prochaine génération » et ajoutez du code aux cellules H32 et J32 pour obtenir le rapport des allèles dans la génération suivante.
- En utilisant les fréquences génétiques générées dans le modèle mathématique que vous venez de construire, ajustez les valeurs du pool génétique dans les cellules C2 et C3 à celles de H32 et J32, et exécutez 10 générations supplémentaires, en mettant à jour le pool génétique avec la fréquence allèle résultante à chaque fois.
- Enregistrez le rapport des deux variables à chaque point temporel de la feuille de calcul sur le tableau, et créez un graphique linéaire pour voir comment une petite population change au fil du temps. Hypothèses : L’hypothèse expérimentale de cette étude est que les petites populations s’écarteront davantage des fréquences attendues de Hardy-Weinberg des allèles que les grandes populations, car les petites populations sont plus sensibles à la dérive génétique. L’hypothèse nulle est que les fréquences allèles au sein des populations ne différeront pas des fréquences attendues de l’équation d’équilibre de Hardy-Weinberg, ce qui signifie que les fréquences allèles seront les mêmes d’une génération à l’autre.
- Réglez la fréquence du gène A à 0,3 et du gène B à 0,7, et exécutez le modèle 10 fois de plus, en enregistrant le rapport des gènes de la génération suivante dans le tableau après chaque exécution.
- Ensuite, faites glisser les formules des cellules plus bas pour modifier le modèle afin d’inclure 100 zygotes et exécutez le modèle 10 fois de plus.
- Après la dernière exécution, enregistrez toutes les données de travail sur un périphérique de stockage personnel et quittez le tableur.
- Simulation pour Hardy-Weinberg et la dérive génétique
- Pour commencer, trouvez un partenaire puis récupérez un sac auprès de l’instructeur.
- Vérifiez que le sac contient des perles de deux couleurs différentes et un nombre pair de chaque couleur.
- Désignez une couleur comme l’allèle capital A et l’autre comme petite a. Hypothèses : L’hypothèse expérimentale de cette simulation est que les fréquences des allèles ne changeront pas au cours des 10 générations de l’expérience, et que l’équilibre de Hardy-Weinberg sera observé. L’hypothèse nulle est que l’équilibre ne sera pas observé dans la population.
- Notez la fréquence initiale dans le tableau 1 à côté de la génération zéro. À l’aide de l’équation de Hardy-Weinberg, calculez les fréquences initiales des génotypes de la population et notez-les dans le tableau 1. Cliquez ici pour télécharger le Tableau A
- Ensuite, discutez avec votre partenaire des fréquences finales attendues de l’allèle final et du génotype après 10 générations d’équilibre de Hardy-Weinberg. Notez ceci à côté de la prédiction dans le tableau 1.
- Tire une paire de perles du sac. Il s’agit du génotype d’un individu de la génération suivante.
- Placez un repère dans la colonne appropriée à côté de Génération 1.
- Maintenant, en gardant chaque paire de perles hors du sac à chaque fois, répétez le dessin 20 fois pour remplir la première ligne de génération du tableau 1.
- À l’aide des calculs, calculez la fréquence des allèles pour cette génération, en n’oubliant pas de compter les deux allèles dans chaque génotype. Notez la fréquence du nouvel allèle, puis ajustez les 100 perles pour refléter la population après la génération 1 en ajoutant et en supprimant des perles si nécessaire.
- Répétez le tirage des paires de cette population ajustée pour une autre génération de 20 choix, en enregistrant toutes les observations du tableau 1.
- Après avoir calculé la fréquence des allèles pour cette génération, ajustez à nouveau la population pour configurer un tirage de troisième génération.
- Continuez à dessiner, calculer les fréquences des allèles et ajuster la population de départ jusqu’à ce que 10 générations aient été enregistrées au total.
- Violations de Hardy-Weinberg
- Pour tester l’effet de différents scénarios physiques et écologiques sur l’équilibre de Hardy-Weinberg, dessinez d’abord un bout de papier pour déterminer quelle hypothèse de Hardy-Weinberg vous allez tester.
- Faites une prédiction de ce que vous pensez qu’il pourrait se passer dans le scénario que vous avez choisi avant de commencer l’expérience, et notez-la au tableau.
- Si vous avez sélectionné le scénario de mutation, sélectionnez 5 allèles au hasard dans l’ensemble et remplacez-les par 5 allèles d’une couleur tierce, allèle B.
- Comme précédemment, effectuez la simulation en tirant des paires de perles du sac pour une génération de 20 pics, en enregistrant les résultats. Cliquez ici pour télécharger le Tableau B
- Après chaque génération, faites des ajustements pour que la population de départ corresponde à la fréquence des nouveaux allèles comme auparavant.
- Ensuite, remplacez à nouveau 5 allèles aléatoires par la nouvelle couleur, et simulez la nouvelle génération pour 20 choix.
- Si vous avez choisi le test d’accouplement non aléatoire, piochez 1 allèle à la fois au lieu de 2, puis associez-le à un autre de la même couleur tiré du sac.
- Comme pour la simulation précédente, ajustez la population pour qu’elle corresponde aux nouvelles fréquences d’allèles à la fin de la génération précédente, et effectuez la simulation pour 10 générations au total.
- Pour la condition de flux de gènes, commencez par retirer 10 allèles de la population et remplacez-les par 10 allèles sélectionnés au hasard dans un autre ensemble de 100 billes.
- Ajustez la fréquence des allèles et répétez le flux de gènes en retirant 10 perles et en ajoutant 10 perles d’un autre sac au début de chaque génération.
- Si vous avez dessiné une petite taille de population, commencez simplement chaque génération avec 60 allèles au lieu de 100.
- Comme d’habitude, ajustez les fréquences des allèles à chaque génération et enregistrez 10 générations. Dans la condition de sélection, tirez du sac de perles d’origine, mais ne comptez pas les paires homozygotes récessives qui sont tirées lors du calcul de la fréquence de l’allèle à la fin de chaque génération.
- Simulation de dérive génétique ul class="lab-items">
- Faites vos prédictions avant d’exécuter les simulations et enregistrez-les sur le tableau.
- Si vous avez le test de la petite taille de population, exécutez la simulation standard de Hardy-Weinberg comme précédemment, mais commencez plutôt chaque génération avec 30 allèles et non 100.
- Si vous avez dessiné l’effet fondateur avec le test de deux allèles, commencez la génération 1 en tirant seulement 5 paires de perles du sac.
- Ensuite, en créant le pool génétique pour la génération 2, incluez seulement 50 billes à la fréquence de l’allèle déterminée dans la génération 1. Lorsque vous créez le pool génétique pour la génération 3 et toutes les générations suivantes, incluez 100 perles.
- Pour un effet fondateur avec 10 allèles, vous devrez collecter un sac contenant des quantités aléatoires de 10 perles de couleurs différentes.
- Désignez un nom d’allèle pour chacun des nouveaux allèles, puis calculez leur fréquence d’allèle initiale.
- Maintenant, exécutez l’expérience de la même manière que l’effet fondateur avec deux allèles, en tirant seulement 5 paires au hasard pour la génération 1, puis en créant la deuxième génération avec 50 allèles, et la troisième génération et les générations suivantes avec 100. Cliquez ici pour télécharger le Tableau C
- Si vous avez la catastrophe naturelle avec 2 allèles, vous devrez récupérer une assiette en carton auprès de votre instructeur.
- Tracez une ligne au milieu de la plaque. Avant la génération 1, versez toutes les perles d’une configuration standard de 100 perles sur la plaque et mélangez-les au hasard, en les répartissant uniformément.
- Choisissez un côté de la plaque et prenez toutes les perles de ce côté. Vous devriez vous en inspirer pour créer la génération 1.
- Pour la génération 2 et au-delà, ajustez la population et utilisez un total de 100 billes.
- Enfin, si vous avez sélectionné le test de catastrophe naturelle à 10 allèles, vous devrez collecter un sac contenant 10 perles de couleurs différentes.
- Attribuez un nom à chaque nouvel allèle, puis placez-les sur la plaque et sélectionnez-en la moitié. Tirez parti de ces 50 billes pour la génération 1, puis calculez les fréquences des allèles pour obtenir une population de 100 à chaque tour suivant.
- Résultats
- À l’aide des fonctions saisies, calculez le nombre de chaque allèle en multipliant le nombre de génotypes homozygotes par 2 et en ajoutant le nombre de génotypes hétérozygotes.
- La fréquence peut alors être calculée en divisant le nombre de l’allèle en question par le nombre total d’allèles. Entrez les résultats dans le tableau.
- Ensuite, utilisez l’équation de Hardy-Weinberg pour calculer la fréquence de génotype attendue de la génération suivante, et comparez les résultats de la simulation avec la fréquence attendue, en utilisant le tableau comme guide.
- Tracez les changements de fréquences des gènes de la population au fil du temps que vous avez enregistrés dans le tableau. Notez tout changement dans les fréquences des allèles au fil du temps et si des allèles diminuent en fréquence au point de disparaître de la population.
- Tracez les changements dans les populations des 25 et 100 zygotes avec des fréquences génétiques initiales de 0,5 pour chaque allèle. Comparez les résultats de la petite population et des grandes populations. REMARQUE : On s’attend à ce que les fréquences alléliques observées diffèrent légèrement des valeurs attendues de Hardy-Weinberg en raison du hasard de la fonction RAND.
- À l’aide de lignes distinctes pour chaque allèle, représenter graphiquement les fréquences des allèles trouvées pour l’expérience originale de Hardy-Weinberg sur 10 générations.
- Comparez les résultats de la classe et voyez si vos résultats concordent.
- Ensuite, toujours à l’aide d’une ligne par allèle, tracez graphiquement les résultats de votre deuxième expérience testant les violations de l’équilibre de Hardy-Weinberg, et partagez votre résultat avec la classe. Comparez vos résultats réels avec votre prédiction.
- Enfin, représentez graphiquement les résultats de votre scénario de simulation de dérive génétique de la même manière.
- Encore une fois, présentez vos résultats au groupe et émettez des hypothèses sur les raisons pour lesquelles vos résultats correspondent ou non à votre prédiction. Comparez vos résultats à ceux de vos camarades de classe.