Hardy-Weinberg e la deriva genetica
- Simulazione di Classe
- Inizia aprendo un nuovo file di foglio di calcolo. Seguendo l'equazione di Hardy-Weinberg dove p è la frequenza di un allele dominante A in una popolazione, e q è definito come la frequenza di un allele recessivo B, la frequenza di input p dell'allele A nella cella B2 e la frequenza q dell'allele B nella cellula B3.
- Assegna il valore 0.5 alla cella C2.
- Seguendo l'equazione 1 – p = q, inserisci la formula "= 1 – C2" nella cella C3 per calcolare la frequenza q dell'allele B. NOTA: Le celle C2 e C3 rappresenteranno il pool genetico utilizzato nei prossimi passaggi.
- Etichetta le celle E2 e F2 rispettivamente "Allele 1" e "Allele 2", quindi inserisci il codice RAND per la formula casuale nella cella E3. =IF (RAND()
- Seleziona la cella E3 e trascina l'angolo in basso a destra della cella fino a E27 per duplicare la formula in 25 celle, creando un allele per l'altra prole, e immettere la stessa formula utilizzata nella cella E3 nella cella F3.
- Aggiungi una terza colonna di dati che inizia con la descrizione "Genotipo" nella cella G2 e aggiungi la funzione CONCATENA alla cella G3 per combinare i due alleli generati casualmente e creare un genotipo.
- Trascina questa formula verso il basso per 25 celle ed etichetta rispettivamente le celle H2, I2 e J2 AA, AB e BB.
- Quindi, inserisci una funzione IF come mostrato qui nelle celle H3, I3 e J3. Trascina le formule verso il basso per 25 righe per colonna. Le formule restituiranno un 1 se il genotipo in questa riga corrisponde al genotipo nella riga di intestazione e uno 0 se il genotipo in questa riga è uno degli altri due genotipi. H3: = IF (G3="AA",1,0) I3: =IF(OR(G3="AB,G3="BA"),1,0) J3: =IF(G3="BB",1,0)
- Quindi, etichetta la cella D28 come "SUM", aggiungi la formula alla cella H28 e trascina la formula alle celle I28 e J28 per ottenere il numero totale di ciascun genotipo.
- Successivamente, etichetta le celle H30 e J30 rispettivamente "A" e "B" e etichetta la cella D31 "Numero di alleli".
- Aggiungi il codice alle celle H31 e J31 per ottenere il numero totale di alleli nella generazione simulata, che è due volte la frequenza del rispettivo genotipo omozigote, più la frequenza del genotipo eterozigote.
- Quindi, etichetta la cella E32 "Frequenza allelica di nuova generazione" e aggiungi il codice alle celle H32 e J32 per ottenere il rapporto degli alleli nella prossima generazione.
- Utilizzando le frequenze geniche generate nel modello matematico che hai appena costruito, regola i valori del pool genico nelle cellule C2 e C3 a quelli di H32 e J32 ed esegui altre 10 generazioni, aggiornando ogni volta il pool genico con la frequenza allelica risultante.
- Registra il rapporto tra le due variabili in ogni punto temporale del foglio di calcolo sulla tabella e crea un grafico a linee per vedere come cambia una piccola popolazione nel tempo. Ipotesi: L'ipotesi sperimentale in questo studio è che le popolazioni più piccole si discosteranno maggiormente dalle frequenze attese di Hardy-Weinberg degli alleli rispetto alle popolazioni più grandi, perché le popolazioni più piccole sono più suscettibili alla deriva genetica. L'ipotesi nulla è che le frequenze alleliche all'interno delle popolazioni non differiranno dalle frequenze attese dell'equazione di equilibrio di Hardy-Weinberg, il che significa che le frequenze alleliche saranno le stesse di generazione in generazione.
- Imposta la frequenza del gene A a 0,3 e del gene B a 0,7, ed esegui il modello altre 10 volte, registrando il rapporto dei geni nella generazione successiva nella tabella dopo ogni esecuzione.
- Quindi, trascina le formule per le celle più in basso per modificare il modello in modo da includere 100 zigoti ed eseguire il modello altre 10 volte.
- Dopo l'ultima esecuzione, salva tutti i dati di lavoro su un dispositivo di archiviazione personale ed esci dal programma per fogli di calcolo.
- Simulazione per Hardy-Weinberg e la deriva genetica
- Per iniziare, trova un partner e poi raccogli una borsa dall'istruttore.
- Verifica che la borsa contenga perline di due colori diversi e un numero pari di ogni colore.
- Designa un colore come allele maiuscolo A e l'altro come piccola a. Ipotesi: L'ipotesi sperimentale per questa simulazione è che le frequenze alleliche non cambieranno nel corso delle 10 generazioni dell'esperimento e verrà osservato l'equilibrio di Hardy-Weinberg. L'ipotesi nulla è che l'equilibrio non si vedrà nella popolazione.
- Annota la frequenza iniziale nella Tabella 1 accanto alla generazione zero. Utilizzando l'equazione di Hardy-Weinberg, calcolare le frequenze genotipiche iniziali della popolazione e annotarle nella Tabella 1. Clicca qui per scaricare la Tabella A
- Quindi, discuti con il tuo partner sulle frequenze finali di alleli e genotipi previste dopo 10 generazioni di equilibrio di Hardy-Weinberg. Si noti questo accanto alla previsione nella Tabella 1.
- Estrai un paio di perline dalla borsa. Questo rappresenta il genotipo di un individuo nella generazione successiva.
- Posiziona un segno di conteggio nella colonna appropriata accanto a Generazione 1.
- Ora, tenendo ogni coppia di perline fuori dal sacchetto ogni volta, ripeti il disegno 20 volte per riempire la prima riga della Tabella 1.
- Utilizzando i conteggi, calcola la frequenza degli alleli per quella generazione, ricordandoti di contare entrambi gli alleli in ciascun genotipo. Prendi nota della nuova frequenza allelica, quindi regola le 100 perline in modo che riflettano la popolazione dopo la prima generazione aggiungendo e rimuovendo le perline secondo necessità.
- Ripeti l'estrazione delle coppie da questa popolazione aggiustata per un'altra generazione di 20 prelievi, registrando tutte le osservazioni nella Tabella 1.
- Dopo aver calcolato la frequenza allelica per questa generazione, regola nuovamente la popolazione per impostare un sorteggio di terza generazione.
- Continua a disegnare, calcolare le frequenze alleliche e regolare la popolazione iniziale fino a quando non sono state registrate 10 generazioni in totale.
- Violazioni di Hardy-Weinberg
- Per testare l'effetto di diversi scenari fisici ed ecologici sull'equilibrio di Hardy-Weinberg, prima disegna un foglietto di carta per determinare quale ipotesi di Hardy-Weinberg testerai.
- Fai una previsione di ciò che pensi possa accadere nello scenario selezionato prima di iniziare l'esperimento e registrala alla lavagna.
- Se hai selezionato lo scenario di mutazione, seleziona 5 alleli a caso dal set e sostituiscili con 5 di un terzo colore, allele maiuscolo B.
- Come prima, esegui la simulazione estraendo coppie di perline dal sacchetto per una generazione di 20 prelievi, registrando i risultati. Clicca qui per scaricare la Tabella B
- Dopo ogni generazione, apporta modifiche per fare in modo che la popolazione iniziale corrisponda alla nuova frequenza allelica come prima.
- Quindi, sostituisci di nuovo 5 alleli casuali con il nuovo colore e simula la nuova generazione per 20 prelievi.
- Se hai scelto il test di accoppiamento non casuale, disegna 1 allele alla volta invece di 2 e poi abbinalo con un altro dello stesso colore estratto dalla borsa.
- Come per la simulazione precedente, regola la popolazione in modo che corrisponda alle nuove frequenze alleliche alla fine della generazione precedente ed esegui la simulazione per 10 generazioni in totale.
- Per la condizione di flusso genico, inizia rimuovendo 10 alleli dalla popolazione e sostituendoli con 10 alleli selezionati casualmente da un altro set di 100 perline.
- Regola la frequenza dell'allele e ripeti il flusso genico rimuovendo 10 perline e aggiungendo 10 perline da un'altra borsa all'inizio di ogni generazione.
- Se hai disegnato una popolazione di piccole dimensioni, inizia semplicemente ogni generazione con 60 alleli invece di 100.
- Come al solito, regola le frequenze alleliche ogni generazione e registra 10 generazioni. Nella condizione di selezione, prelevare dal sacchetto originale di perline ma non contare le coppie recessive omozigoti che vengono disegnate quando si calcola la frequenza allelica alla fine di ogni generazione.
- Simulazione della deriva genetica
- Fai le tue previsioni prima di eseguire le simulazioni e registrale sulla lavagna.
- Se hai il test della piccola dimensione della popolazione, esegui la simulazione standard di Hardy-Weinberg come prima, ma inizia invece ogni generazione con 30 alleli e non 100.
- Se hai disegnato l'effetto fondatore con il test di due alleli, inizia la generazione 1 estraendo solo 5 paia di perline dalla borsa.
- Quindi, creando il pool genetico per la generazione 2, includi solo 50 perline alla frequenza allelica determinata nella generazione 1. Quando crei il pool genetico per la generazione 3 e tutte le generazioni successive, includi 100 perline.
- Per un effetto fondatore con 10 alleli, dovrai raccogliere una borsa contenente quantità casuali di 10 perline di colore diverso.
- Designa un nome allele per ciascuno dei nuovi alleli, quindi calcola la loro frequenza allelica iniziale.
- Ora, esegui l'esperimento allo stesso modo dell'effetto fondatore con due alleli, estraendo solo 5 coppie a caso per la generazione 1 e poi creando la seconda generazione con 50 alleli e la terza e le generazioni successive con 100. Clicca qui per scaricare la Tabella C
- Se hai il disastro naturale con 2 alleli, dovrai raccogliere una lastra di carta dal tuo istruttore.
- Disegna una linea al centro del piatto. Prima della generazione 1, versare tutte le perline da una configurazione standard di 100 perline sul piatto e mescolarle in modo casuale, distribuendole uniformemente.
- Scegli un lato del piatto e prendi tutte le perline da quel lato. Dovresti attingere da questi per creare la generazione 1.
- Per la generazione 2 e oltre, regola la popolazione e usa un totale di 100 perline.
- Infine, se hai selezionato il test del disastro naturale con 10 alleli, dovrai raccogliere un sacchetto contenente 10 perline di colore diverso.
- Assegna un nome a ogni nuovo allele, quindi posizionali sulla piastra e seleziona la metà. Attingi da queste 50 perle per la generazione 1, quindi calcola le frequenze alleliche per ottenere una popolazione di 100 in ogni round successivo.
- Risultati
- Utilizzando le funzioni inserite, calcola il numero di ciascun allele moltiplicando per 2 il numero dei genotipi omozigoti e sommando il numero dei genotipi eterozigoti.
- La frequenza può quindi essere calcolata dividendo il numero dell'allele in questione per il numero totale di alleli. Immettere i risultati nella tabella.
- Successivamente, usa l'equazione di Hardy-Weinberg per calcolare la frequenza di genotipo prevista della prossima generazione e confronta i risultati della simulazione con la frequenza prevista, usando la tabella come guida.
- Traccia i cambiamenti delle frequenze geniche della popolazione nel tempo che hai registrato nella tabella. Notare eventuali cambiamenti nelle frequenze degli alleli nel tempo e se alcuni alleli diminuiscono di frequenza al punto da scomparire dalla popolazione.
- Traccia i cambiamenti nelle popolazioni dei 25 e 100 zigoti con frequenze geniche iniziali di 0,5 per ogni allele. Confrontare i risultati della popolazione più piccola e delle popolazioni più grandi. NOTA: Si prevede che le frequenze alleliche osservate differiscano leggermente dai valori attesi di Hardy-Weinberg a causa del caso della funzione RAND.
- Utilizzando linee separate per ogni allele, rappresenta graficamente le frequenze alleliche trovate per l'esperimento originale di Hardy-Weinberg su 10 generazioni.
- Confronta i risultati in tutta la classe e vedi se i tuoi risultati concordano.
- Quindi, utilizzando di nuovo una riga per allele, rappresenta graficamente i risultati del tuo secondo esperimento che verifica le violazioni dell'equilibrio di Hardy-Weinberg e condividi la tua scoperta con la classe. Confronta i tuoi risultati effettivi con la tua previsione.
- Infine, rappresenta graficamente i risultati del tuo scenario di simulazione della deriva genetica allo stesso modo.
- Ancora una volta, presenta i tuoi risultati al gruppo e ipotizza perché i tuoi risultati hanno o non corrispondono alla tua previsione. Confronta i tuoi risultati con quelli dei tuoi compagni di classe.