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Nesta atividade, você modelará as frequências de dois alelos em uma população hipotética sob várias condições usando um programa de software de planilha e contas coloridas. Comece abrindo um novo arquivo de planilha. Seguindo a equação de Hardy-Weinberg, onde p é a frequência de um alelo dominante A em uma população e q é definido como a frequência de um alelo recessivo B, frequência de entrada p do alelo A na célula B2 e frequência q do alelo B na célula B3. Atribua o valor 0,5 à célula C2. Seguindo a equação de um menos p igual a q, insira a fórmula 1-C2 na célula C3 para calcular a frequência q do alelo B. As células C2 e C3 representarão o pool genético usado nas próximas etapas.
Rotule as células E2 e F2 alelo um e alelo dois, respectivamente. Em seguida, insira este código RAND para fórmula aleatória na célula E3. As fórmulas aleatórias gerarão novos valores cada vez que a planilha for modificada, e a instrução IF retornará a letra A se o número gerado aleatoriamente for menor ou igual a p e a B se for maior que p. Esta função simulará a frequência de um dos alelos em nossa próxima geração.
Selecione a célula E3 e arraste o canto inferior direito da célula para baixo até E27 para duplicar a fórmula em 25 células, criando um alelo para a outra prole, e insira a mesma fórmula que foi usada na célula E3 na célula F3. Adicione uma terceira coluna de dados começando com a descrição do genótipo na célula G2 e adicione a função CONCATENAR à célula G3 para combinar os dois alelos gerados aleatoriamente e criar um genótipo. Arraste essa fórmula para baixo por 25 células e rotule as células H2, I2 e J2 AA, AB e BB, respectivamente. Em seguida, insira uma função IF, conforme mostrado aqui, nas células H3, I3 e J3. Arraste as fórmulas para baixo por 25 linhas por coluna.
As fórmulas retornarão um se o genótipo nesta linha corresponder ao genótipo na linha de cabeçalho e um zero se o genótipo nesta linha for um dos outros dois genótipos. Em seguida, rotule a célula D28 como SUM, adicione a fórmula à célula H28 e arraste a fórmula para as células I28 e J28 para obter o número total de cada genótipo. Em seguida, rotule as células H30 e J30 A e B, respectivamente, e rotule o número de alelos da célula D31.
Adicione código às células H31 e J31 para obter o número total de alelos na geração simulada, que é duas vezes a frequência do respectivo genótipo homozigoto mais a frequência do genótipo heterozigoto. Em seguida, rotule a frequência do alelo da próxima geração da célula E32 e adicione código às células H32 e J32 para obter a proporção de alelos na próxima geração. Usando as frequências gênicas geradas no modelo matemático que você acabou de construir, ajuste os valores do pool genético nas células C2 e C3 para os de H32 e J32 e execute mais 10 gerações, atualizando o pool genético com a frequência alélica resultante a cada vez.
Registre a proporção das duas variáveis em cada ponto da planilha e da tabela e crie um gráfico de linhas para ver como uma pequena população muda ao longo do tempo. A hipótese experimental neste estudo é que populações menores se desviarão mais das frequências esperadas de Hardy-Weinberg dos alelos do que populações maiores, porque populações menores são mais suscetíveis à deriva genética. A hipótese nula é que as frequências alélicas dentro das populações não diferirão das frequências esperadas da equação de equilíbrio de Hardy-Weinberg, o que significa que as frequências alélicas serão as mesmas de geração para geração.
Defina a frequência do gene A para 0,3 e do gene B para 0,7 e execute o modelo mais 10 vezes, registrando a proporção dos genes na próxima geração na tabela após cada execução. Em seguida, arraste as fórmulas das células mais para baixo para alterar o modelo para incluir 100 zigotos e execute o modelo mais 10 vezes. Após a última execução, salve todos os dados de trabalho em um dispositivo de armazenamento pessoal e saia do programa de planilha.
Para começar, encontre um parceiro e, em seguida, pegue uma sacola do instrutor. Verifique se a bolsa contém contas de duas cores diferentes e um número par de cada cor. Designe uma cor como alelo A maiúsculo e a outra como a minúsculo.
A hipótese experimental para esta simulação é que as frequências alélicas não mudarão ao longo das 10 gerações do experimento e o equilíbrio de Hardy-Weinberg será observado. A hipótese nula é que o equilíbrio não será visto na população. Observe a frequência inicial na tabela um ao lado da geração zero.
Usando a equação de Hardy-Weinberg, calcule as frequências genódicas iniciais da população e observe isso na tabela um. Em seguida, discuta com seu parceiro sobre as frequências finais esperadas de alelos e genótipos após 10 gerações de equilíbrio de Hardy-Weinberg. Observe isso ao lado da previsão na tabela um.
Desenhe um par de contas do saco. Isso representa o genótipo de um indivíduo na próxima geração. Coloque uma marca de contagem na coluna apropriada ao lado da geração um.
Agora, mantendo cada par de contas fora do saco todas as vezes, repita o desenho 20 vezes para preencher a linha da primeira geração da mesa um. Usando as contagens, calcule a frequência alélica para aquela geração, lembrando-se de contar os dois alelos em cada genótipo. Anote a nova frequência do alelo e, em seguida, ajuste as 100 contas para refletir a população após a primeira geração, adicionando e removendo contas conforme necessário.
Repita o sorteio de pares dessa população ajustada para outra geração de 20 escolhas, registrando todas as observações na tabela um. Depois de calcular a frequência do alelo para esta geração, ajuste a população novamente para configurar um sorteio de terceira geração. Continue desenhando, calculando as frequências dos alelos e ajustando a população inicial, até que 10 gerações tenham sido registradas no total.
Para testar o efeito de diferentes cenários físicos e ecológicos no equilíbrio de Hardy-Weinberg, primeiro desenhe um pedaço de papel para determinar qual suposição de Hardy-Weinberg você estará testando. Faça uma previsão do que você acha que pode acontecer no cenário selecionado antes de iniciar o experimento e registre isso no quadro. Se você selecionou o cenário de mutação, selecione cinco alelos aleatoriamente do conjunto e substitua-os por cinco de uma terceira cor, alelo maiúsculo B.As antes, execute a simulação puxando pares de contas da bolsa para uma geração de 20 escolhas, registrando os resultados.
Após cada geração, faça ajustes para que a população inicial corresponda à nova frequência de alelos como antes. Em seguida, substitua cinco alelos aleatórios novamente pela nova cor e simule a nova geração para 20 escolhas. Se você escolheu o teste de acasalamento não aleatório, desenhe um alelo de cada vez em vez de dois e, em seguida, emparelhe-o com outro da mesma cor retirado da bolsa.
Assim como na simulação anterior, ajuste a população para corresponder às novas frequências alélicas no final da geração anterior e realize a simulação para 10 gerações no total. Para a condição de fluxo gênico, comece removendo 10 alelos da população e substituindo-os por 10 alelos selecionados aleatoriamente de outro conjunto de 100 contas. Ajuste a frequência do alelo e repita o fluxo gênico de remover 10 contas e adicionar 10 contas de outra bolsa no início de cada geração.
Se você desenhou um tamanho populacional pequeno, simplesmente comece cada geração com 60 alelos em vez de 100. Como de costume, ajuste as frequências dos alelos a cada geração e registre 10 gerações. Na condição de seleção, desenhe a partir do saco original de contas, mas não conte nenhum par homozigoto recessivo que seja desenhado ao calcular a frequência do alelo no final de cada geração.
Desenhe um pedaço de papel para determinar qual suposição de Hardy-Weinberg você estará testando. Cada uma das simulações será executada por 10 gerações. Faça suas previsões antes de executar as simulações e registre-as no quadro.
Se você tiver o teste de tamanho de população pequena, execute a simulação padrão de Hardy-Weinberg como antes, mas comece cada geração com 30 alelos e não 100. Se você desenhou o efeito fundador com o teste de dois alelos, comece a geração um desenhando apenas cinco pares de contas da bolsa. Em seguida, criando o pool genético para a geração dois, inclua apenas 50 contas na frequência do alelo determinada na geração um.
Constituindo o pool genético para a terceira geração e todas as gerações subsequentes, incluem 100 contas. Para efeito fundador com 10 alelos, você precisará coletar uma bolsa contendo quantidades aleatórias de 10 contas de cores diferentes. Designe um nome de alelo para cada um dos novos alelos e, em seguida, calcule sua frequência inicial de alelos.
Agora, execute o experimento da mesma forma que o efeito fundador com dois alelos, desenhando apenas cinco pares aleatoriamente para a primeira geração e, em seguida, criando a segunda geração com 50 alelos e a terceira e as gerações subsequentes com 100. Se você tiver o desastre natural com dois alelos, precisará coletar um prato de papel do seu instrutor. Desenhe uma linha no meio do prato.
Antes da primeira geração, despeje todas as contas de uma configuração padrão de 100 contas no prato e misture-as aleatoriamente, espalhando-as uniformemente. Escolha um lado do prato e pegue todas as contas desse lado. Você deve se basear nisso para criar a primeira geração.
Para a segunda geração e além, ajuste a população e use um total de 100 contas. Finalmente, se você selecionou o desastre natural com teste de 10 alelos, precisará coletar uma bolsa contendo 10 contas de cores diferentes. Atribua um nome a cada novo alelo e, em seguida, coloque-os no prato e selecione a metade.
Desenhe a partir dessas 50 contas para a primeira geração e, em seguida, calcule as frequências alélicas para fazer uma população de 100 em cada rodada subsequente. Usando as funções inseridas, calcule o número de cada alelo multiplicando o número de genótipos homozigotos por dois e adicionando o número de genótipos heterozigotos. A frequência pode então ser calculada dividindo o número do alelo em questão pelo número total de alelos.
Insira os resultados na tabela. Em seguida, use a equação de Hardy-Weinberg para calcular a frequência genotípica esperada da próxima geração e compare os resultados da simulação com a frequência esperada, usando a tabela como guia. Plote as mudanças nas frequências dos genes populacionais ao longo do tempo que você registrou na tabela.
As frequências dos alelos permanecem quase as mesmas ou um alelo diminui em frequência a ponto de desaparecer da população? Plote as mudanças nas populações dos 25 e 100 zigotos com frequências gênicas iniciais de 0,5 para cada alelo. As populações de tamanho menor ou maior permanecem mais próximas da frequência inicial do pool genético?
O tamanho da população altera a frequência com que os resultados esperados são obtidos? Espera-se que as frequências alélicas observadas sejam ligeiramente diferentes dos valores esperados de Hardy-Weinberg como resultado do acaso da função RAND. Usando linhas separadas para cada alelo, represente graficamente as frequências alélicas encontradas para o experimento original de Hardy-Weinberg ao longo de 10 gerações.
Compare os resultados em toda a classe e veja se seus resultados concordam. Por que você acha que isso acontece? Em seguida, novamente usando uma linha por alelo, represente graficamente os resultados de seu segundo experimento, testando violações do equilíbrio de Hardy-Weinberg, e compartilhe sua descoberta com a classe.
Seu resultado correspondeu à sua previsão? Se algum outro colega de classe desenhou a mesma condição, eles obtiveram o mesmo resultado? Se não, por que você acha que isso acontece?
Por fim, represente graficamente os resultados do seu cenário de simulação de deriva genética da mesma maneira. Novamente, apresente seus resultados ao grupo e suponha por que seus resultados corresponderam ou não à sua previsão. Colegas com a mesma condição obtiveram o mesmo resultado?
