Hardy-Weinberg e a deriva genética
- Simulação de classe
- 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, a frequência de entrada p do alelo A na célula B2 e a frequência q do alelo B na célula B3.
- Atribua o valor 0,5 à célula C2.
- Seguindo a equação 1 – p = q, insira a fórmula "= 1 – C2" na célula C3 para calcular a frequência q do alelo B. NOTA: As células C2 e C3 representarão o pool genético usado nas próximas etapas.
- Rotule as células E2 e F2 "Alelo 1" e "Alelo 2", respectivamente, e insira o código RAND para a fórmula aleatória na célula E3. =IF (RAND()
- 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 "Genótipo" na célula G2 e adicione a função CONCATENAR à célula G3 para combinar os dois alelos gerados aleatoriamente e criar um genótipo.
- Arraste esta fórmula para baixo para 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 1 se o genótipo nesta linha corresponder ao genótipo na linha de cabeçalho e um 0 se o genótipo nesta linha for um dos outros dois genótipos. H3: = SE (G3="AA",1,0) I3: =SE(OU(G3="AB,G3="BA"),1,0) J3: =SE(G3="BB",1,0)
- 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 a célula D31 "Número de alelos".
- 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 célula E32 como "Frequência de alelos de próxima geração" 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 do alelo resultante a cada vez.
- Registre a proporção das duas variáveis em cada ponto de tempo na planilha na tabela e crie um gráfico de linhas para ver como uma pequena população muda ao longo do tempo. Hipóteses: 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.
- Simulação para Hardy-Weinberg e Deriva Genética ul class="lab-items">
- Para começar, encontre um parceiro e pegue uma bolsa do instrutor.
- Verifique se a bolsa contém contas de duas cores diferentes e um número par de cada cor.
- Designe uma cor como alelo maiúsculo A e a outra como a minúsculo. Hipóteses: 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 1 ao lado da geração zero. Usando a equação de Hardy-Weinberg, calcule as frequências genódicas iniciais da população e anote isso na Tabela 1. Clique aqui para baixar a Tabela A
- 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 1.
- Desenhe um par de contas da bolsa. Isso representa o genótipo de um indivíduo na próxima geração.
- Coloque uma marca de contagem na coluna apropriada ao lado da Geração 1.
- Agora, mantendo cada par de contas fora da bolsa todas as vezes, repita o desenho 20 vezes para preencher a linha de geração um da Tabela 1.
- Usando as contagens, calcule a frequência de alelos para essa 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 Geração 1, 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 1.
- Depois de calcular a frequência do alelo para esta geração, ajuste a população novamente para configurar um sorteio de terceira geração.
- Continue desenhando, calculando frequências de alelos e ajustando a população inicial até que 10 gerações tenham sido registradas no total.
- Violações de Hardy-Weinberg
- 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 5 alelos aleatoriamente do conjunto e substitua-os por 5 de uma terceira cor, alelo maiúsculo B.
- Como antes, execute a simulação puxando pares de contas da bolsa para uma geração de 20 escolhas, registrando os resultados. Clique aqui para baixar a Tabela B
- Após cada geração, faça ajustes para que a população inicial corresponda à nova frequência de alelos como antes.
- Em seguida, substitua 5 alelos aleatórios novamente pela nova cor e simule a nova geração para 20 escolhas.
- Se você escolheu o teste de acasalamento não aleatório, desenhe 1 alelo de cada vez em vez de 2 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 de população 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.
- Simulação de deriva genética
- 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 1 desenhando apenas 5 pares de contas da bolsa.
- Em seguida, criando o pool genético para a geração 2, inclua apenas 50 contas na frequência do alelo determinada na geração 1. Quando você cria o pool genético para a geração 3 e todas as gerações subsequentes, inclua 100 contas.
- Para um 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 5 pares aleatoriamente para a geração 1 e, em seguida, criando a segunda geração com 50 alelos e a terceira e as gerações subsequentes com 100. Clique aqui para baixar a Tabela C
- Se você tiver o desastre natural com 2 alelos, precisará coletar um prato de papel do seu instrutor.
- Desenhe uma linha no meio da placa. Antes da geração 1, despeje todas as contas de uma configuração padrão de 100 contas no prato e misture-as aleatoriamente, espalhando-as uniformemente.
- Escolha um lado da placa e pegue todas as contas desse lado. Você deve se basear neles para criar a geração 1.
- Para a geração 2 e além, ajuste a população e use um total de 100 contas.
- Finalmente, se você selecionou o teste de desastre natural com 10 alelos, precisará coletar uma bolsa contendo 10 contas de cores diferentes.
- Atribua um nome a cada novo alelo e, em seguida, coloque-os na placa e selecione a metade. Desenhe a partir dessas 50 contas para a geração 1 e, em seguida, calcule as frequências alélicas para fazer uma população de 100 em cada rodada subsequente.
- Resultados
- Usando as funções inseridas, calcule o número de cada alelo multiplicando o número de genótipos homozigotos por 2 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. Observe quaisquer mudanças nas frequências dos alelos ao longo do tempo e se algum alelo diminui de 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. Compare os resultados da população menor e das populações maiores. NOTA: 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 os resultados concordam.
- 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. Compare seus resultados reais com sua previsão.
- 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. Compare seus resultados com os de seus colegas de classe.