Харди-Вайнберг и генетический дрейф

0 просмотров06:19 мин.
Print Procedure Steps
  1. Моделирование класса <кнопка class="expand">Expand
    • Начните с открытия нового файла таблицы. Следуя уравнению Харди-Вайнберга, где p — частота доминантного аллеля A в популяции, а q определяется как частота рецессивного аллеля B, входная частота p аллеля A в клетку B2 и частота q аллеля B в клетке B3.
    • Присвойте значение 0.5 ячейке C2.
    • Следуя уравнению 1 – p = q, введите формулу "= 1 – C2" в ячейку C3, чтобы рассчитать частоту q аллеля B. ПРИМЕЧАНИЕ: Ячейки C2 и C3 будут представлять собой генофонд, используемый на следующих нескольких шагах.
    • Обозначьте ячейки E2 и F2 "Аллель 1" и "Аллель 2" соответственно, затем введите код RAND для случайной формулы в ячейку E3. =IF (RAND()
    • Выберите ячейку E3 и перетащите правый нижний угол ячейки вниз до E27, чтобы продублировать формулу на 25 ячеек, создав аллель для другого потомка, и введите в ячейку F3 ту же формулу, которая использовалась в ячейке Е3.
    • Добавьте третий столбец данных, начиная с описания "Генотип" в ячейке G2, и добавьте функцию CONCATENATE в ячейку G3, чтобы объединить два случайно сгенерированных аллеля и создать генотип.
    • Перетащите эту формулу вниз на 25 ячеек и пометьте ячейки H2, I2 и J2 AA, AB и BB соответственно.
    • Затем введите одну функцию IF, как показано здесь, в ячейки H3, I3 и J3. Перетащите формулы вниз на 25 строк в столбце. Формулы вернут 1, если генотип в этой строке совпадает с генотипом в строке заголовка, и 0, если генотип в этой строке является одним из двух других генотипов. H3: = IF (G3="AA",1,0) I3: =IF(OR(G3="AB,G3="BA"),1,0) J3: =IF(G3="BB",1,0)
    • Затем пометьте ячейку D28 как "SUM", добавьте формулу в ячейку H28 и перетащите формулу в ячейки I28 и J28, чтобы получить общее число каждого генотипа.
    • Далее, помечаем ячейки H30 и J30 "A" и "B" соответственно и помечаем ячейку D31 "Количество аллелей".
    • Добавьте код к ячейкам H31 и J31, чтобы получить общее количество аллелей в моделируемом поколении, которое в два раза превышает частоту соответствующего гомозиготного генотипа, плюс частота гетерозиготного генотипа.
    • Затем пометьте ячейку E32 "Частота аллеля следующего поколения" и добавьте код к ячейкам H32 и J32, чтобы получить соотношение аллелей в следующем поколении.
    • Используя частоты генов, сгенерированные в математической модели, которую вы только что построили, настройте значения генофонда в клетках C2 и C3 на значения из H32 и J32 и запустите еще 10 поколений, каждый раз обновляя генофонд с полученной частотой аллеля.
    • Запишите соотношение двух переменных в каждый момент времени в таблице на таблице и создайте линейный график, чтобы увидеть, как небольшая популяция меняется с течением времени. Гипотезы: Экспериментальная гипотеза в этом исследовании заключается в том, что меньшие популяции будут больше отклоняться от ожидаемых частот аллелей Харди-Вайнберга, чем более крупные популяции, потому что меньшие популяции более восприимчивы к генетическому дрейфу. Нулевая гипотеза состоит в том, что частоты аллелей в популяциях не будут отличаться от ожидаемых частот уравнения равновесия Харди-Вайнберга, что означает, что частоты аллелей будут одинаковыми от поколения к поколению.
    • Установите частоту гена A равным 0,3 и гена B равным 0,7 и запустите модель еще 10 раз, записывая соотношение генов в следующем поколении в таблицу после каждого запуска.
    • Затем перетащите формулы для ячеек ниже, чтобы изменить модель, включив в нее 100 зигот, и запустите модель еще 10 раз.
    • После последнего запуска сохраните все рабочие данные на персональное запоминающее устройство и выйдите из программы электронных таблиц.
  2. Симуляция Харди-Вайнберга и генетического дрейфа <кнопка class="expand">Expand
    • Для начала, найди партнера, а затем забери одну сумку у инструктора.
    • Убедитесь, что в сумке есть бусины двух разных цветов и четное количество каждого цвета.
    • Обозначьте один цвет как аллель с большой буквы A, а другой как малый a. Гипотезы: Экспериментальная гипотеза для этого моделирования заключается в том, что частоты аллелей не будут меняться в течение 10 поколений эксперимента, и будет наблюдаться равновесие Харди-Вайнберга. Нулевая гипотеза состоит в том, что равновесие не будет видно в популяции.
    • Обратите внимание на начальную частоту в таблице 1 рядом с нулевым поколением. Используя уравнение Харди-Вайнберга, рассчитайте начальные частоты генотипов популяции и отметьте это в таблице 1. Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу A
    • Затем обсудите со своим партнером ожидаемые конечные частоты аллелей и генотипов после 10 поколений равновесия Харди-Вайнберга. Обратите на это внимание рядом с прогнозом в таблице 1.
    • Вытащи пару бусин из сумки. Он представляет собой генотип одной особи в следующем поколении.
    • Поставьте отметку подсчета в соответствующей колонке рядом с Поколением 1.
    • Теперь, каждый раз держа каждую пару бусин вне пакета, повторите рисунок 20 раз, чтобы заполнить первую строку поколения таблицы 1.
    • Используя подсчеты, рассчитайте частоту аллелей для этого поколения, не забывая посчитать оба аллеля в каждом генотипе. Запишите частоту нового аллеля, а затем отрегулируйте 100 бусин, чтобы они отражали популяцию после поколения 1, добавляя и удаляя бусины по мере необходимости.
    • Повторите жеребьевку пар из этой скорректированной популяции для следующего поколения из 20 выборок, записав все наблюдения в таблице 1.
    • После вычисления частоты аллеля для этого поколения, снова скорректируйте популяцию, чтобы настроить третье поколение.
    • Продолжайте рисовать, вычислять частоты аллелей и корректировать начальную популяцию, пока в общей сложности не будет зарегистрировано 10 поколений.
  3. Нарушения закона Харди-Вайнберга
    • Чтобы проверить влияние различных физических и экологических сценариев на равновесие Харди-Вайнберга, сначала нарисуйте листок бумаги, чтобы определить, какое предположение Харди-Вайнберга вы будете проверять.
    • Сделайте прогноз того, что, по вашему мнению, может произойти в выбранном вами сценарии, прежде чем начать эксперимент, и запишите это на доску.
    • Если вы выбрали сценарий мутации, выберите 5 аллелей случайным образом из набора и замените их на 5 аллелей третьего цвета, аллель с заглавной буквы B.
    • Как и раньше, выполните симуляцию, вытаскивая пары бусин из сумки для поколения из 20 пиков, записывая результаты. Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу B
    • После каждого поколения вносите коррективы, чтобы начальная популяция соответствовала частоте нового аллеля, как и раньше.
    • Затем снова замените 5 случайных аллелей на новый цвет и смоделируйте новое поколение для 20 выборов.
    • Если вы выбрали тест на неслучайное спаривание, вытяните по 1 аллелю за раз вместо 2, а затем соедините его с другим такого же цвета, вытащенным из пакета.
    • Как и в предыдущем моделировании, настройте популяцию в соответствии с новыми частотами аллелей в конце предыдущего поколения и проведите моделирование всего для 10 поколений.
    • Для условия потока генов начните с удаления 10 аллелей из популяции и замены их на 10 случайно выбранных аллелей из другого набора из 100 бусин.
    • Отрегулируйте частоту аллеля и повторите поток генов, удаляя 10 бусин и добавляя 10 бусин из другого пакета в начале каждого поколения.
    • Если вы нарисовали небольшой размер популяции, просто начните каждое поколение с 60 аллелей вместо 100.
    • Как обычно, регулируйте частоты аллелей каждое поколение и записывайте 10 поколений. В условии выбора возьмите из исходного пакета бусин, но не учитывайте гомозиготные рецессивные пары, которые вычерчиваются при вычислении частоты аллеля в конце каждого поколения.
  4. Симуляция генетического дрейфа <кнопка class="expand">Expand
    • Делайте свои прогнозы перед запуском симуляций и записывайте их на доске.
    • Если у вас есть тест на малый размер популяции, запустите стандартное моделирование Харди-Вайнберга, как раньше, но вместо этого начинайте каждое поколение с 30 аллелей, а не со 100.
    • Если вы нарисовали эффект основателя с помощью теста двух аллелей, начните поколение 1, вытянув всего 5 пар бусин из пакета.
    • Затем, создавая генофонд для поколения 2, включаем только 50 бусин с частотой аллеля, определенной в поколении 1. Когда вы создаете генофонд для поколения 3 и всех последующих поколений, включите в него 100 бусин.
    • Для эффекта основателя с 10 аллелями вам нужно будет собрать мешок, содержащий случайное количество 10 бусин разных цветов.
    • Назначьте имя аллеля для каждого из новых аллелей, а затем вычислите их начальную частоту аллеля.
    • Теперь проведите эксперимент так же, как эффект основателя с двумя аллелями, нарисовав всего 5 пар случайным образом для поколения 1, а затем создав второе поколение с 50 аллелями, а третье и последующие поколения со 100. Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу C
    • Если у вас стихийное бедствие с 2 аллелями, вам нужно будет получить бумажную тарелку у вашего инструктора.
    • Проведи линию посередине тарелки. Перед поколением 1 высыпьте на тарелку все бусины из стандартного набора из 100 бусин и перемешайте их случайным образом, равномерно распределив.
    • Выберите одну сторону тарелки и возьмите все бусины с этой стороны. Вы должны использовать их для создания поколения 1.
    • Для поколения 2 и далее настройте популяцию и используйте в общей сложности 100 бусин.
    • Наконец, если вы выбрали тест на стихийное бедствие с 10 аллелями, вам нужно будет собрать мешок, содержащий 10 разноцветных бусин.
    • Назначьте имя каждому новому аллелю, а затем поместите их на тарелку и выберите половину. Вытяните из этих 50 бусин для поколения 1, а затем рассчитайте частоты аллелей, чтобы получить популяцию из 100 в каждом последующем раунде.
  5. Результаты <кнопка class="expand">Expand
    • Используя введенные функции, вычислите количество каждого аллеля, умножив количество гомозиготных генотипов на 2 и прибавив количество гетерозиготных генотипов.
    • Затем частоту можно рассчитать, разделив количество рассматриваемого аллеля на общее количество аллелей. Занесите результаты в таблицу.
    • Далее используйте уравнение Харди-Вайнберга для расчета ожидаемой частоты генотипа следующего поколения и сравните результаты моделирования с ожидаемой частотой, используя таблицу в качестве руководства.
    • Составьте график изменений частот генов популяции с течением времени, которые вы записали в таблице. Обратите внимание на любые изменения частот аллелей с течением времени и на то, уменьшаются ли частоты аллелей до такой степени, что они исчезают из популяции.
    • График изменений в популяциях 25 и 100 зигот с начальной частотой генов 0,5 для каждого аллеля. Сравните результаты меньшей популяции и большей популяции. Примечание: Ожидается, что наблюдаемые частоты аллелей будут незначительно отличаться от ожидаемых значений Харди-Вайнберга в результате случайности функции RAND.
    • Используя отдельные линии для каждого аллеля, построите график частот аллелей, найденных для оригинального эксперимента Харди-Вайнберга за 10 поколений.
    • Сравните результаты по всему классу и посмотрите, совпадают ли ваши результаты.
    • Далее, снова используя одну линию на аллель, постройте график результатов вашего второго эксперимента, проверяющего нарушения равновесия Харди-Вайнберга, и поделитесь своим выводом с классом. Сравните свои фактические результаты с вашим прогнозом.
    • Наконец, постройте график результатов вашего сценария моделирования генетического дрейфа таким же образом.
    • Опять же, представьте свои результаты группе и предположите, почему ваши результаты совпали или не совпали с вашим прогнозом. Сравните свои результаты с результатами одноклассников.

Browse More Videos

Равновесие Харди-Вайнберга