Главная Общая биология Что такое поток генов. Популяционные волны, поток и дрейф генов и их роль в эволюции. Облегчение переноса генов

Что такое поток генов. Популяционные волны, поток и дрейф генов и их роль в эволюции. Облегчение переноса генов

В популяцию или из популяции может привести к значительным изменениям в частотах аллелей, так как при этом изменяется пропорция членов популяции, несущих данный аллель. Иммиграция также может привести к появлению новых вариантов генов в стабильный пул генов вида в целом или отдельной популяции.

Существует несколько факторов, которые влияют на скорость переноса генов между популяциями. Одним из наиболее значимых факторов является подвижность. Чем выше подвижность у вида, тем выше потенциал миграции. Животные как правило более подвижны, чем растения , хотя пыльца и семена могут переноситься на значительные расстояния ветром и животными.

Постоянный перенос генов между популяциями может привести к объединению двух пулов генов, снижать генетические различия между ними. Поэтому считают, что перенос генов действует против видообразования .

Например, соседство генетически модифицированных растений (например, кукурузы) с немодифицированными может привести к опылению немодифицированных растений пыльцой от модифицированных.

Энциклопедичный YouTube

1 / 2

Five fingers of evolution - Paul Andersen

Speciation: Of Ligers & Men - Crash Course Biology #15

Субтитры

(Музыка) Пять пальцев эволюции. Для глубокого понимания биологии требуется глубокое понимание процесса эволюции. Большинство людей знакомы с процессом естественного отбора. Однако это лишь один из пяти процессов, которые могут привести к эволюции. Прежде чем обсуждать все эти пять процессов, мы должны определить, что такое эволюция. Эволюция - это просто изменение в генофонде с течением времени. Но что такое генофонд? И сперва, что такое ген? Прежде чем продолжать обсуждать генетику, давайте расскажем одну историю. Представьте, что лодка опрокидывается и 10 выживших доплывают до берега пустынного острова. Их так и не спасают, и они образуют новую популяцию, которая существует тысячи лет. Странным образом, у пяти выживших были рыжие волосы. Рыжие волосы получаются, когда человек наследует две копии гена рыжих волос от своих родителей. Если у вас только одна копия гена, у вас не будет рыжих волос. Чтобы упростить ситуацию, мы предположим, что пятеро не рыжих не являются носителями этого гена. Поэтому первоначальная частота гена рыжих волос составляет 50%, или 10 из 20 генов. Эти гены являются генофондом. 20 различных генов подобны картам в колоде, которые перемешиваются с каждым новым поколением. Секс - это просто перетасовка генетической колоды. Карты перетасовываются и передаются следующему поколению; колода остаётся той же, в ней 50% рыжих. Гены перетасовываются и передаются следующему поколению; генофонд остаётся тем же, в нём 50% рыжих. Несмотря на то, что население может расти в размерах со временем, частота должна оставаться около 50%. Если эта частота когда-либо меняется, происходит эволюция. Эволюция - это просто изменение в генофонде с течением времени. Подумайте об этом применительно к картам. Если когда-либо изменится частота карт в колоде, произойдёт эволюция. Существует пять процессов, которые могут вызвать изменение частоты. Чтобы запомнить эти процессы, мы будем использовать пальцы руки, начиная с мизинца и двигаясь к большому пальцу. Мизинец должен напоминать вам, что население может сократиться. Если население сокращается, то случай может играть большую роль. Например, если только четверо выживут после эпидемии, их гены будет представлять собой новый генофонд. Следующий палец - безымянный палец. Этот палец должен напоминать вам о спаривании, потому что кольцо представляет пару. Если люди выбирают партнёра на основе его внешнего вида или местоположения, частота может измениться. Если бы рыжеволосые спаривались только с рыжеволосыми, они могли бы в конечном итоге сформировать новую популяцию. Если бы никто никогда не спаривался с рыжеволосыми, эти гены могли бы уменьшиться. Следующий палец - это средний палец. М в среднем [англ. middle] пальце должна напомнить вам об М в слове «мутация». Если новый ген добавляется благодаря мутации, это может повлиять на частоту. Представьте себе, что мутация гена создала новый цвет волос. Это очевидно изменило бы частоту в генофонде. Указательный палец должен напоминать вам о движении. Если новые люди прибудут на территорию, или иммигрируют, частота изменится. Если люди будут уезжать с территории, или эмигрировать, частота изменится. В науке мы называем это движение потоком генов. Все четыре процесса, представляемые нашими пальцами, могут приводить к эволюции. Небольшой размер популяции, неслучайное спаривание, мутации и поток генов. Однако ни один из них не приводит к адаптации. Естественный отбор является единственным процессом, который создаёт организмы, приспособленные лучше к их локальной окружающей среде. Я использую большой палец, чтобы запомнить этот процесс. Природа голосует большим пальцем вверх за адаптации, которые будут хороши в окружающей их среде, и пальцем вниз - за адаптации, которые будут неудачны. Гены тех, кто не приспособлен к своей окружающей среде, будут постепенно заменены теми, которые лучше приспособлены. Рыжие волосы является примером одной из этих адаптаций. Рыжие волосы дают преимущество в северном климате, потому что светлая кожа позволила предкам поглощать больше света и синтезировать больше витамина Д. Большой палец вверх! Однако это было недостатком в более южных климатических условиях, где увеличение УФ-излучения приводило к раку и снижению рождаемости. Большой палец вниз! Даже сам большой палец является адаптацией, сформированной в процессе естественного отбора. Эволюция, которую мы описали, называется микроэволюцией, потому что она связана с небольшим изменением. Однако эта форма эволюции может в конечном итоге привести к макроэволюции или к образованию видов. Все организмы на нашей планете имеют одного общего предка. Все живые организмы на нашей планете связаны в прошлом через процесс эволюции. Взгляните на свою собственную руку. Это инженерный шедевр, который был создан пятью процессами, которые я только что описал, за миллионы и миллионы лет. Можете ли вы вспомнить пять основных причин эволюции? Если вы не можете, перемотайте и посмотрите эту часть снова. Но если вы можете, дайте пять сами себе или своему соседу - пять широко открытых пальцев.

Преграды переноса генов

Физические преграды, как правило, хотя и не всегда, являются природными. Непреодолимые горные вершины, океан , пустыни. В некоторых случаях это могут быть и преграды, сделанные человеком, например, Великая китайская стена . Растения с одной стороны стены несут значительные генетические отличия, так как процесс переноса генов преграждается стеной.

Перенос генов у человека

В США показан перенос генов между потомками европейцев и негров из Западной Африки которые относительно недавно живут рядом. Аллели генов, препятствующие развитию малярии , широко распространенные среди негров в Западной Африке, мало распространены в европейской популяции. Показано также, что перенос генов между европейцами и неграми из Западной Африки значительно выше в северных США , чем в южных.

Перенос генов между видами

Перенос генов между видами может происходить в результате гибридизации , либо путём переноса

Мед ленный обмен генами (односторонний или двухсторонний) между популяциями, обусловленный распространением гамет или миграцией особей.

"ПОТОК ГЕНОВ" в книгах

1. Промоторы генов

автора

Дупликация генов

автора

4.3. Взаимодействие генов

автора

7.1. Выделение генов

Из книги Генетика человека с основами общей генетики [Учебное пособие] автора Курчанов Николай Анатольевич

ДРЕЙФ ГЕНОВ

Из книги Эволюция автора Дженкинс Мортон

1. Промоторы генов

Из книги Гены и развитие организма автора Нейфах Александр Александрович

1. Промоторы генов В этом разделе мы кратко расскажем о том, какие нуклеотидные последовательности, прилегающие к генам, а иногда и внутри гена, ответственны за процесс транскрипции. У прокариот эти участки, с которыми связывается молекула РНК-полимеразы и откуда

Дупликация генов

Из книги Эволюция [Классические идеи в свете новых открытий] автора Марков Александр Владимирович

Дупликация генов МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЫ - ОСНОВА ЭВОЛЮЦИОННЫХ НОВШЕСТВ.Мысль о том, что дупликация генов служит важнейшим источником эволюционных новшеств, была высказана еще в 1930-е годы выдающимся биологом Джоном Холдейном (Haldane, 1933). Сегодня в этом нет никаких

4.3. Взаимодействие генов

Из книги Генетика человека с основами общей генетики [Учебное пособие] автора Курчанов Николай Анатольевич

4.3. Взаимодействие генов В организме одновременно функционирует множество генов. В процессах реализации генетической информации в признак возможны многочисленные «пункты» взаимодействия разных генов на уровне биохимических реакций. Такие взаимодействия неизбежно

7.1. Выделение генов

Из книги Генетика человека с основами общей генетики [Учебное пособие] автора Курчанов Николай Анатольевич

7.1. Выделение генов Возможно использование нескольких путей выделения генов. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.Химический синтез генов, т. е. синтез нуклеотидов с заданной последовательностью, соответствующей одному гену, впервые был осуществлен в

ДРЕЙФ ГЕНОВ

Из книги Эволюция автора Дженкинс Мортон

ДРЕЙФ ГЕНОВ Иногда эта концепция называется «эффект Сьюэлла - Райта», в честь предложивших ее двух популяционных генетиков. После того как Мендель доказал, что гены являются единицами наследственности, а Харди и Вайнберг продемонстрировали механизм их поведения,

ПОТОК ЧИСТЫХ ГЕНОВ

автора Элфорд Алан

ПОТОК ЧИСТЫХ ГЕНОВ Из моей хронологии видно, что гены создателя Адама и Евы в дальнейшем прошли неразбавленными через пять поколений патриархов, живших до Потопа, от Адама, до отца Ноя Ламеха. В таблице D мы видим, что семеро из девяти этих патриархов жили в среднем по 93

РАСЩЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ

Из книги Боги нового тысячелетия [с иллюстрациями] автора Элфорд Алан

РАСЩЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ Вслед за сокращением продолжительности жизни Сима и Арфаксада срок жизни через поколение снова уменьшился: Фалек, так же как и его прямые потомки, прожил приблизительно 3 тысячи лет, тогда как прежде обычной нормой были 5 тысяч лет (см. таблицу D).Согласно

Генов

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГЕ) автора БСЭ

Дрейф генов

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ДР) автора БСЭ

Сцепление генов

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СЦ) автора БСЭ

Нас здесь интересует генетически эффективный поток генов, происходящий на протяжении ряда поколений, в который вовлечены три или большее число популяций или субпопуляций. Мы будем применять формулу, приведенную ранее для простого случая, к несколько более сложному случаю с участием трёх поколений и четырёх популяций.

Допустим, что существуют четыре полуизолированные популяции (А, В, С и D), распространенные по трансекте, тянущейся с востока на запад. Популяция А содержит новый аллель G2, частота которого в поколении 0 равна 1.0; остальные популяции содержат прежний аллель (G1) с исходной частотой 100%. Аллель G2 в селективном отношении не лучше, но и не хуже аллеля G1. Между соседними популяциями имеет место миграция в обоих направлениях со скоростью m=0.1. Спустя три поколения частота нового аллеля G2 в четырёх популяциях составит:

популяция A q = 0.755

популяция В q = 0.219

популяция С q = 0.025

популяция D q = 0.001

Совершенно очевидно, что частота нового аллеля на каждом этапе его миграционного пути резко уменьшается. И это несмотря на то, что в нашем примере исходное различие по частотам аллеля между популяцией А и другими популяциями очень велико, в сущности максимально, и скорость миграции относительно высока. В некотором ограниченном ряду генераций (большем, чем в этом примере) на одном из этапов миграции новый мигрирующий аллель G2 окажется таким редким, что его шансы попасть в следующую выборку эмигрантов будут очень незначительны. Процесс генетически эффективного потока генов временно прекратится.

На протяжении длинного ряда поколений при продолжающемся потоке генов частоты аллелей во всех четырёх популяциях будут приближаться к равновесным, но на это потребуется много времени.

В предыдущем разделе мы пришли к выводу, что расстояния, на которые происходит расселение, с увеличением числа поколений приобретают существенную дополнительную компоненту. По расстояниям, на которые расселяется популяция за одно поколение, можно путем экстраполяции оценить расстояние, на которое она сможет расселиться с течением времени (табл. 7.5). Теперь же мы видим, что миграция нового аллеля в пространстве и во времени происходит по-разному. В каждом поколении новым аллелем обладает обычно лишь некоторая доля эмигрантов, причём величина этой доли в каждом последующем поколении уменьшается. Генетически эффективный поток генов в той мере, в какой он определяется одной лишь скоростью миграции, ограничен в пространстве гораздо сильнее, чем поэтапная миграция. Генетически эффективный поток генов довольно значительно буксует по сравнению с процессом расселения (см, также Grant, 1980*).

Попытаемся рассмотреть эти выводы применительно к проблеме миграции генов в обширной популяционной системе. Допустим, что эта система протянулась на 1000 км и что отрезок времени составляет 1000 лет. Может ли отдельный ген, не имеющий селективного преимущества, распространиться в этой системе за указанный срок?

Если этот ген принадлежит растению, т. е. сидячему организму, или малоподвижному животному, например улитке, то ответ, очевидно, должен быть отрицательным; скорость их расселения слишком мала, как это видно из табл. 7.5. Высокоподвижное быстро размножающееся животное, подобное дрозофиле, может легко расселиться за предоставленное время на 1000-километровое расстояние путем поэтапной миграции (табл. 7.5). Её способность к расселению вполне соответствует поставленной задаче. Однако мы не вправе допустить, что генетически эффективный поток генов, составляющий всего лишь часть потенциала расселения, соответствует этой же задаче у того же самого организма.

До сих пор мы считали мигрирующий аллель G2 нейтральным в отношении отбора. Изменим это допущение и придадим ему селективное преимущество перед обычным(и) и широко распространенным(и) в популяционной системе аллелем(ями). Это создаёт комбинацию сил - поток генов и отбор, которые способствуют распространению аллелей. Однако миграция аллеля G2 всё ещё будет протекать медленно, так как отбор требует времени. Поскольку аллель G2 при проникновении в новую популяцию обладает низкой начальной частотой, понадобится отбор на протяжении многих поколений, для того чтобы его частота повысилась до уровня, обеспечивающего его передачу следующей популяции, и, однажды возникнув, этот процесс должен повторяться вновь и вновь. В случае ступенчатого потока генов под контролем объединенных сил миграции и отбора нам следует принимать во внимание отбор, происходящий на каждой ступени миграции в течение многих поколений.

АППАРАТУРА ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИМИ И ГАММА-ЛУЧАМИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ: ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ, БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.

Взаимодействие неаллельных генов. Эпистаз, комплементарность, полимерия. Плейотронное действие генов.

Лекция 2

Генетическое разнообразие

- этомногообразие (или генетическая изменчивость) внутри вида;

Это различие между популяциями в пределах одного вида

От уровня генетического разнообразия зависят адаптационные способности популяции при изменениях окружающей среды, вообще ее жизнеспособность.

Популяция

Термин (от лат. populus – народ, население) был введен датским генетиком Вильгельмом Иоганнсеном в 1903 г.

В настоящее время понятие популяция используют для обозначения самовозобновляющейся группы особей вида, которая на протяжении длительного времени занимает определенное пространство и характеризуется обменом генов между особями, в результате которого формируется общая генетическая система, отличная от генетической системы другой популяции того же ви да.

Т.Е. для популяции должны быть характерна панмиксия - (от греч. pan – все, mixis – смешивание) – свободное скрещивание разнополых особей с разными генотипами.

Совокупность генов, которые имеются у особей одной популяции (генофонд популяции) или всех популяций вида (генофонд вида) называют ГЕНОФОНДОМ.

Первичные механизмы возникновения генетического разнообразия

Как известно, генетическое разнообразие определяется варьированием последовательностей 4 комплементарных нуклеотидов в нуклеиновых кислотах, составляющих генетический код . Каждый вид несет в себе огромное количество генетической информации: ДНК бактерии содержит около 1 000 генов, грибы – до 10 000, высшие растения – до 400 000. Огромно количество генов у многих цветковых растений и высших таксонов животных. Например, ДНК человека содержит более 30 тыс. генов. Всего в живых организмах Земли содержится 10 9 различных генов.

Поток генов

Степень изоляции популяций одного вида зависит от расстояния между ними и потока генов. Потоком генов называют обмен генами между особями одной популяции или между популяциями одного вида . Поток генов внутри популяции происходит в результате случайного скрещивания между особями, генотипы которых отличаются хотя бы по одному гену.

Очевидно, что скорость потока генов зависит от расстояния между половыми особями .

П поток генов между популяциями зависит от случайных миграций особей на дальние расстояния (например, при переносе семян птицами на дальние расстояния).

Поток генов внутри популяции всегда больше потока генов между популяциями одного вида. Далеко отстоящие друг от друга популяции практически полностью изолированы.

Для описания генетического разнообразия используют следующие показатели:

Доля полиморфных генов;

Частоты аллелей полиморфных генов;

Средняя гетерозиготность по полиморфным генам;

Частоты генотипов.

1 | | |