Bài 16+17: Cấu trúc di truyền của quần thể

Nội dung lý thuyết

Các phiên bản khác

1. Các đặc trưng di truyền của quần thể 

a. Định nghĩa quần thể

  • Quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong một khoảng không gian xác định, vào một thời điểm xác định và có khả năng sinh ra con cái để duy trì nòi giống

b. Đặc trưng di truyền của quần thể

  • Vốn gen: Mỗi quần thể có một vốn gen đặc trưng, thể hiện ở tần số các alen và tần số các kiểu gen của quần thể
  • Tần số alen:

Tần số mỗi alen = số lượng alen đó/ tổng số alen của gen đó trong quần thể tại một thời điểm xác định

  • Tần số kiểu gen của quần thể:

Tần số một loại kiểu gen = số cá thể có kiểu gen đó/ tổng số cá thể trong quần thể

2. Cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn và giao phối gần

a. Quần thể tự thụ phấn

Công thức tổng quát cho tần số kiểu gen ở thế hệ thứ n của quần thể tự thụ phấn là:

Tần số KG AA

[1- (12)n]/2 

Tần số KG Aa

(12)n

Tần số KG aa

[1- (12)n]/2

Kết luận: 

Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối biến đổi qua các thế hệ theo hướng giảm dần tỉ lệ thể dị hợp, tăng dần tỉ lệ thể đồng hợp

b. Quần thể giao phối gần

  • Đối với các loài động vật, hiện tượng các cá thể có cùng quan hệ huyết thống giao phối với nhau thì được gọi là giao phối gần
  • Cấu trúc di truyền của quần thể giao phối gần sẽ biến đổi theo hướng tăng tần số kiểu gen đồng hợp tử và giảm tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử

Ví dụ 1: Một quần thể có tổng số alen A là 1200, alen a là 800. Tính tần số alen A và alen a có trong quần thể đó?

Gợi ý trả lời:

Tổng số alen A = 1200

Tổng số alen a = 800

⇒ Tổng số alen a + A= 1200+ 800= 2000

Vậy tần số alen A trong quần thể là 1200/ 2000= 0,6 %

Tần số alen a trong quần thể là 800/ 2000 = 0,4 %

Ví dụ 2: Một quần thể có tỉ lệ các kiểu gen như sau: 0.6AA: 0.2Aa: 0.2aa (được gọi là cấu trúc di truyền của quần thể đó)

  • Gọi p là tần số tương đối của alen A
  • Gọi q là tần số tương đối của alen a

Tính tần số tương đối của alen A và alen a?

Gợi ý trả lời:

pA = (0.6 + 0.2/2) = 0.7

qa = (0.2 + 0.2/2) = 0.3

Ví dụ 3: Tại sao Luật Hôn nhân và gia đình lại cấm không cho người có họ hàng gần (trong vòng 3 đời) kết hôn với nhau?

Gợi ý trả lời:

Dựa vào hậu quả của hiện tượng giao phối gần, khi giao phối gần sẽ làm biến đổi cấu trúc di truyền theo hướng tăng tần số kiểu gen đồng hợp tử và giảm tần số kiểu gen dị hợp tử ⇒ Đời con mang nhiều biến đổi nguy hại.

 
 

1. Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối

a. Quần thể ngẫu phối 

  • Quần thể sinh vật được gọi là ngẫu phối khi các cá thể trong quần thể lựa chọn bạn tình để giao phối một cách hoàn toàn ngẫu nhiên
  • Quần thể ngẫu phối được xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong tự nhiên
  • Quá trình giao phối ngẫu nhiên là nguyên nhân làm cho quần thể đa hình (đa dạng) về kiểu gen và kiểu hình
  • Các quần thể ngẫu phối được phân biệt với các quần thể khác cùng loài bởi tần số tương đối các alen, các kiểu gen, các kiểu hình

b. Đặc điểm di truyền của quần thể ngẫu phối

  • Các cá thể giao phối tự do với nhau
  • Quần thể giao phối đa dạng về kiểu gen và kiểu hình.
  • Quần thể ngẫu phối có thể duy trì tần số các kiểu gen khác nhau trong quần thể không đổi qua các thế hệ trong những điều kiện nhất định

c. Trạng thái cân bằng di truyền của quần thể

Một quần thể được gọi là đang ở trạng thái cân bằng di truyền khi tỉ lệ các kiểu gen (thành phần kiểu gen) của quần thể tuân theo công thức sau:

p2 + 2pq + q2 = 1     

p: tần số alen trội, q: tần số alen lặn (p + q  = 1)

Định luật hacđi vanbec

  • Nội dung: Trong những điều kiện nhất định, tần số tương đối của các alen và thành phần kiểu gen của quần thể ngẫu phối được duy trì ổn định qua các thê hệ. ​​Khi xảy ra ngẫu phối, quần thể đạt trạng thái cân bằng theo định luật Hacđi – Vanbec. Khi đó thỏa mãn đẳng thức: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1. Trong đó: p là tần số alen A, q là tần số alen a, p + q = 1
  • Điều kiện nghiệm đúng
    • Quần thể phải có kích thước lớn, số lượng cá thể nhiều

    • Các cá thể trong quần thể phải giao phối với nhau 1 cách ngẫu nhiên.

    • Không có đột biến chọn lọc tự nhiên

    • Không có đột biến

    • Không có sự di- nhập gen giữ các quần thể

  • Tuy nhiên trên thực tế rất khó có thể đáp ứng được tất cả các điều kiện trên nên tần số alen và thành phần kiểu gen của một quần thể liên tục bị biến đổi

2. Phương pháp giải bài tập về quần thể ngẫu phối

Dạng 1: Từ cấu trúc di truyền quần thể chứng minh quần thể đã đạt trạng thái cân bằng hay không, qua bao nhiêu thế hệ quần thể đạt trạng thái cân bằng

Cách giải: 

  • Gọi p là tần số tương đối của alen A
  • Gọi q là tần số tương đối của alen a

p +q = 1

Cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng:

p2 AA + 2pqAa + q2 aa

Như vậy trạng thái cân bằng của quần thể phản ánh mối tương quan sau:

p2 q2 = (2pq/2) x 2  

Xác định hệ số   p2,  q2, 2pq  

Thế vào p2 q2 = (2pq/2) x 2  quần thể cân bằng.

Thế vào p2 q2 # (2pq/2) x 2  quần thể không cân bằng

Ví dụ 1:

Một quần thể có cấu trúc di truyền là

0.68AA + 0.24 Aa + 0.08 aa = 1

Tính tần số tương đối của các alen của quần thể trên? Quần thể trên có cân bằng không?

Gợi ý trả lời:

Tần số tướng đối của alen A pA= 0,68+ 0,24/2= 0,8

Tần số tương đối của alen a qa= 0,08 + 0,24/2= 0,2

⇒ pA+ qa = 1

⇒ Quần thể cân bằng

Dạng 2: Từ số lượng kiểu hình đã cho đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể (cho số lượng tất cả kiểu hình có trong quần thể)

Cách giải:

Cấu trúc di truyền của quần thể : 

  

Ví dụ 2:

Ở gà, cho biết các kiểu gen: AA qui định lông đen, Aa qui định lông đốm, aa qui định lông trắng. Một quần thể gà có 410 con lông đen, 580 con lông đốm, 10 con lông trắng.

a. Cấu trúc di truyền của quần thể nói trên có ở trạng thái cân bằng không?

b. Quần thể đạt trạng thái cân bằng với điều kiện nào?

c. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng?

Gợi ý trả lời:

 a. Cấu trúc di truyền của quần thể được xác định dựa vào tỉ lệ của các kiểu gen:

Tổng số cá thể của quần thể:  580 + 410 + 10 =1000

Tỉ lệ thể đồng hợp trội AA là: 410 : 1000 = 0,41

Tỉ lệ thể dị hợp Aa là: 580 : 1000 = 0,58 

Tỉ lệ thể đồng hợp lặn aa là: 10 : 1000 = 0.01

Cấu trúc di truyền của quần thể như sau:

0.41 AA  +  0.58aa  +  0.01aa

Cấu trúc này cho thấy quần thể không ở trạng thái cân bằng vì

0,41  x  0,01  ≠ (0,58/2)   

b. Điều kiện để quần thể đạt vị trí cân bằng di truyền khi quá trình ngẫu phối diễn ra thì ngay ở thế hệ tiếp theo quần thể đã đat sự cân bằng di truyền

c. Tần số alen A là: 0,41 + 0,58/2= 0.7

    Tần số của alen a là: 1 - 0.7= 0,3

Sau khi quá trình ngẫu phối xãy ra thì cấu trúc di truyền của quần thể ở thể hệ sau là:

    (0,7A: 0,3a) x (0,7A: 0,3a) ⇒ 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa

Với cấu trúc trên quần thể đạt trạng thái cân bằng vì thoả mãn

    (0,9)2 AA + 2(0,7 x 0,3) Aa + (0,3)2 aa

Dạng 3: Từ số lượng kiểu hình đã cho đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể (chỉ cho tổng số cá thể và số cá thể mang kiểu hình lặn hoặc trội)

Cách giải:

  • Nếu  biết tỷ lệ kiểu hình trội => Kiểu hình lặn = 100% - Trội.
  • Tỷ lệ kiểu gen đồng lặn = Số cá thể có kiểu hình lặn : Tổng số cá thể trong quần thể 
  • Từ tỷ lệ kiểu gen đồng lặn ⇒ Tần số tương đối của alen lặn (q)

⇒ Tần số tương đối của alen trội tức tần số p.

  • Áp dụng công thức định luật p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 => cấu trúc di truyền quần thể

Ví dụ 3: 

Quần thể ngẫu phối có thành phần kiểu gen đạt trạng thái cân bằng với 2 loại kiểu hình là hoa đỏ(do B trội hoàn toàn quy định) và hoa trắng(do b quy định). Tỷ lệ hoa đỏ 84%. Xác định cấu trúc di truền của quần thể?

Gợi ý trả lời:

  • Gọi p tần số tương đối của alen B;  q tần số tương đối alen b
  • % hoa trắng bb = 100% -  84% = 16% = q2 ⇒ q = 0,4  ⇒ p = 0,6

Áp dụng công thức định luật p2 BB + 2pq Bb + q2 bb = 1

 ⇒ Cấu trúc di truyền quần thể:

0.62 BB + 2.0,6.0,4 Bb + 0,42 bb = 0,36BB + 0,48Bb + 0,16bb = 1