พันธุศาสตร์ประชากร

1. พันธุศาสตร์ประชากร Population genetics

2. จัดทำโดย นายอนุพงศ์ ธรรมรัตน์ 4ก นายนวัช สุนิภาษา 6ก นายอิธิชัย ประสพสุข 8ก นายต่อพงศ์ สวัสดี 10ก นายศักรินทร์ สุขมาก 10ข ม.6/9

3. ประชากร • หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่รวมกันในพื้นที่หนึ่งๆโดยสมาชิกในประชากรของสิ่งมีชีวิตนั้นสามารถสืบพันธุ์ระหว่างกันได้และให้ลูกที่ไม่เป็นหมัน ในประชากรหนึ่งๆ จะประกอบด้วยสมาชิกที่มียีนควบคุมลักษณะต่างๆจำนวนมาก ยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรในช่วงเวลาหนึ่ง เรียกว่า ยีนพูล (gene pool) ซึ่งประกอบด้วย แอลลีล (alleele) ที่เป็นองศ์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร และปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีเปลี่ยนแปลง สิ่งที่น่าสนใจคือเราจะศึกษา

4. การหาความถี่ของแอลลีลในประชากร การหาความถี่ของแอลลีลในประชากร จากบทเรียนที่ผ่านมานักเรียนได้ทราบแล้วว่าในสิ่งมีชีวิตที่เป็นดิพลอยด์ในแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเพียง 2 ชุดและแต่ละยีนจะมี 2 แอลลีล ดังนั้นถ้านักเรียนรู้จำนวนจีโนไทป์แต่ละชนิดของประชากรนักเรียนจะสามารถหา ความถี่ของจีโนไทป์ (genotype frequency) และความถี่ของแอลลีลในประชากรได้จากตัวอย่างดังนี้

5. ในประชากรไม้ดอกชนิดหนึ่งที่ลักษณะสีดอกถูกควบคุมโดยยีน 2 แอลลีลคือ R ควบคุมลักษณะดอกสีแดงเป็นลักษณะเด่นและ r ควบคุมลักษณะดอกสีขาวซึ่งเป็นลักษณะด้วย ในประชากรไม้ดอก1000ต้นมีดอกสีขาว 40ต้น และดอกสีแดง 960 ต้น โดยกำหนดให้เป็นดอกสีแดงที่มีจีโนไทป์ RR 640 ต้น และดอกที่มีจีโนไทป์ Rr 320 ต้น

7. ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบริร์กทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบริร์ก จี เอชฮาร์ดี (G.H.Hardy) และดับเบิยู ไวน์เบร์ก (W.Weinberg) ได้ศึกษายีนพลูของประชากรและได้เสนอ ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบริก(Hardy-Weinberg Theorem) ขึ้นโดบกกล่าวว่าความถี่ของแอลลีลและความถี่ของจีโนไทป์มนยีนพลูของประชากรจะมีค่าคงที่ ในทุกๆรุ่น ถ้าไม่มีปัจจัยบางอย่างมาเกี่ยวข้อง เช่น มิวเทชันการคัดเลือกโดยธรรมชาติ การอพยพ แรนดอมจีเนติกดริฟท์(random genetic drift) และการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน (gene flow) เป็นต้น ซึ่งปัจจัยดังกล่าวนักเรียนจะได้ศึกษาในหัวข้อต่อไป

8. ถ้ายีนในประชากรหนึ่งเป็นไปตามทฤษฎีของฮาร์ดีไวน์เบิร์ก นักเรียนคิดว่าองศ์ประกอบทงาพันธุกรรมของประชากรมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่เพราะเหตุใด นักเรียนสามารถศึกษาทฤษฎีของฮาร์ดี -ไวน์เบิร์กได้จากตัวอย่างประชากรไม้ดอกในภาพที่ 19-15 พบว่ายีนพลูของประชากรรุ่นพ่อแม่นั้นมีความถี่ของแอลลีลR=0.8 และ r=0.2 ถ้าสมาชิกทุกต้นในประชาชนมีโอกาสผสมพันธุได้เท่าๆ กันแล้วเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียที่มีแอลลีลR มีความถี่=0.8 และ r มีความถี่ =0.2 เมื่อมีการรวบรวมกันของเซลล์สืบพันธุประชากรไม้ดอกในรุ่นลูกจะมีจีโนไทป์

10. และจากความถี่ของจีโนไทป์ในรุ่นลูกดังกล่าว แสดงว่าความถี่ของแอลลีลในรุ่นลูกมีความถี่ของแอลลีลR=0.8 และ r=0.2 นั่นคือ ประชากรไม้ดอกในรุ่นลูกยังคงมีความถี่ของจีโทบ์แลความถี่ของแอลลีลเหมือนประชากรในรุ่นพ่อแม่ หรืออาจกล่าวได้ว่ายีนพูลของประชากรอยู่ใน ภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (Hardy Weinberg Equilibrium หรือ HWE) จากตัวอย่างประชากรไม้ดอกสีแดง และสีขาวที่กล่าวมาแล้วนั้นสีของดอกไม้เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ควบคุมด้วยยีน 2 แอลลีลคือ Rและr จะอธิบายสมการของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้ดังนี้

11. กำหนดให้ p คือความถี่ของแอลลีลR=0.8 q คือความถี่ของแอลลีลr = 0.2 และp+q=1 นั่นคือ ผลรวมความถี่ของแอลลีลของยีนหนึ่งๆในประชากรมีค่าเท่ากับ 1 ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่า P=1 - q หรือ q = 1 -p เมือเซลล์สืบพันธุ์รวมกัน ความถี่ของจีโนไทป์ในรุ่นต่อไปจะเป็นไปตามกฎของการคูณ คือ ความถี่ของจีโนไทป์ RR คือp2= (0.8)2=0.64 ความถี่ของจีโนไทป์ rrคือ q2=(0.2)2 =0.04 และความถี่ของจีโนไทป์ Rrคือ 2pq=2(0.8)(0.2)=0.32 เมื่อรวมความถี่ทุกจีโนไทป์จะมีค่าเท่ากับ 1 นั่นคือ p2+2pq+q2=1

12. จากสมการของฮาร์ดี - ไวน์เบิร์กสามารถนำมาใช้หาความถี่ของแอลลีลหรือความถี่ของจีโนไทป์ของยีนพูลในประชากรได้ ดังนั้นเมื่อประชากรอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก ความถี่ของแอลลีล และความถี่ของจีโนไทป์ในยีนพูลของประชากรจะคงที่ไม่มี การเปลี่ยนแปลงไม่ว่าจะถ่ายทอดพันธุกรรมไปกี่รุ่นก็ตามหรืออีกนัย หนึ่งคือไม่เกิดวิวัฒนาการนั่นเอง

13. ประชากรจะอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้จะต้องมีเงื่อนไขดังนี้ ประชากรจะอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กได้จะต้องมีเงื่อนไขดังนี้ 1.ประชากรมีขนาดใหญ่ 2.ไม่มีการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างกลุ่มประชากร 3.ไม่เกิดมิวเทชัน ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแอลลีลในประชากร 4.สมาชิกทุกตัวมีโอกาสผสมพันธ์ได้เท่ากัน 5.ไม่เกิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ โดยสิ่งมีชีวิตทุกตัวมีโอกาสอยู่รอด ลัประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์ได้เท่าๆกัน

14. การประยุกต์ใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กการประยุกต์ใช้ทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก นักเรียนสามารถนำทางทฤษฎีของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กมาใช้ประโยชน์การคาดคะเนความถี่ของแอลลีลที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมในยีนพูลของประชากร เช่น โรคโลหินจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ถ้าทราบจำนวนคนที่เป็นโรคนี้ซึ่งถูกควบคุมด้วนยีนด้วยจะสามารถประมาณจำนวนประชากรที่เป็นพาหะของยีนที่ทำให้เกิดโรคนี้ได้

15. ตัวอย่างเช่น ในประชากรทางชนิดซิกเคิลเซลล์ จำนวน 9 คนจากจำนวนประชากรทั้งหมด 10,000คน ดังนั้นจะสามารถคาดคะเนความถี่ของแอลีลที่ทำให้เกิดโรคในประชากรของจังหวัดนี้ได้โดยกำหมดให้จีโนไทป์aaแสดงลักษณะของโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ • ดังนั้นความถี่ของaaคือ p2=9/10000 = 0.000 q = 0.03

16. แสดงว่าในประชากรแห่งนี้มีความถี่ของแอลลีลที่ทำให้เกิดโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ เท่ากับ 0.03 หรือประมาณร้อยละ 3 นั่นเอง - จากตัวอย่างความถี่ของแอลลีลA ในประชากรนี้คิดเป็นร้อยละเท่าใด - จากตัวอย่าง ประชากรในรุ่นพ่อแม่ที่เป็นพาหนะของโรคมีจำนวนกี่คน - ถ้าประชากรนี้อยู่ในสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก นักเรียนคิดว่าความถี่ของแอลลีลด้อยในประชาชนมีแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงอย่างไรต่อไปในอีก 50 รุ่น