พันธุศาสตร์ประชากร ( Population genetics)

1. พันธุศาสตร์ประชากร (Population genetics) • genetic structure of a population

2. Population genetics • genetic structure of a population กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในสปีชีส์เดียวกัน สามารถผสมพันธุ์กันได้

3. Population genetics • genetic structure of a population • alleles • genotypes กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในสปีชีส์เดียวกัน สามารถผสมพันธุ์กันได้

4. พันธุศาสตร์ประชากร การศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีน(gene  frequency) หรือการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล (allele frequency) ที่เป็นองค์ ประกอบทางพันธุกรรมของประชากร และปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีลเปลี่ยนแปลง

5. การศึกษาพันธุศาสตร์ประชากรการศึกษาพันธุศาสตร์ประชากร • ความถี่ของจีโนไทป์ (genotype frequencies) • ความถี่ของแอลลีล (allele frequencies) rr = white Rr = pink RR = red

6. ความถี่ของจีโนไทป์ (genotype frequencies) genotype frequencies: 200/1000 = 0.2 rr 500/1000 = 0.5 Rr 300/1000 = 0.3 RR 200 = white 500 = pink 300 = red รวม = 1000 ดอก

7. ความถี่ของแอลลีล (allele frequencies) 200 rr = 400 r 500 Rr = 250R 250r 300 = 600R

8. ความถี่ของแอลลีล (allele frequencies) 200 rr = 400 r 500 Rr = 500r 500R 300 RR = 600R รวม 2000 แอลลีล 900/2000 = 0.45 r 1100/2000 = 0.55 R

9. for a populationwith genotypes: calculate: Genotype frequencies Phenotype frequencies Allele frequencies 100 GG 160 Gg 140 gg

10. 260 0.65 for a populationwith genotypes: calculate: Genotype frequencies Phenotype frequencies Allele frequencies 100/400 = 0.25 GG 160/400 = 0.40 Gg 140/400 = 0.35 gg 100 GG 160 Gg 140 gg 260/400 = 0.65 green 140/400 = 0.35 brown 360/800 = 0.45 G 440/800 = 0.55 g

11. G G g g another way to calculateallele frequencies: Genotype frequencies Allele frequencies 0.25 GG 0.40 Gg 0.35 gg 0.25 100 GG 160 Gg 140 gg 0.40/2 = 0.20 0.40/2 = 0.20 0.35 360/800 = 0.45 G 440/800 = 0.55 g OR[0.25 + (0.40)/2] = 0.45 [0.35 + (0.40)/2] = 0.65

12. Genetic variation in space and time Changes in frequency of allele F at the Lap locus in prairie vole populations over 20 generations

13. Genetic variation in space and time Why is genetic variation important? potential for change in genetic structure • adaptation to environmental change • - conservation • divergence of populations • - biodiversity

14. global warming survival Why is genetic variation important? variation EXTINCTION!! no variation

15. north south north south Why is genetic variation important? variation no variation

16. north south north south Why is genetic variation important? divergence variation NO DIVERGENCE!! no variation

17. ปัจจัยที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล • แรนดอมจีเนติกดริฟท์(Random Genetics drift) ในธรรมชาติเกิดจาก 2 สถานการณ์คือ ผลกระทบจากผู้ก่อตัว (founder effect) และ ปรากฏการณ์คอขวด (bottleneck effect)

18. ผลกระทบจากผู้ก่อตัว (founder effect)

19. ปรากฏการณ์คอขวด (bottleneck effect)

21. 0.50 R 0.50 r 0.25 R 0.75 r Genetic drift Before: 8 RR 8 rr After: 2 RR 6 rr

22. Northern elephant seals have reduced genetic variation probably because of a population bottleneck humans inflicted on them in the 1890s. Hunting reduced their population size to as few as 20 individuals at the end of the 19th century.

23. 2. การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน (Gene Flow)

24. 3. การเลือกคู่ผสมพันธุ์ (non-random mating) ประชากรที่สมาชิกทุกตัวมีโอกาสผสมพันธุ์ได้เท่าๆ กัน จะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในยีนพูลของประชากรในทุกรุ่น  แต่ในธรรมชาติโดยทั่วไปสมาชิกในประชากรมักจะมีการเลือกคู่ผสมพันธุ์ (non-random mating) ทำให้สมาชิกบางส่วนของประชากรไม่มีโอกาสได้ผสมพันธุ์ จึงมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ยีนของแอลลีลในยีนพูลของประชากรในรุ่นต่อไป

25. 4. มิวเทชัน (mutation) • มิวเทชันเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต มิวเทชันมีทั้งที่เกิดกับเซลล์ร่างกาย ซึ่งเรียกว่า โซมาติคมิวเทชัน และที่เกิดกับเซลล์สืบพันธุ์ เรียกว่า แกมีติคมิวเทชัน (Gametic mutation) • มิวเทชันที่มีผลต่อขบวนการ วิวัฒนาการมาก คือ มิวเทชันที่เกิดกับเซลล์สืบพันธุ์ เนื่องจากสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นต่อ ๆ ไปได้ มิวเทชันทำให้เกิดการแปรผันทางพันธุกรรม

26. 5. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ (natural selection) • กระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ อาศัยหลักเกณฑ์พื้นฐานว่าจะไม่มีลักษณะทางกรรมพันธุ์ชุดเดียวที่เหมาะสม ต่อสภาพการเป็นอยู่ของสิ่งมีชีวิตในแต่ละแหล่งที่อยู่อาศัย • การคัดเลือกโดยธรรมชาติจึงต้องมีปัจจัยสำคัญ คือ ความสามารถ ในการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อการถ่ายทอดลักษณะแตกต่างที่เกิดขึ้นตาม ธรรมชาติ และสิ่งมีชีวิตนั้นต้องอยู่ใต้อิทธิพลของสิ่งแวดล้อม

27. ผลของการคัดเลือกโดยธรรมชาติ จะได้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะสปีชีส์เดียวกัน มีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดทางกรรมพันธุ์ ซึ่งเรียกว่า โพลีมอร์ฟิซึม (polymorphism) • นักชีววิทยาเรียกความแปรผันทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นผลให้สิ่งแวดล้อมอยู่รอดเพื่อสืบทอดลูกหลานได้ดีว่า การปรับพันธุกรรม (genetic adaption) ดังนั้น ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏอยู่ในทุกวันนี้เป็นผลจากการปรับพันธุกรรม โดยกระบวนการคัดเลือกตามธรรมชาติ

28. Resistance to antibacterial soap Generation 1: 1.00 not resistant 0.00 resistant Natural selection

29. Natural selection Resistance to antibacterial soap Generation 1: 1.00 not resistant 0.00 resistant

30. Natural selection Resistance to antibacterial soap Generation 1: 1.00 not resistant 0.00 resistant Generation 2: 0.96 not resistant 0.04 resistant mutation!

31. Natural selection Resistance to antibacterial soap Generation 1: 1.00 not resistant 0.00 resistant Generation 2: 0.96 not resistant 0.04 resistant Generation 3: 0.76 not resistant 0.24 resistant

32. Natural selection Resistance to antibacterial soap Generation 1: 1.00 not resistant 0.00 resistant Generation 2: 0.96 not resistant 0.04 resistant Generation 3: 0.76 not resistant 0.24 resistant Generation 4: 0.12 not resistant 0.88 resistant

33. north south Natural selection can cause populations to diverge divergence

34. Selection on sickle-cell allele aa – abnormal ß hemoglobin sickle-cell anemia very low fitness AA – normal ß hemoglobin vulnerable to malaria intermed. fitness Aa – both ß hemoglobins resistant to malaria high fitness Selection favors heterozygotes (Aa). Both alleles maintained in population (a at low level).

35. ทฤษฎีของฮาร์ดี - ไวน์เบิร์ก ภาวะสมดุลของฮาร์ดี – ไวน์เบิร์ก (Hardy-Weinberg Equilibrium หรือ HWE)

36. ในปี ค.ศ.1908 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ จี.เอช.ฮาร์ดี (G.H. Hardy) และนายแพทย์ชาวเยอรมัน ชื่อ ดับเบิลยู ไวน์เบิร์ก (W. Weinberg) ได้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างค่าความถี่อัลลีล กับค่าความถี่จีโนไทป์ • กฏฮาร์ดี-ไวน์เบิร์ก (The Hardy-Weinberg principle) กล่าวว่า ในประชากรที่ปราศจากกระบวนการที่จะทำให้มีการเปลี่ยนแปลง ค่าความถี่ของแอลลีลจะยังคงเหมือนเดิม ไม่ว่าจะถ่ายทอดไปกี่รุ่นก็ตาม

37. กำหนดให้ p คือ ความถี่แอลลีล A q คือ ความถี่แอลลีล a และ p + q = 1 ความถี่ของจีโนไทป์

38. เงื่อนไขที่ทำให้ประชากรอยู่ในสมดุลของฮาร์ดี -ไวน์เบิร์ก • ประชากรมีขนาดใหญ่ • ไม่มีการถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างกลุ่มประชากร • ไม่เกิดมิวเทชัน • สมาชิกทุกตัวมีโอกาสผสมพันธุ์ได้เท่ากัน • ไม่เกิดการคัดเลือกทางธรรมชาติ

39. ตัวอย่าง ประชากรทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือจังหวัดหนึ่ง มีคนป่วยเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ จำนวน 9 คน จากจำนวนประชากรทั้งหมด 10,000 คน ดังนั้นสามารถคาดคะเนความถี่ของแอลลีลที่ทำให้เกิดโรคในประชากรจังหวัดนี้ได้โดยกำหนดให้จีโนไทป์ aa แสดงลักษณะของโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์

41. ทำแบบฝึกหัดหน้า 135 ทำใส่สมุด ส่งวันพฤหัสบดีค่ะ