Pojem plemeno je používán pro rasy, které vznikly záměrnou činností člověka, např. plemena hospodářských zvířat.

Transkript

1 POPULAČNÍ GENETIKA Populační genetika se zabývá genetickými zákonitostmi v definovaných souborech jedinců téhož druhu. Genetické vztahy uvnitř populace jsou komplikované, a proto se v populační genetice využívá modelování, kdy za řady zjednodušujících (omezujících) předpokladů vytváříme modelovou populaci a matematickými metodami zjišťujeme, nakolik takový model odpovídá populaci reálné. Populace je skupina jedinců stejného druhu, kteří mají společný genofond. Pro druhy rozmnožující se pohlavně platí, že to je skupina jedinců, kteří jsou spjati potencionálním pohlavním rozmnožováním. V této kapitole se velmi stručně zaměříme ze na modelování lidské populace. Druh Druh je základní taxonomická jednotka nezávislá na taxonomii vytvořené člověkem. Druhy jsou vyhraněné skupiny organismů, které vznikly během evoluce. Jedinci, kteří patří ke stejnému druhu, si jsou fenotypově podobní, jsou schopni se spolu rozmnožovat a jejich potomstvo je plodné. Existuje druhově specifický systém rozpoznávání partnerů. Genofond pohlavně se rozmnožujících druhů se vyvíjí definovaný celek. Rasa Rasa je populace (skupina populací), která se od jiné podobné skupiny li ve frekvenci některých genů (alel). Exprese genů se může mezi rasami také lišit vlivy prostředí. Z definice nevyplývá u kolika genů existují rozdíly genových frekvencí, a jak musí být tyto rozdíly genových frekvencí velké. Tak můžeme podle nastav dalch kriterií dělit mnohé druhy na různý počet ras. Vzhledem k tomu, že rasy se vyskytují obvykle na různém území, bývají obvykle označovány rasy geografické. Například u člověka je běžné děl do tří základních ras, rasa kavkazská, negroidní a mongoloidní. Pojem plemeno je žíván pro rasy, které vznikly záměrnou činností člověka, např. plemena hospodářských zvířat. Mechanismy, které vedou k rozděl druhu na rasy jsou označovány procesy mikroevoluce. Mikroevoluce je děj, který vede k přizpůsobování populace místním Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

2 podmínkám. Je to co nejvýhodněj nastav frekvence jednotlivých alel v genofondu dané subpopulace. Zákonitost Castle-Hardy-Weinbergova (C-H-W) Při sledování velké (teoreticky neomezeně velké) panmiktické populace můžeme pro stanov genetických zákonitostí žít Castle-Hardy-Weinbergovu zákonitost pro odhad genových frekvencí. Využíváme statistické údaje o frekvenci fenotypů ve sledované populaci (např. výskyt cystické fibrózy pokud hodnotíme frekvenci mutované alely v dané populaci). Pomocí C-H-W modelování můžeme hodnotit frekvence alel sledovaných genů v průběhu generací. Za situace, kdy mezi alelami sledovaného genu existuje vztah dominance a recesivity fenotypové a genotypové štěpné poměry se li. Pouze u fenotypu, který odpovídá recesivní alele známe jeho genotyp (víme, že jde o recesivního homozygota); při fenotypových projevech odpovídajících dominantní alele může jít o odlišné genotypy (viz Mendlova pravidla). Pokud mezi alelami existuje vztah kodominance nebo neúplné dominance, fenotypové i genotypové štěpné poměry jsou shodné. V takovém případě sledujeme frekvence alel pomocí metody přímého sčítání genů (viz dále Odhad genových frekvencí) Odhad genových frekvencí Genové frekvence se řídí C-H-W zákonitostí za omezujících podmínek. Při zachování omezujících podmínek se frekvence alel v následných generacích nemění. Omezující podmínky jsou zejména: 1) Sledovaná populace je velmi velká (přesně: počet jedinců v populaci se limitně blíží nekonečnu). 2) Populace je panmiktická, tzn. vzhledem ke sledovanému znaku náhodný výběr partnerů. 3) Průměrná plodnost všech jedinců v populaci je stejná. Plodnost nezávisí na jejich genotypu, tzn. že nedochází k selekci. 4) U sledovaného genu nedochází k mutacím. 5) Populace je uzavřená, nedochází k toku genů. Geny (respektive alely) nejsou předávány mezi populacemi (subpopulacemi), což se nejčastěji děje prostřednictvím migrace (vystěhováním emigrací nebo přistěhováním - imigrací). Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

3 Odvoz Castle-Hardy-Weinbergovy zákonitosti v modelové populaci. Budeme sledovat gen A lokalizovaný na páru autosomů (monogenní dědičnost). Gen je polymorfní, v populaci existuje ve dvou formách (alela dominantní a recesivní). Dominantní alela A se v populaci vyskytuje s relativní četností p a recesivní alela a se vyskytuje v populaci s relativní četností q. V populaci pro frekvenci těchto dvou alel platí rovnice: 1) p + q = 1 Z toho vyplývá, že v populaci se vyskytují spermie s alelou A (genotypem A) s relativní četností p a spermie s alelou a s relativní četností q (gamety jsou haploidní). Totéž platí i pro vajíčka. Za předpokladu panmixie pro znak determinovaný genem A pak můžeme náhodné setkání gamet dvou partnerů vyjádřit rovnicí: 2) (p (A) + q (a) ) x (p (A) + q (a) ) = 1 x 1 = 1 kdy využíváme pravidla o násob pravděpodobností nezávislých náhodných jevů. Rovnice (p (A) + q (a) ) = 1 představuje frekvenci alel v populaci mužů a stejná frekvence alel je v populaci žen. Jejich sňatky jsou uskutečňovány za předpokladu náhodného výběru. Z rovnice (2) pak vyplývá matematická formulace C-H-W zákonitosti (rovnováhy) pro frekvenci genotypů: 3) p 2 (AA) + 2pq (Aa) + q 2 (aa) = 1 Do této rovnováhy se populace dostane za předpokladu panmixie po jedné generaci a v tomto rovnovážném stavu zůstává stále i v následujících generacích (za předpokladu platnosti výše uvedených omezujících předpokladů). Pojem rovnováha a rovnovážný stav bývá žíván v populační genetice ve dvou smyslech, buď se jedná o zastoup genotypů nebo o genové frekvence, viz následující konkrétní příklad. (i) Jako první příklad jsme zvolili situaci, kdy gen je lokalizován na některém z autosomů a známe frekvenci dominantní alely v hypotetické populaci: p = 0,8 i alely recesivní: q = 0,2. Genové frekvence jsou v rovnovážném stavu rovnovážný stav p + q = 1. Frekvence alel jak v populaci mužů tak žen je shodná. Genotypy potomků odpovídají C-H-W rovnováze: p 2 (AA) + 2pq (Aa) + q 2 (aa) = 0,64 + 2x 0,16 + 0,04 = 1 Následující tabulka přehledně shrnuje výpočet, náhodnou kombinaci gamet a vznik genotypů v somatických buňkách. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

4 Frekvence gamet ženy A (p = 0,8) a (q = 0,2) Muži Frekvence genotypů A (p = 0,8) AA (p 2 = 0,64) Aa (pq = 0,16) a (q = 0,2) Aa (pq = 0,16) aa (q 2 = 0,04) (ii) Příklad výpočtu, kdy známe frekvenci genotypů v populaci. Krevně skupinový systém Rh je podmíněn alelou D a d, které jsou ve vzájemném vztahu dominance a recesivity. Fenotyp Rh+ znamená, že jedinci Rh+ mají genotyp DD (p 2 ) nebo Dd (2pq). Jedinci Rh- jsou recesivní homozygoti (dd = q 2 ). Je-li ve zkoumané populaci 16% osob Rh- (q 2 = 0,16), pak frekvence recesivní alely je q = 0,16 = 0, 4. Frekvenci dominantní alely D dopočítáme p = 1 q = 1 0,4 = 0,6. Frekvence dominantních homozygotů DD = p 2 = 0,36; frekvence heterozygotů Dd = 2pq = 2x (0,6 x 0,4) = 0.48 (viz výše rovnice 2). Tímto výpočtem zjistíme jaký je podíl dominantních homozygotů a heterozygotů ve skupině Rh+ jedinců. X vázané geny V případě genů, které jsou lokalizované na chromosomu X (tzv. X vázané znaky) je situace při posuzování frekvence alel odlišná u heterogametního pohlaví (muži - XY) a homogametního pohlaví (ženy - XX). U heterogametního pohlaví XY je frekvence jedinců se znakem rovna genové frekvenci (frekvenci alely). To znamená, že jedinci s fenotypem odpovídajícím dominantní alele představují její frekvenci. Totéž platí pro alelu recesivní. Vyplývá to ze situace, že Y chromosom nese jinou genovou výbavu než chromosom X s výjimkou malého úseku, který je na obou chromosomech shodný (viz Pohlavní dimorfismus). V populaci žen se shodnými pohlavními chromosomy XX se frekvence alel a genotypů řídí základní C-H-W rovnicí. (iii) Příklad výpočtu pro gen lokalizovaný na chromosomu X. Hemofílie, typ A je gonosomálně recesivní onemocnění. V evropské populaci je hemofílií typu A postiženo 1/ (0,0001) mužů. Jaké procento zdravých žen jsou přenašečky? Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno q = 0,0001 (frekvence recesivní alely = frekvence postižených mužů)

5 p = 1 q = 0,9999 = přibližně 1 2pq = 2 x (1,0 x 0,0001) = 0,0002 = přenašečky Postižených žen gonosomálně recesivními chorobami je méně než mužů. Vyplývá to z faktu, že k postiž muže vede přítomnost již jedné recesivní alely lokalizované na chromosomu X. V případě genů s mnohotnou alelií jsou odhady genových frekvencí komplikovaněj. Metoda přímého sčítání genů Poměrně jednoduchá a přesná je metoda přímého sčítání genů, kterou žíváme v případě kodominance (nebo neúplné dominance) alel sledovaného genu: 4) p = 2x počet homozygotů AA + počet heterozygotů Aa 2x počet všech jedinců ve vzorku Výpočet frekvence alel p a q v hypotetické populaci si ukážeme na následujícím příkladu. V krevně skupinovém systému MN je vztah alel M a N kodominantní. V na modelové populaci má 1670 jedinců krevní skupinu M (genotyp MM), 983 MN (genotyp MN) a 447 N (genotyp NN). Výpočet: p (M) = 2x x = = 0, p (M) = 0,697 q (N) = 1 p = 1 0,697 = 0,303 (viz rovnice 1) V případě úplné dominance neodlime homozygota AA od heterozygota Aa. Jedinou skupinou, kde je definován jednoznačně genotyp podle fenotypu, je skupina recesivních homozygotů aa. V takovém případě se žívá následující metoda: počet homozygotů aa 5) q = = relativní počet homozygotů aa počet všech jedinců Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

6 Selekce Selekce (výběr) patří mezi klasické evoluční mechanismy popsané Darwinem. Podle typu selekce může, ale nemusí, dojít ke změně frekvence alel ve sledované populaci v následných generacích. Selekci můžeme rozdělit na několik základních typů: a) Stabilizující (normalizující) selekce se uplatňuje při zachovávání stávající četnosti fenotypů populace vylučováním odchylek od normy. To znamená, že jsou z populace eliminováni jedinci s extrémními hodnotami pro daný znak (nejvyšmi a nejnižmi). Příkladem může být polygenně děděná výška člověka. Znak má v populaci normální distribuci (Gaussova normála), v populaci je nejvíce jedinců střední velikosti a jsou evolučně nastavené krajní meze znaku (nejvyš a nejniž hodnoty). b) Usměrňující selekce posunuje u polygenně děděného znaku maximum četností směrem k mezním (krajním) hodnotám a to buď k vyšm nebo nižm. Tak dochází k posunu maxima četnosti v následujících generacích od původní průměrné hodnoty. Touto selekcí se může měnit variabilita znaku v populaci. c) Balancující selekce udržuje v populaci určitou míru polymorfismu. Příkladem je u člověka preference heterozygotů u monogenně děděné srpkovité anémie (viz dále). d) Direkcionální selekce se uplatňuje zejména při změně vnějch podmínek, jejím působm je preferován nejlépe adaptovaný fenotyp. Jedná se o typické působ přírodního výběru ve smyslu klasického darwinismu. e) Disruptivní selekce postihuje nejvíce jedince s průměrnou hodnotou znaku v populaci. Příkladem může být situace, kdy jedinci téhož druhu mají dvě odlišné životní strategie. Malí ptáci se před dravcem schovávají v úkrytu, velcí jedinci téhož druhu se do úkrytu nevejdou, ale jsou schopni bojovat o přežití. Jedinci střední velikosti nemohou využít ani jednu z těchto strategií a jsou v nevýhodě. Tato selekce postihuje nejčetněj skupinu populace a vede ke vzniku mechanismů, které omezí frekvenci jedinců s průměrnou hodnotou daného znaku. Působm selekce lze logicky vysvětlit pozorovanou adaptaci organismů na prostředí, ve kterém žijí.tento Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

7 Pojmem selekce je v populační genetice charakterizována situace, která neodpovídá omezujícím podmínkám Castle-Hardy-Weinbergovy zákonitosti. Znamená, že průměrná plodnost jedinců n stejná. Při hodnoc vlivu selekce se nebudeme zabývat selekcí proti určitým alelám (gametická selekce), ale selekcí, která je zaměřena proti určitým fenotypům (respektive genotypům). Intenzitu selekce budeme hodnotit pomocí průměrného počtu potomků rodiče určitého fenotypu. Pro výpočet je vhodné místo absolutních počtů potomků žívat počet relativní, což vyjadřuje následující rovnice 6) w i ' w = w i = i= max průměrný počet potomků genotypu i průměrný počet potomků nejplodnějho genotypu kde w i ' jsou absolutní průměrné počty potomků genotypu i (i = AA, Aa, aa). Relativní reprodukční schopnost (také adaptivní hodnota) daného genotypu je značena w i. Selekční koeficient s je potom: 7) s i = 1 - w i Probíhá-li v populaci selekce, může docházet ke změnám genových frekvencí, takže taková populace n v C-H-W rovnováze, tzn. že p + q 1 a totéž platí pro frekvenci genotypů. Selekce proti recesivním homozygotům Výpočet selekce proti recesivním homozygotům se pak řídí C-H-W rovnicí, kdy je zohledněna relativní reprodukční schopnost pro jednotlivé genotypy: 8) p 2 (AA)(1) + 2pq (Aa) (1) + q 2 (aa)(1-s) = 1x [p 2 (AA)] + 1x [2pq (Aa) ] + [1x q 2 (aa) - s q 2 (aa)] = 1 q 2 s Konečný výsledek byl získán úpravou vyplývající z C-H-W zákonitosti, kdy za p 2 + 2pq + q 2 dosadíme hodnotu 1. Výraz (1-s) vyjadřuje o kolik je snížená reprodukční schopnost jedinců genotypu aa (recesivním homozygotům), proti kterým působí selekce. U jedinců s fenotypem odpovídajícím dominantní alele (p 2 + 2pq), proti kterým n selekce namířena, je reprodukční schopnost rovna jedné (1). Dochází k poklesu frekvence recesivní alely, z generace na generaci, v závislosti na konkrétní míře selekce. Recesivní alela však z populace nikdy definitivně nezmizí, je stále udržována v genotypu heterozygotů, i když s velmi nízkou frekvencí. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

8 Populační genetika se zabývá dynamikou změn genových frekvencí a navozm rovnovážného stavu - tedy situací, kdy i při probíhající selekci se genová frekvence nemění. Budeme například uvažovat selekci proti recesivním homozygotům. Rychlost změny (snižování) genové frekvence q bude přímo závislé na velikosti selekčního koeficientu. Čím bude silněj selekce (vět selekční koeficient s), tím bude vět úbytek recesivní alely a v populaci. Míra selekce bude dále přímo závislá na velikosti genové frekvence q. Čím bude v populaci vět frekvence recesivní alely (vyš hodnota q), tím bude více recesivních homozygotů, na které selekce působí. Při nízkém q se většina alel a v populaci nachází v genotypu heterozygotů (Aa), na které selekce nepůsobí. U tohoto typu selekce existují tzv. triviální typy rovnováhy frekvence alel, ke kterým může dojít za následujících podmínek: 1) s = 0 Nedochází k selekci. 2) p = 1 V populaci je přítomna ze dominantní alela, a tedy q = 0, selekce nemá proti čemu působit. 3) q = 1 Populace je tvořena homozygoty aa. Jejich počet se z generace na generaci snižuje, ale nemění se frekvence recesivní alely, q se stále rovná 1. Dominantní alela n v populaci přítomna. Preference heterozygotů Zajímavým případem populační rovnováhy je selekce proti oběma typům homozygotů, označovaná též preference heterozygotů (preferovat = dávat přednost). Je to rovnovážný stav v populaci, na kterou působí selekce, ale kdy se neuplatňují výše uvedené triviální podmínky. U tohoto typu selekce působí dva odlišné selekční koeficienty: s 1 (intenzita selekce proti homozygotům AA) a s 2 (intenzita selekce proti homozygotům aa). V těchto případech existuje rovnovážná genová frekvence, která je závislá na velikosti selekčních koeficientů s 1 a s 2. Selekční rovnováhu vyjadřuje vzorec: 9) s q 1 ( ) = rovnovážné s + 1 s 2 Příkladem tohoto typu selekce je srpkovitá anémie (anémie = chudokrevnost). Srpkovitá anémie je autosomálně recesivní porucha ve slož červeného krevního barviva (hemoglobinu), Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

9 která vede ke změnám tvaru červených krvinek a k jejich zvýšenému rozpadu (hemolýze). Vyskytuje se hlavně v rovníkové Africe, kde mívá velmi často smrtelný průběh (tzn. i sníž reprodukce u recesivních homozygotů). Selekční tlak proti nositelům normálního hemoglobinu (dominantní homozygoti AA) je vyvoláván na tomto území běžnou infekční chorobou, malárií (typ m. tropica, Plasmodium falciparum). Heterozygoti Aa netrpí anémií a průběh malarické infekce je u nich podstatně lehčí než u homozygotů AA. Genová frekvence genu pro srpkovitou anémii je u některých domorodých kmenů velmi vysoká (q = 0,3). Při preferenci heterozygotů má následující tvar: 10) p 2 (AA)(1-s 1 ) + 2pq (Aa) + q 2 (aa)(1-s 2 ) = (p 2 (AA) - p 2 (AA) s 1 ) + 2pq (Aa) + (q 2 (aa) - q 2 (aa) s 2 ) = 1 p 2 s 1 q 2 s 2 Konečný výsledek vznikl opět úpravou rovnice, kdy za p 2 + 2pq + q 2 dosadíme hodnotu 1. Reprodukční schopnost obou typů homozygotů je snížená o hodnotu odpovídající selekčním koeficientů. Předpokládá se, že preference heterozygotů se podílí na udržování polymorfismů populace. Mutace Mutace jsou náhodné změny v genetickém u. Jsou jednou z příčin genetické různorodosti. Mutace mohou být změny na úrovni genů, chromosomů, genomu (viz kapitola Mutace). Proces mutací z hlediska populační genetiky budeme pokládat za proces, který se bude opakovat s určitou relativní četností, tato četnost se označuje mutační intenzita (nebo také mutační rychlost). Probíhají-li v populaci současně mutace a zpětné mutace je možné očekávat genetickou rovnováhu. Jestliže v populaci dochází současně ke vzniku mutací a selekci proti mutované alele, může dojít, při vyrovnání působ těchto dvou protichůdných procesů, k relativně rovnovážnému stavu, který udržuje populační polymorfismus. Genový tok Tok genů znamená situaci, kdy jsou mezi subpopulacemi předávány geny. Děje se to prostřednictvím migrace. Migrace je tedy dalm evolučním mechanismem, který se podílí na změnách frekvence genů v populaci. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

10 Velkou (nekonečnou) populaci můžeme členit na populace men subpopulace. Tyto men populace mohou mít navzájem odlišné genové frekvence v důsledku podmínek, ve kterých žijí a náhodných procesů, které na jedince jednotlivých subpopulací působí. Mezi subpopulacemi neexistuje izolace. Jedinci různých subpopulací navzájem migrují. Migrací (emigrací a imigrací) v subpopulacích dochází ke změnám frekvence alel. Tok genů závisí na pohybu jedinců mezi populacemi. Každý migrující jedinec přiná do populace svůj genom a ten se může lišit od genomů (alel), které jsou přítomné v populaci, do které emigroval. Tento efekt napomáhá udržování genetického polymorfismu, zmenšuje rozdíly ve frekvenci jednotlivých alel v subpopulacích. Má opačný účinek než má genetický drift (viz dále) a selekce. Brání rozrůzňování genofondu různých subpopulací. Genetický drift Jedním ze základních omezujících předpokladů pro stanov C-H-W rovnováhy byla velikost (počet jedinců) populace, kdy jsme předpokládali v populaci velmi vysoký počet jedinců. Vzhledem k tomu, že skutečné populace tomuto předpokladu vždy neodpovídají, budeme se také zabývat problematikou populací s omezeným (malým) počtem jedinců. V takových populacích se mohou uplatňovat, v závislosti na velikosti populace, náhodné děje. Předpokládáme populaci, kde počet jedinců označíme N, pak při gametogenezi vzniká řádově mnohonásobný počet gamet proti počtu jedinců. Z tohoto velkého množství gamet se při vzniku zygot uplatní ze malá část, která (za předpokladu platnosti ostatních omezujících předpokladů) představuje náhodný výběr z velmi rozsáhlého souboru. Gamety mají tu výhodu, že jsou haploidní, takže můžeme poměrně snadno vytvořit model tzv. gametické urny. Jestliže má gen A v populaci dva typy gamet: (i) gamety s alelou A, která má relativní četnost p a (ii) gamety s alelou a, která má relativní četnost q, pak náhodný výběr 2N gamet z této gametické urny je dán rozvoj dvojčlenu 11) (p + q) 2N V populacích, které nejsou velké, dochází k náhodnému kolísání genových frekvencí, tento děj označujeme náhodný genetický posun nebo genetický drift. Genetický drift (genetický posun) je náhodné kolísání genových frekvencí během generací; je to Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno náhodný posun frekvence jednotlivých alel v genofondu určité populace. Změna frekvence alel

11 n způsobena vlivy selekce. Genetický drift se zejména uplatňuje v malých populacích. V každé generaci populace s nevelkým počtem jedinců je z celkového souboru gamet využit jen omezený počet gamet pro vznik zygot. Existuje tak neshoda mezi teoretickým počtem genetických kombinací, které by mohly vzniknout volnou kombinací, a malým počtem reálně vznikajících genotypů, který závisí na počtu jedinců v populaci. V důsledku toho se z generace na generaci náhodně mění zastoup jednotlivých alel v genofondu. V početně omezených populacích mohou, dříve nebo později, vést procesy genetického driftu k fixaci jedné alely a k vymiz alely druhé. Drift postihuje alely bez ohledu na jejich selekční význam (tedy i alely selekčně neutrální). Kolísání genových frekvencí v malé populaci (N = 10) je pro dvě populace modelované počítačem zachyceno na následujících obrázcích. Genový drift fixace recesivní alely v 34. generaci V populaci přítomni jen recesivní homozygoti, frekvence dominantní alely (p) = 0 Frekvence alely p 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Generace Genový drift fixace dominantní alely v 34. generaci V populaci přítomni jen dominantní homozygoti, frekvence recesivní alely (q) = 0 Frekvence alely p 1 0,8 0,6 0,4 0, dokumentdokument sloužíslou studijnístudijn ke ke studiu studiu oborůobor VysokéVysok Jeho Jeho žit ům m a dal bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno dokumentdokument sloužíslou studijnístudijn ke ke studiu studiu oborůobor VysokéVysok Jeho Jeho žit ům m a dal bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno generace

12 Probíhá-li genetický drift v populaci dostatečně dlouho, po určité době dochází k fixaci jedné z alel, tedy populace je tvořena ze homozygoty jednoho typu. Druhá alela je ztracena. Genetický drift se uplatňuje v procesech evoluce. Proti působ driftu mohou působit mutace a migrace (tok genů). V každé populaci existuje genetický polymorfismus ve velkém počtu genů. Existence polymorfismu bývá pro populaci i druh výhodná. Drift snižuje genetický polymorfismus v důsledku náhodných fixací jednotlivých alel a vymiz druhých. Tento úbytek starých (původních) alel bývá kompenzován fixací nových mutací. Fixace nových mutací nastává častěji v malých populacích. Ve velkých populacích proti fixaci mutací významně působí selekce, škodlivé mutace (negativní) jsou rychleji eliminovány než v populacích malých a dokonce v malých populacích mohou být i škodlivé mutace fixovány. Efekt ladatele se může uplatnit během evoluce v těch případech, kdy vzniká nová populace z početně značně omezené skupiny jedinců. Tímto efektem je vysvětlována například neobvykle vysoká četnost porfyrie mezi bělošským obyvatelstvem v Jihoafrické republice. Porfyrie je autosomálně dominantně děděné onemocnění (metabolické onemocnění) s variabilními fenotypovými projevy. Onemocnění je vyvoláno deficiencí enzymu, který se podílí na metabolismu hemoglobinu. Gen pro toto onemocnění byl dovezen příslušníky jedné rodiny původních imigrantů a přesto, že proti tomuto onemocnění probíhala poměrně silná selekce, se účinkem driftu v populaci bělošského obyvatelstva značně rozřil. Genetická zátěž populace V populaci se vyskytují alely, které své nositele mohou poškozovat. Účinek těchto nevýhodných alel se může projevovat ve sníž relativní reprodukční schopnosti jejich nositelů. Z populačního hlediska představují takové alely genetickou zátěž populace. Extrémní formou nevýhodných mutací jsou mutace letální. Velikost genetické zátěže je odhadována na základě zkoumání dětí narozených z příbuzenských sňatků. Pro domácí populaci je odhadováno, že každý jedinec je nositelem 12 14ti genů s nevýhodnou recesivní mutací, pro něž je každý příslušník populace heterozygotem. V homozygotním stavu tyto mutace homozygoty více či méně poškozují. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

13 Inbred (nebo též inbreeding) Pojem inbred označuje kříž mezi příbuznými jedinci. Jako příbuzné označujeme takové jedince, kteří mají alespoň jednoho společného předka. Z praktických důvodů bývají úvahy o inbredu omezeny na společného předka nejvýše ve stupni pra-prarodiče. Dochází-li k inbredu, zmenšuje se počet heterozygotů a stoupá počet homozygotů. Uvedené tvrz platí jak pro populaci, tak i pro jednotlivé rodiny. Pro zkoumání inbredu je vhodné zavést pojem alela společná původem - ibd alela (Identical By Descent). Ibd alela je taková alela, kterou jedinec zdědil od společného předka. Koeficient inbredu F je pravděpodobnost, že u jedince jsou obě alely daného lokusu ibd alely. Nejběžněj typy příbuzenských sňatků jsou sňatek bratrance a sestřenice 1. stupně, příbuzenský sňatek bratrance a sestřenice 2. stupně a sňatek mezi strýcem a neteří. U příbuzenských sňatků se stupeň genetické příbuznosti vyjadřuje výpočtem koeficientu inbredu. Výpočet je založen na skutečnosti, že rodič a jeho dítě mají 1/2 alel společných (ibd). Potom rovnice pro výpočet koeficientu inbredu je 1 12) F = 2 n+ 1 kde n je počet generací (spojových čar rodokmenového schématu, viz Genealogie). Zjednodušeně je zvykem popisovat rodokmenovou situaci pomocí koeficientu příbuznosti r: 1 13) r = 2 n kde n je opět počet generací. Koeficient příbuznosti udává pravděpodobnost, že namátkově vybraná alela u dvou příbuzných osob je ibd alela. Porovnání koeficientu příbuznosti a inbredu ve vybraných příbuzenských vztazích uvádí následující tabulka. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno

14 Koeficient příbuznosti (r) a inbredu (F) Příbuznost Stupeň příbuznosti r F Rodič-dítě 1 1 / 2 1 / 4 Dvojčata DZ 1 1 / 2 1 / 4 Dvojčata MZ 1 Sourozenci 1 1 / 2 1 / 4 Nevlastní sourozenci 2 1 / 4 1 / 8 Bratranec-sestřenice -1. stupeň 3 1 / 8 1 / 16 Bratranec-sestřenice -2. stupeň 5 1 / 32 1 / 64 Teta-neteř 2 1 / 4 1 / 8 Příbuzenské sňatky Z hlediska klinické genetiky představují příbuzenské sňatky zvýš rizika naroz dítěte s autosomálně recesivním onemocněním. Za předpokladu, že choroba je vzácná, pak genová frekvence je v rámci populace nízká, avšak pravděpodobnost vzniku homozygota při příbuzenském sňatku je relativně vysoká. Při příbuzenských sňatcích se také zvyšuje riziko naroz dítěte s polygenně dědičným onemocněním. Využití zákonitostí populační genetiky ve farmakologii Na základě sledování frekvence výskytu vybraných chorob v jednotlivých generacích je možné hodnotit jak genetickou zátěže populace, tak ekologické dopady na zdraví lidstva a hledat prostředky k jejich usměrnění. Farmaceutický průmysl z poznatků populačních studií může získat představy pro vývoj nových preventivních přípravků a nových typů cílených léčiv. Současný trend výzkumu ve farmakogenetice a farmakogenomice je založen na široce pojatých populačně genetických studiích se záměrem konstruovat léčiva cíleně pro jednotlivé genotypy při shodném klinickém projevu. Jeho Jeho žit bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je ázáno