Những ứng dụng của nguyên lý Hardy-Weinberg

1. Xác định tần số của allele lặn Trong trường hợp trội hoàn toàn, ta không thể phân biệt các thể dị hợp với thể đồng hợp trội. Vì vậy, trên nguyên tắc, ta không thể tính được các tần số allele. Tuy nhiên, có thể giả định các tần số kiểu gene ở dạng cân bằng, qua đó tính được tần số allele lặn và dự đoán tần số của các kiểu gene trong quần thể. Chẳng hạn, bạch tạng (albinism) ở người là tính trạng lặn tương đối hiếm gặp. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những ứng dụng của nguyên lý Hardy-Weinberg Những ứng dụng của nguyên lý Hardy-Weinberg1. Xác định tần số của allele lặnTrong trường hợp trội hoàn toàn, ta không thể phân biệt các thể dị hợp vớithể đồng hợp trội. Vì vậy, trên nguyên tắc, ta không thể tính được các tần sốallele. Tuy nhiên, có thể giả định các tần số kiểu gene ở dạng cân bằng, quađó tính được tần số allele lặn và dự đoán tần số của các kiểu gene trong quầnthể.Chẳng hạn, bạch tạng (albinism) ở người là tính trạng lặn tương đối hiếmgặp. Nếu như ký hiệu A cho allele xác định sắc tố bình thường và a cho allelebạch tạng, kiểu gene của người bị bạch tạng là aa, trong khi những ngườibình thường thì hoặc là AA hoặc là Aa. Giả sử trong một quần thể người tầnsố của những người bị bạch tạng là 1/10.000. Theo nguyên lý H-W, tần sốcủa thể đồng hợp lặn là q2 = 0,0001 nên q = = = 0,01. Do đó tầnsố của allele A là: p = 1- 0,01 = 0,99 (vì p + q = 1). Từ đây xác định được tầnsố của hai kiểu gene còn lại:f(AA) = p2 = (0,99)2 = 0,9801 (hay ~98%)f(Aa) = 2pq = 2(0,99)(0,01) = 0,0198 (hay ~ 2%)Lưu ý trong trường hợp tần số allele lặn là rất thấp, nghĩa là kích thước mẫulớn, ta cần phải lấy số thập phân đầy đủ để đảm bảo chính xác cho các kếtquả tính toán sau cùng.2. Xác định tần số của các thể mang (carrier)Một điều lý thú của nguyên lý H-W là ở chỗ, các allele hiếm nói chung là cácallele lặn gây bệnh trong quần thể thường ẩn tàng trong các thể dị hợp (gọi là“thể mang”) và ta có thể tính được tần số của chúng nếu như biết được tần sốallele. Nếu cho rằng có sự cân bằng H-W thì tần số của các thể mang allelebệnh lặn trong quần thể được ước tính là H = 2q(1-q).Và tần số của các thể dị hợp trong số những cá thể bình thường, ký hiệu H’,là tỷ số f(Aa)/ f(AA+Aa), trong đó a là allele lặn với tần số q. Khi đó:H’ = = =Ví dụ: Với trường hợp bạch tạng nói trên, tần số của aa là 0,0001 thì tần sốcủa những người dị hợp (Aa) là 0,02 , nghĩa là trong 50 người có một ngườimang allele bạch tạng. Đây là một tỷ lệ rất cao! Mặt khác, tần số allele a ởnhững người dị hợp là 0,02: 2 = 0,01 trong khi ở những người bạch tạng là0,0001, như vậy allele a ở những người dị hợp có nhiều hơn ở những ngườibạch tạng khoảng 100 lần (0,01 : 0,0001 = 100 ).Tổng quát, nếu tần số của một allele lặn trong quần thể là q, thì sẽ có pqallele lặn trong các thể dị hợp và q2 allele lặn trong các thể đồng hợp. Tỷ sốấy là pq/q2 = p/q, và nếu như q rất bé thì tỷ số đó sẽ xấp xỉ 1/q. Như vậy, khitần số của một allele lặn càng thấp bao nhiêu, thì tỷ lệ của allele đó trong cácthể dị hợp càng cao bấy nhiêu.Tương tự, có thể lấy nhiều ví dụ về các allele lặn gây bệnh ở ngừơi. Điểnhình là bệnh rối loạn chuyển hoá có tên là phenylxetôn-niệu (phenylketonuria= PKU) do một allele lặn đơn, có thể phát hiện sớm vài ngày sau sinh. Mộtkết quả điều tra ở Birmingham trong hơn ba năm cho thấy có 5 trường hợp bịbệnh trong số 55.715 bé (Raine và cs 1972). Tần số các thể đồng hợp lặn xấpxỉ 1/11.000 hay 90 x 10-6. Tần số allele lặn làq= = 0,0095. Tần số các thể dị hợp trong cả quần thể (H = 2pq) vàtrong số các thể bình thường (H’= 2q/1+q) đều xấp xỉ bằng 0,019. Như vậykhoảng 2% số người bình thường là có mang mầm bệnh PKU. Các kết quảnày thật đáng ngạc nhiên: bằng cách nào các thể dị hợp về allele lặn lại phổbiến đến như vậy, trong khi tần số bệnh thực tế là quá thấp!Đến đây ta có thể khẳng định rằng: Nếu như ai đó có ý tưởng muốn loại bỏmột allele lặn hiếm gây bệnh nào đó ra khỏi quần thể hòng “cải thiện chủngtộc” chẳng hạn, quả là không tưởng! Thật vậy, nếu gọi t là số thế hệ cần thiếtđể biến đổi tần số allele ban đầu là q0 xuống còn qt ở thế hệ thứ t, ta có t =1/qt-1/q0. Giả sử q0 = 0,01, muốn giảm xuống còn 0,001 phải cần tới 900 thế hệ;tương tự, để giảm tần số xuống còn 0,0001 phải cần đến 9.900 thế hệ. Thửtưởng tượng ở người một thế hệ trung bình là 30 năm, thời gian ấy lớn đếndường nào (9.900 x 30 = 297.000 năm)!3. Khảo sát trạng thái cân bằng của quần thểTừ nguyên lý H-W và các hệ quả rút ra được ở trên cho phép ta vận dụng đểxác định xem cấu trúc di truyền của một quần thể có ở trạng thái cân bằng H-W hay không.Dưới đây chỉ lược trình vài phương pháp tổng quát đối với một quần thể ngẫuphối (Hoàng Trọng Phán 2001), với các giả thiết và ký hiệu đã được đề cập.Trước tiên, cần nắm vững nguyên tắc này trong suy luận: Theo nguyên lý H-W, các tần số kiểu gene ở đời con được xác định nhờ tần số allele ở bố mẹchúng. Nếu quần thể ớ trạng thái cân bằng, tần số các allele sẽ như nhau ở cảhai thế hệ, vì vậy tần số allele quan sát được ở đời con có thể dùng y như thểnó là tần số allele đời bố mẹ để tính các tần số kiểu gene kỳ vọng theonguyên lý H-W. Như vậy, về nguyên tắc, một quần thể được coi là ở trạngthái cân bằng nếu như nó thỏa mãn một trong những khả năng sau đây; ngượclại, quần thể không ở trạng thái cân bằng.(1) Các tần s ...