Близнецовый метод Близнецовый метод

Близнецовый метод

Близнецовый метод – это метод сопоставления особенностей членов близнецовой пары, позволяющий определить степень влияния наследственных факторов и среды на формирование тех или иных свойств.

Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной зиготы, причем в оплодотворении яйцеклетки принимает участие только один сперматозоид.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются из разных зигот, когда две разные яйцеклетки одновременно выходят из яичника женщины и оплодотворяются каждая “своим” сперматозоидом.

Для идентификации монозиготных близнецов используют критерии диагностики зиготности близнецов – фенотипические признаки, обусловливаемые только генотипом. • пол • группы крови по разным системам • цвет глаз и кожи • цвета и формы волос • формы носа, губ, рта, • форма и величина головы, ушных раковин, пальцев и кистей • особенности строения зубов, цвета их эмали • расположение веснушек, кожных сосудов • кожные узоры на пальцах и ладонях

Близнецовый метод включает следующие этапы: 1. Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов. 2. Вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов. 3. Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака.

Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов Сначала подбирают две группы близнецов: группу монозиготных близнецов и группу дизиготных близнецов. Причем подбирают такие пары близнецов, в которых хотя бы у одного из двух близнецов имеется изучаемый признак.

Вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов П одсчитывают количество таких пар близнецов, в которых изучаемый признак встречается у обоих близнецов. Такой подсчет делают отдельно для монозиготных и дизиготных близнецов. Конкордантность – показатель идентичности близнецов пары по определенному признаку. СMZ=(n. MZ/NMZ)*100%

Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака Н – коэффициент наследуемости, доля вклада наследственности в формирование изучаемого признака; КМБ - коэффициент конкордантности Формула Хольцингера монозиготных близнецов по изучаемому признаку; КДБ - коэффициент конкордантности дизиготных близнецов по изучаемому признаку.

Если Н > 0, 7 (70%) , то решающая роль в проявлении признака принадлежит наследственным факторам Если Н находится в интервале 0, 3— 0, 7 (30— 70%) , то на проявление признака оказывают влияние как наследственные , так и внешнесредовые факторы с тем или иным преимуществом. Основная роль факторов внешней среды в проявлении признака предполагается, если Н < 0, 3 (30%).

Задача 1. Конкордантность монозиготных близнецов по массе тела составляет 80%, а дизиготных близнецов – 30%. Каковы доля наследственности и доля среды в формировании этого признака. Задача 2. Изучены 40 пар монозиготных и 80 пар дизиготных близнецов. Во всех этих парах хотя бы у одного из близнецов имелся изучаемый признак. При этом в 32 -х парах монозиготных близнецов и в 16 -и парах дизиготных близнецов этот признак имелся и у второго близнеца. Определите коэффициент наследуемости изучаемого признака.

Задача 3. Зарегистрировано 20 пар монозиготных близнецов и 20 пар дизиготных близнецов. При опросе выяснено, что в 15 парах монозиготных близнецов бронхиальной астмой болели оба, а в группе дизиготных близнецов оба страдали астмой в 7 семьях. Вычислите конкордантность по этому признаку и определите роль наследственности и среды в развитии данного заболевания. Задача 4. Конкордантность монозиготных близнецов по врожденному вывиху бедра составляет 41, 4%, а дизиготных 2, 8%. Определить долю средовых факторов в развитии врожденного вывиха бедра?

Задача 5. Конкордантность монозиготных близнецов по косолапости составляет 45, 5%, а дизиготных 18, 2%. Определить, что в основном влияет на развитие этого признака? Задача 6. Обследовано 65 пар монозиготных и 87 пар дизиготных близнецов. При опросе выяснено, что в 63 парах монозиготных близнецов корью болели оба, а среди дизиготных близнецов корью болели оба в 82 парах. Вычислите конкордантность (%) отдельно для каждой группы близнецов. На основании этого решите, существует ли наследственная предрасположенность к данному заболеванию?

ПОПУЛЯЦИОННО- СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Популяция - совокупность особей определенного вида, в течение большого числа поколений населяющих определенный ареал, внутри которого практически осуществляется та или иная степень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции.

Классификация популяций 1. Большие (>4000) 2. Малые ( 1500 - 4000) 3. Изоляты (>1500)

Генофонд – совокупность генотипов всех особей в популяции. Генотип – совокупность генов в организме.

Частота генотипа равна доли данного генотипа к общему числу генотипов в популяции. Частота аллели равна доли данной аллели к общему числу аллелей в популяции.

Закон Харди - Вайнберга В идеальных популяциях частоты аллелей сохраняются из поколения в поколение. Идеальная популяция: ØБесконечно большая численность ØПолная панмиксия ØИзоляция от других популяций вида ØОтсутствие мутаций и естественного отбора

p- частота встречаемости аллеля А q – частота встречаемости аллеля а p+q=1

Уравнение Харди - Вайнберга р2 + 2 pq + q 2 = 1 p 2 - частота встречаемости генотипа АА 2 pq –частота встречаемости генотипа Аа q 2 - частота встречаемости генотипа аа

1. В популяции человека количество индивидуумов с карим цветом глаз составляет 51%, а с голубым – 49%. Определите процент доминантных гомозигот в данной популяции. 2. В выборке, состоящей из 84 000 растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, т. к. у них рецессивные гены находятся в гомозиготном состоянии. Определите частоты аллелей А и а, а также частоту гетерозиготных растений. 3. Одна из форм глюкозурии наследуется как аутосомно- рецессивный признак и встречается с частотой 7: 1000000. Определить частоту встречаемости гетерозигот в популяции.

Дрейф генов • Дрейф генов по Райту - случайные колебания частоты гена в популяции, происходящие без действия естественного отбора. Дрейфу генов способствуют: 1) катастрофы в жизни популяций, за пределами человеческих возможностей выжить, при этом по каким-то случайным причинам кто-то остается живым и является родоначальником новой популяции 2) малые размеры популяций, 3) эффект основателя – мигранта.

Коэффициент миграции • Коэффициент миграции (М) = Nm/Nt, где Nm - доля мигрантов, Nt - общая численность популяции. Для сохранения генофонда популяции доля мигрантов в популяции не должна быть велика. Несмотря на увеличение смешанных по этническому принципу популяций доля межнациональных браков не превышает нескольких процентов.

Демографическая структура популяции • включает: размер популяции, рождаемость, смертность, национальный состав, величина миграции, ассортативность браков • Рождаемость и смертность зависят от уровня социальной обеспеченности и генотипа супругов. Размер популяции определяет степень эндогамии (в изолятах м. б. высокий уровень родственных браков). От уровня эндогамии зависит частота рождения детей с патологией, мертворождаемости и смертности.

Брачная ассортативность • Брачная ассортативность может быть по возрасту, уровню образования, национальности, религиозной принадлежности. • Она может быть определена по следующей формуле: • А = Vo/Ve Vo – доля одонациональных браков, Ve – доля браков, ожидаемых при панмиксии, Ve = X·Y • Y – доля мужчин данной национальности, Х – доля женщин той же национальности. • Если А = 1, популяция панмиксная, • А<1 – отрицательная брачная ассортативность (доля однонациональных браков меньше, чем при панмиксии), это приводит к увеличению гетерозиготности. • А>1 положительная ассортативность (доля однонациональных браков больше, чем при панмиксии), это приводит к увеличению гомозиготности.

Полиморфизм популяции • - доля полиморфных локусов из всех исследованных. Полиморфным признаком называется моногенный признак, по которому в популяции присутствуют по крайней мере два фенотипа или генотипа с частотой не менее 1 -2%.

Полиморфизмы ядерной ДНК • Проводятся исследования по различным типам: однонуклеотидные замены, инсерционно-делеционный полиморфизм, мини и микро-сателлиты. Кроме того, изучается распространение в разных популяциях, частоты тех или иных гаплотипов, т. е. различных сочетаний аллелей полиморфных участков (например, Alu- повторы, СА-повторы). На основании этих исследований выясняются пути миграций народов и их происхождение.

Полиморфизм мт. ДНК • Полиморфизм митохондриальной ДНК используется в популяционных исследованиях из- за простоты выделения ДНК. Основной особенностью этого полиморфизма является отсутствие рекомбинаций у человека и материнский тип наследования. Y- хромосомный полиморфизм имеет отцовское наследование и обнаруживает отсутствие рекомбинации за исключением псевдоаутосомных районов. Благодаря изучению этих типов полиморфизма выясняется вклад митохондриального генома и Y -хромосомы в изменение генофонда популяций.

Полиморфизм маркеров Y-хромосомы • Показано, что существует 10 вариантов гаплотипов. Два из них Eu 18 и 19 являются наиболее древними. Eu 18 встречается у басков на Пиренейском полуострове, они считаются наиболее древними европейцами. Частота этого гаплотипа уменьшается с Запада на Восток. Eu 19 с наибольшей частотой встречается в восточно- европейских странах: Польше, Венгрии и на Украине. Большая часть мужчин Европы относится к более древним родословным и не более 20% относятся к родословным, которые появились после ледникового периода.

Наибольшим разнообразием обладают африканские популяции • Было показано, что наибольшим разнообразием обладают африканские популяции, особенно южнее Сахары. На основании также высокого уровня гетерозиготности, и подразделенности Африканских популяций генетики, занимающиеся этой проблематикой, высказали предположение, что человек имеет африканское происхождение. Хотя не все антропологи с этим согласны.

Низкий уровень генетического разнообразия европейцев по сравнению с африканцами • Был проведен (Bertanpetit, Sykes, 1996, Torroni, 1998) анализ мт ДНК лиц, взятых из европейских популяций и Ближнего Востока (баски, британцы, швейцарцы, сардинцы, болгары, турки, бедуины, палестинцы, йеменские евреи). В каждом образце секвенировались гипервариабельные участки 1 и 2 и изучался рестрикционный полиморфизм всей мт ДНК. Был показан низкий уровень генетического разнообразия европейцев по сравнению с африканцами. Кроме того была установлена клинальная изменчивость с большей изменчивостью на Ближнем Востоке по сравнению с Западом.

ВОЗМОЖНОСТИ ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА Метод используется для: • определения частоты генов и генотипов в популяции; • анализа генетического расстояния между популяциями; • анализа полиморфизма как кодирующих, так и некодирующих участков ядерной и митохондриальной ДНК; • коэффициента миграции; • подсчета коэффициента отбора; • коэффициента инбридинга в семьях и популяциях.

Этапы ПОПУЛЯЦИОННО – СТАТИСТИЧЕСКОГО исследования • Подбор популяции с учетом ее демографической характеристики. • Сбор материала (медицинское обследование, анкетирование, изучение документов, имеющихся в церкви, ЗАГС'ах, архивах. • Выбор молекулярно-генетического и др. методов в зависимости от поставленной задачи. • Выбор метода статистического анализа.

Показатели генетической характеристики популяций • Частота маркерных генов в популяции Fst по Райту или Gst Нея - генетическое разнообразие популяции; • Fe - селективно-нейтральный уровень разнообразия; • Ne - эффективный размер популяции; • S - коэффициент отбора; • Me - генетически эффективная миграция; • Н - гетерозиготность; • d - генетическое расстояние.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТ ГЕНОВ И ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ. ЗАКОН ХАРДИ - ВАЙНБЕРГА • В идеальных популяциях, т. е. в условиях панмиксии (свободного скрещивания) и при отсутствии мутирования (А -> а и а -> А), отбора и миграций, частоты аллелей в ряду последующих поколений сохраняются. • В первом поколении при частотах аллелей в популяции - р. А и qa устанавливаются частоты генотипов: • р2 АА+ 2 pq Аа + q 2 аа, • Отсюда p. A = р2 + 2 pq/2 = p(p +q) = p • qa = q 2 + 2 pq/2 = q(q + p) = q

Генетика групп крови системы АВО Теория множественных аллелей • . Феликс Берштейн (1878 – 1956) предположил, что существует система множественных аллелей, обозначенных как I A, I B, I 0. • В этой системе аллели IA и IB кодоминантны относительно друга и доминантны по отношению к аллею I 0. • Определим частоты четырех групп крови системы АВО согласно теории множественных аллелей. Ген I локализован длинном плече 9 -й хромосомы (9 q 34). Обозначим частоты аллелей IА - p. A, IB - q. B , IO – r 0. В сумме эти частоты равны 1, также как (p + q) 2 = 1. • Укажем в таблице частоты 6 -и вариантов генотипов по 4 группам крови, исходя из формулы (p. A + q. B + r 0)2

Формула Харди-Вайнберга для 3 -аллельной системы Группа Генотип Частота групп крови генотипов O Io Io r 2 o A IA IA p 2 A 2 p. Ar o + p 2 A o 2 p. Ar IA Io o B IB IB q 2 B 2 q. Br + q 2 B o IB Io 2 q. Br AB IA IB 2 p. Aq. B

• Определите процентное соотношение людей с группами крови A, В, АВ и 0 среди русских и бурятов по данным, представленным в таблице. • Обозначим частоты аллелей IА - p. A, IB - q. B , IO – r 0 • У русских: 0, 249 + 0, 189 + 0, 562 = 1 • Люди с первой группой крови гомозиготы по аллелю - IOIO, поэтому частота этой группы крови будет равна = 0, 562 2 = 0, 315844 =31, 58 % • Формулы для определения частот лиц с группами крови А, В, АВ: • A = 2 r 0 p. A + p. A 2 • B = 2 r 0 q. B +q. B 2 • AB = 2 p. A q. B • Далее приводится таблица с расчетами

Инбридинг Формулы расчета

Определение коэффициента инбридинга между родственниками различной степени родства Родословная А-удвоен- В - число С - число Коэффициент ное число ступеней инбридинга общих передач от F = A (1/2) B + C F = Σ (1/2) n-1 предков отца матери Между двоюродными 4 3 3 F = 4 (1/2)6 F = (1/2)5 + сибсами =1/16 (1/2)5 =1/16 – по два круга передач через мать и отца к бабушке и дедушке Между двоюродными дядей и племянницей 4 4 3 F = 4 (1/2)7 n=7+7 F = (1/2)6 + =1/32 (1/2)6 =1/32

Коэффициенты инбридинга между родственниками различной степени родства Родословная А-удвоен В- С - число Коэффициент - число ступеней инбридинга ное ступе- передач F = A (1/2) B + C F = Σ (1/2) n-1 число ней от общих переда матери предков ч от отца 2 3 F = 2 (1/2)6 n = 6 (по одному =1/32 кругу), так как один предок F = (1/2)5 =1/32 4 5 F = 4 (1/2)10 = 1/256 Общие предки: I. 1, I. 2, III. 3 III. 2, III. 3 3 F = 4 (1/2)6 = 1/16 = 16/256 F = Σ (1/2)9 +(1/2)9+ (1/2)5+ (1/2)5 = Cумма величин F по 1/512 двум родственным + 1/512 + 1/32 + путям = 1/32 = 1/512 + 1/512 17/256 + 16/512 = 34/512 = 17/256

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

Определение коэффициента инбридинга в сложной родословной I II IV V • Путь 1: I. 1→ III. 1→ IV. 1 (отец) →V. 1+ I. 1→ II. 3→ IV. 2(мать) →V. 1 (первый круг). • Путь 2: I. 1→ II. 3→ IV. 2 →V. 1+ I. 1→ III. 1→ IV. I. → V. 1. (второй круг). • Путь 3: 1→ II. 2→ IV. 1 →V. 1 + I. 1→ II. 3→ IV. 2 (третий круг). • Путь 4: I. 1→ II. 3→ IV. 2→V. 1 + 1→ II. 2→ IV. 1 →V. 1 (четвертый круг) • F = (1/2)7 + (1/2)7= 4/128 = 1/32 • F = 4 (1/2)8+ 4 (1/2)8 = 4/256 + 4/256 = 8/256 = 1/32

Определение генетической структуры популяции с известной частотой q 2 • В популяции 16 % людей имеют группу крови N. Определите долю лиц с группами крови М и M N в этой популяции при условии панмиксии • q. N = √ 0, 16 = 0, 4 • p. M = 1 - 0, 4 = 0, 6 • Частота лиц с группой крови ММ = 0, 36 = 36% • Частота гетерозигот 2 pq = 2 x 0, 4 x 0, 6 =0, 48 • Cумма всех генотипов: 0, 16 + 0, 36 + 0, 48 = 1

Определение генетического состава популяции, в которой коэффициент отбора по гомозиготам аа = 1 (S aa = 1) • В популяции, состоящей из 100 млн. людей, 40 тыс. поражено заболеванием, вызываемым рецессивным геном. Если этим лицам воспрепятствовать в воспроизведении потомства и если численность популяции не изменится, сколько больных будет в следующем поколении? • Частота больных рецессивным заболеванием q 2 равна (после сокращения 0) 0, 0004 • Частота аллеля q = 0, 02, • Частота аллеля р = 0, 98, частота p 2 = 0, 9604 • Частота гетерозигот 2 х 0, 02 х 0, 98 = 0, 0392 • Генетический состав двухаллельной популяции: 0, 9604 АА + 0, 0392 Аа + 0, 0004 аа = 1 • Коэффициент отбора по аа равен 1, источником аллеля а будут только гетерозиготы, вернее их половина: q = 0, 0392 : 2 + 0 = 0, 0196. q 2 = 0, 000384 = 0, 0384% (qa = q 2 + 2 pq/2). Эта величина от 100 млн. составит 38400