bài tập quần thể dưới áp lực của các nhân tố tiến hóa

Trong những năm gần đây, các bài tập di truyền học quần thể dưới áp lực của các nhântố tiến hóa xuất hiện ngày một nhiều hơn trong các đề thi những năm gần đây.Trong phân nay la nôi dung vê cac thuât toan, công thưc vê ap lưc cua cac nhân tô tiênhoa va cac bai toan cơ ban đươc trinh bay dươi dang cac vi du. Cac công thưc toan hoc đươchinh thanh rât phưc tap nên không giơi thiêu ơ đây. Đôi vơi bô môn chi cân hiêu ro tinh huôngcua bai va vân dung công thưc phu hơp.Trươc khi đi vao nôi dung chinh chung ta cân xem xet lai môt sô khai niêm cơ ban liênquan tơi di truyên hoc quân thê va câu truc di truyên cua quân thê.“Quân thê la môt nhom ca thê cung loai trai qua môt thơi gian dai nhiêu thê hê đa cungchung sông trong môt khoang không gian xac đinh trong đo cac ca thê giao phôi tư do vơinhau va đươc cach li ơ môt mưc đô nhât đinh vơi cac nhom ca thê lân cân cung thuôc loaiđo”(Theo Trân Ba Hoanh – Hoc thuyêt tiên hoa NXBGD 1980)

Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 BÀI TẬP QUẦN THỂ DƯỚI ÁP LỰC CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA (Nguyễn Trung Hiệu 0397923388) Trong năm gần đây, tập di truyền học quần thể áp lực nhân tố tiến hóa xuất ngày nhiều đề thi năm gần Trong phần này là nội dung về các thuật toán, công thức về áp lực của các nhân tố tiến hóa và các bài toán bản được trình bày dưới dạng các ví dụ Các công thức toán học được hình thành rất phức tạp nên không giới thiệu ở Đối với bộ môn chỉ cần hiểu rõ tình huống của bài và vận dụng công thức phù hợp Trước vào nội dung chính chúng ta cần xem xét lại một số khái niệm bản liên quan tới di truyền học quần thể và cấu trúc di truyền của quần thể “Quần thể là một nhóm cá thể cùng loài trải qua một thời gian dài nhiều thế hệ đã cùng chung sống một khoảng không gian xác định đó các cá thể giao phối tự với và được cách li ở một mức độ nhất định với các nhóm cá thể lân cận cũng thuộc loài đó”(Theo Trần Bá Hoành – Học thuyết tiến hóa NXBGD 1980) Theo NV.Timôphêep Rixôpxki quần thể là đơn vị tiến hóa sở vì thỏa mãn điều kiện: - Có tính toàn vẹn không gian và thời gian - Biến đổi cấu trúc di truyền qua các thế hệ - Tồn tại thực tự nhiên Trong tự nhiên đa số các quần thể là ngẫu phối nên cấu trúc di truyền của nó được ổn định và thỏa mãn phương trình Hacđi – Vanbec Trạng thái này gọi là trạng thái cân bằng di truyền hay còn gọi là trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec Nếu xét một gen có alen A và a đó tần số của alen A là p, tần số của alen a là q (p+q=1) thì đẳng thức Hacđi – Vanbec có dạng: p2AA + 2pq Aa + q2 aa = Đẳng thức này có thể viết dưới dạng: ( pA + qa)2=1 Mở rộng với gen có n alen chẳng hạn gen có các alen a1, a2, a3,…an với các tần số tương ứng là p1, p2, p3,…pn thì đẳng thức Hácđi – Vanbec có dạng: (p1a1 +p2a2 + p2a3+…+ pnan)2 =1 Để quần thể ở trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec cần phải có một số điều kiện sau: - Quần thể phải có kích thước lớn Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 - Các cá thể quần thể phải giao phối ngẫu nhiên - Các cá thể có kiểu gen khác phải có sức sống và khả sinh sản (không có chọn lọc tự nhiên) - Không xảy đột biến, nếu có đột biến thì tần số đột biến thuận phải bằng tần số đột biến nghịch - Quần thể phải được cách li với các quần thể khác (không có di- nhập gen giữa các quần thể) Trên thực tế, một quần thể tự nhiên rất khó đáp ứng các điều kiện này nên cấu trúc di truyền của quần thể liên tục bị biến đổi Những nhân tố làm cho cấu trúc di truyền của quần thể bị biến đổi gọi là nhân tố tiến hóa Nhân tố tiến hóa làm biến đổi tần số các alen và tần số kiểu gen Theo quan niệm hiện nay, các nhân tố tiến hóa là đột biến, di nhập gen, các yếu tố ngẫu nhiên, giao phối không ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên Mỗi nhân tố có những vai trò nhất định đối với quá trình tiến hóa Đợt biến: Q trình đột biến gen làm cho cấu trúc gen bị biến đổi, tạo nhiều alen Các alen gen khác cặp nucleotit Những gen có cấu trúc bền vững có alen, gen dễ đột biến có nhiều alen Đột biến nguyên liệu sơ cấp cho tiến hóa Đột biến xảy theo chiều thuận nghịch - Trường hợp xảy đột biến thuận A đột biến thành a với tần số u tần số alen A sau n hệ là: Pn = [Po(1 – u)n] (trong đó Po tần số đột biến ban đầu của alen A) - Trường hợp xảy đột biến thuận đột biến nghịch A đột biến thành a với tần số u a đột biến thành A với tần số v Nếu u = v u = v = trạng thái cân alen không thay đổi Nếu v = u > alen A áp lực đột biến mà cuối bị loại thải khỏi quần thể Ví dụ: Quần thể ban đầu có tần số tương đối của alen A là 0,96 Nếu chỉ áp lực đột biến theo một chiều làm giảm alen A qua 346570 thế hệ thì tần số tương đối của alen A còn ? Cho biết tốc độ đột biến bằng 10-5 Lời giải: Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Trường hợp xảy đột biến thuận A đột biến thành a với tần sớ u tần sớ alen A sau n thế hệ là: pn = [po(1 – u)n] đó Po tần số đột biến ban đầu của alen A Thay các đại lượng vào công thức Pn = [0,96(1 – 10-5)346570] = 0,03 Vậy tần số tương đối của alen A còn là 0,03 Mối quan hệ giữa u, v với p, q: Giả sử, gen A xảy đột biến theo chiều Sau hệ tần số tương đối A là: p1 = p0 – up0 + vq0 Lượng biến thiên tần số tương đối A là: ∆p = p1 – p0 Thay giá trị p1 vào ta có: ∆p = (p0 – up0 + vq0) – p0 = vq0 – up0 Tần số tương đối p A, q a đạt cân số lượng đột biến thuận nghịch bù trừ nhau, nghĩa ∆p = vq = up, mà q = – p nên up = v(1- p) Từ đó: up + vq = v u v p q → vu ; vu Ví dụ: Quần thể ban đầu có 1000000 alen A và a Tốc độ đột biến của alen A là 3.10-5, còn của alen a là 10-5 Khi cân bằng thì quần thể có số lượng của từng alen là bao nhiêu? Cho biết không tính áp lực của các nhân tố khác làm biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể Lời giải: Tại thời điểm cân bằng p u 3.105   0, 75 u  v 3.105  105 Số lượng alen A tại thời điểm cân bằng: 0,75 1000000 = 750000 Số lượng alen a tại thời điểm cân bằng : 1000000 – 750000 = 250000 Di - nhập gen: Di cư nhập cư cũng làm biến đổi cấu trúc di truyền quần thể đặc biệt nhập cư còn mang đến cho quần thể alen lạ Ở dây chúng ta cần xác định biến đổi tần số alen tần số kiểu gen quần thể sau có xảy di nhập gen a) Tốc độ di nhập gen: Số giao tử mang gen di nhập Số giao tử mỗi hệ quần thể Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Tốc độ di nhập gen (M) = → Lượng biến thiên tần số tương đối gen A ∆p = M(pX – pY) pX: tần số A ở quần thể nhận (quần thể X) pY: tần số A ở quần thể cho (quần thể Y) M: là tỉ lệ cá thể từ quần thể X quần thể Y mới hay là tốc độ di nhập gen Ví dụ: Tần số tương đối của gen A ở quần thể I là 0,8; của quần thể II là 0,3.Tốc độ di- nhập gen A từ quần thể (II) vào quần thể (I) là 0,2 Tính lượng biến thiên tần số tương đối của gen A Lời giải: Tỉ lệ số cá thể nhập cư, lượng biến thiên tần số gen A quần thể nhận (I) là: ∆p = 0,2(0,3-0,8) = - 0,1 Giá trị này cho thấy tần số A quần thể nhận (I) giảm 0,1 b) Sự du nhập đột biến Một quần thể ban đầu gồm cá thể có kiểu gen AA quần thể chỉ có alen A Quần thể có thêm alen a trình đột biến A → a xảy nội quần thể đã nhận a du nhập từ quần thể khác tới thông qua phát tán giao tử hay di cư cá thể có mang đột biến a Sự du nhập đột biến cũng nguyên nhân làm thay đổi vốn gen quần thể Khi tần số a sau xảy du nhập gen tính theo cơng thức: q1= n.qn+m.qm qn là tần số alen a trước có du nhập qm là tần số alen a bộ phận mới du nhập n và m là tỉ lệ so sánh kích thước của quần thể và của bộ phận du nhập(n+m=1) Đối với quần thể lớn du nhập đột biến không ảnh hưởng đáng kể tới thay đổi cấu trúc di truyền quần thể Ví dụ: Trong một quần thể có 16% mắt xanh, 20% số người di cư đến quần thể chỉ có 9% số người mắt xanh Giả sử mắt xanh gen lặn quy định thuộc nhiễm sắc thể thường Tính tần số alen mắt xanh của quần thể mới? Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Lời giải: Gọi a là gen quy định kiểu hình mắt xanh Vì quần thể ngẫu phối nên q1  0,16  q1  0, Sự du nhập của gen lặn a vào quần thể làm cho quần thể có tần số alen a là q1= n.qn+m.qm qn là tần số alen a trước có du nhập = 0,4 qm là tần số alen a bộ phận mới du nhập = 0,3 n và m là tỉ lệ so sánh kích thước của quần thể và của nhóm du nhập, theo bài giá trị n = 0,8 và m = 0,2 Thay các giá trị vào biểu thức ta có tần số alen mắt xanh của quần thể mới là q1= 0,8.0,4 + 0,2.0,3 = 0,38 Chọn lọc tự nhiên Chọn lọc tự nhiên phân hóa khả sống sót sinh sản cá thể với kiểu gen khác quần thể Chọn lọc tự nhiên có vai trò quy định chiều hướng nhịp điệu tiến hóa Áp lực chọn lọc tự nhiên lớn q trình tiến hóa nhanh Có hình thức chọn lọc tự nhiên: - Chọn lọc ổn định (kiên định): hình thức chọn lọc bảo tờn cá thể mang giá trị trung bình, đào thải cá thể mang tính trạng chệch xa mức trung bình - Chọn lọc vận động (định hướng): tính trạng chọn lọc theo hướng định - Chọn lọc phân hóa (gián đoạn): hình thức chọn lọc đào thải giá trị trung tâm, tích lũy giá trị vùng biên Tác dụng chọn lọc có khác từng loại kiểu hình, từng kiểu gen từng gen Vì người ta phân biệt khái niệm giá trị chọn lọc hệ số chọn lọc Giá trị chọn lọc (selective value): còn gọi giá trị thích nghi (adaptive value) kí hiệu W, đo mức độ sống sót, mức độ truyền lại alen cho hệ sau Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Vì phần lớn đột biến lặn có hại, nghĩa kiểu hình đột biến thường sinh trưởng, phát triển sinh sản kém kiểu hình dại nên người ta so sánh giá trị chọn lọc alen trội với alen lặn Ví dụ: kiểu hình trội dại (có kiểu gen AA Aa) để lại cho đời sau 100% cháu còn kiểu hình đột biến (kiểu gen aa) chỉ để lại cho đời sau 90% cháu ta nói giá trị chọn lọc alen A 100% (WA=1,00) giá trị chọn lọc alen a 90% (Wa=0,90) Để đơn giản người ta tính s từng alen, dựa vào tần số alen trước sau chọn lọc Vì giá trị chọn lọc kiểu gen phụ thuộc vào nhiều gen kiểu gen nên người ta còn dùng khái niệm giá trị chọn lọc trung bình W  Hệ sớ chọn lọc (selective coeficient): (kí hiệu S) đo mức độ ưu alen so với nhau, chênh lệch giá trị thích nghi alen Trong ví dụ thì: S = WA – Wa = 1,00 – 0,90 = 0,10 Nếu WA = Wa, nghĩa giá trị thích nghi alen A a ngang S = tần số tương đối alen A, alen a quần thể không đổi Nếu WA = 1,00 mà Wa = (cơ thể có kiểu gen aa bị đào thải hồn tồn đột biến a gây chết) S = tần số tương đối A tăng nhanh S biến thiên khoảng từ đến 1, khoảng S lớn biến đổi tần số alen nhanh Nói cách khác S phản ánh áp lực q trình chọn lọc Xét quần thể có cấu trúc p2AA + 2pqAa + q2aa =1 a) Chọn lọc giao tử (chọn lọc alen) Nếu giá trị thích nghi WA lớn = 1, Wa < lượng biến thiên tần số (q) a sau hệ chọn lọc giao tử xác định: q   Sq (1  q )  Sq (1) ∆q < → tác dụng chọn lọc, q giảm dần loại khỏi quần thể Chọn lọc dạng đơn bội có ý nghĩa vi sinh vật sinh vật có pha đơn bội chiếm ưu Ở động vật bậc cao, chọn lọc giao tử biểu rõ động vật Ví dụ: Xác định lượng biến thiên của q sau một thế hệ chọn lọc giao tử biết q trước chọn lọc là 0,6 và hệ số chọn lọc S bằng 0,34 Lời giải: Vận dụng công thức (1) ta xác định được: Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 q   0,34.0,6(1  0,6)  0,1025  0,34.0,6 Như vậy, sau một thế hệ q đã giảm 0,6 – 0,1025 = 0,4975 b) Chọn lọc pha lưỡng bội (chọn lọc kiểu gen) * Giá trị thích nghi của AA và Aa bằng (trội hoàn toàn), aa < → Sau chu kì chọn lọc, lượng biến thiên tần số alen a xác định:  Sq (1  q ) q   Sq (2) (q < q bị giảm sau chu kì chọn lọc) Ví dụ: Trong một quần thể tần số trước chọn lọc của giao tử mang alen A là 0,4 và của giao tử mang alen a là 0,6 Sau chọn lọc tần số giao tử mang alen A là 0,4; giao tử mang alen a là 0,4 Xác định lượng biến thiên của alen a qua chọn lọc Cho biết không tính áp lực của các nhân tố khác Lời giải: Sau chọn lọc A không đổi vậy chọn lọc đào thải a Giá trị thích nghi của WA = 1, Wa = 0,4/0,6 = 0,6667 S = 1- 0,6667 = 0,3333 q   Sq (1  q ) 0,3333.0, 6.0,   0,1  Sq  0,3333.0, Trong trường hợp aa bị đào thải hồn tồn (chết bất thụ) S = W A - Wa = Từ công thức (2) → Trong đó: qn  q  nq (3) n: số thế hệ q: tần số ban đầu qn: tần số ở thế hệ thứ n Khi biết giá trị ban đầu q việc xác định số hệ (n) mà chọn lọc đòi hỏi để làm giảm tần số alen a xuống qn theo công thức sau: n 1  qn q (4) Ví dụ: Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Để làm giảm tần số alen a từ 0,96 xuống 0,03 chỉ áp lực của quá trình chọn lọc pha lưỡng bội phải cần thế hệ? Cho biết hệ số chọn lọc S = Lời giải: Số hệ diễn chọn lọc liên tiếp là: n 1   32 0,03 0,96 * Chọn lọc chống lại tính trạng trội (S > với AA và Aa) p   Spq  S  Sq (5) * Chọn lọc chống lại dị hợp tử (S > với Aa) p   Spq(q  p )  Spq (6) * Chọn lọc ưu tiên dị hợp tử (S > với AA và aa) q  pq ( sp  tq )  sp  tq (7) Giao phối không ngẫu nhiên Giao phối không ngẫu nhiên thể dạng: giao phối có lựa chọn, giao phối gần tự phối Giao phối không ngẫu nhiên khơng có vai trò cung cấp ngun liệu thứ cấp (biến dị tổ hợp) cho tiến hóa mà còn làm thay đổi cấu trúc di truyền quần thể qua hệ * Trường hợp giao phối có lựa chọn: làm cho tỉ lệ kiểu gen tần số alen bị thay đổi qua hệ Ví dụ: Ở quần thể cá đạt trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec có tỉ lệ cá màu xám : cá màu đỏ = 1:24 Nếu xảy hiện tượng giao phối có lựa chọn (chỉ có những cùng màu mới giao phối với nhau) qua thế hệ Xác định thành phần kiểu gen của quần thể ở thế hệ thứ hai Biết gen quy định màu đỏ là trội hoàn toàn so với màu xám, gen nằm nhiễm sắc thể thường Lời giải: Gọi A quy định màu đỏ, a quy định màu xám và tần số của alen A là p, tần số của alen a là q Vì quần thể ở trạng thái cân bằng nên q2 = 1/25 → q = 0,2 ; p = 1-0,2 = 0,8 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Cấu trúc di truyền của quần thể là: 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa = Quần thể xảy giao phối có lựa chọn sau thế hệ: P: (màu đỏ ×màu đỏ)0,96 = (0,6667 AA : 0,3333 Aa) × (0,6667 AA : 0,3333 Aa) 0,96 → F1: (0,6666 AA : 0,2667 Aa : 0,0267 aa) P: (màu xám x màu xám)0,04 = (aa x aa) 0,04 → F1: 0,04 aa Thế hệ F1 thu được là (0,6666 AA : 0,2667 Aa : 0,0667 aa) F1x F1: (màu đỏ x màu đỏ)0,9333 = (0,7142 AA : 0,2858 Aa) × (0,7142 AA : 0,2858 Aa) 0,9333 → F2: (0,6856 AA : 0,2286 Aa : 0,0190 aa) F1x F1: (màu xám x màu xám)0,0667 → F2:0,0667 aa Vậy cấu trúc di truyền quần thể F2: (0,6856 AA : 0,2286 Aa : 0,0857 aa) * Trường hợp tự phối hoặc tự thụ phấn: không làm thay đổi tần số alen làm biến đổi tỉ lệ kiểu gen quần thể theo hướng: tỉ lệ dị hợp tử giảm dần, tỉ lệ đồng hợp tử tăng dần Giả sử có quần thể ban đầu: x AA + y Aa + z aa = sau n lần tự phối cấu trúc di truyền quần thể là: AA = x + y(1- 1/2n)/2 Aa = y(1/2n) aa = z + y(1- 1/2n)/2 Ví dụ: Một quần thể có 0,36 AA; 0,48 Aa; 0,16 aa Xác định cấu trúc di truyền của quần thể sau thế hệ tự phối liên tiếp? Lời giải: AA = 0,36 + 0,48(1- 1/23)/2 = 0,57 Aa = 0,48(1/23) = 0,06 aa = 0,16 + 0,48(1- 1/23)/2 = 0,37 Cấu trúc di truyền quần thể sau lần tự phối là: 0,57 AA + 0,06 Aa + 0,37 aa Biến động di truyền Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Biến động di truyền hay yếu tố ngẫu nhiên (còn gọi lạc dòng di truyền phiêu bạt di truyền) làm biến đổi tần số alen thành phần kiểu gen quần thể cách ngẫu nhiên Nguyên nhân gây biến động di truyền xuất vật chướng ngại địa lí (núi cao, sông rộng) chia cắt khu phân bố quần thể thành phần nhỏ, mỡi phần tần số tương đối alen thay đổi đột ngột phát tán số cá thể ngẫu nhiên mang kiểu gen lập quần thể đã tạo tần số tương đối alen khác với quần thể gốc Quần thể cũng hình thành từ quần thể lớn vào thời điểm số lượng cá thể giảm sút vào “cổ chai’ Ví dụ 1: Tần số của alen không chịu tác động của chọn lọc một quần thể lớn là 0,7 A và 0,3 a Quần thể này bị tiêu diệt gần hết sau một trận dịch, chỉ còn lại cá thể có khả sinh được Hỏi xác suất để sau một số năm quần thể có 100% cá thể là AA (giả sử không xảy đột biến) Lời giải: Cấu trúc di truyền quần thể là 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa = Vì quần thể không bị chọn lọc và đột biến đó từ cá thể trở thành 100% AA thì cá thể đó phải là AA Xác suất cá thể đều là AA là (0,49)4 = 0,0576 Vậy xác suất để sau một số năm quần thể có 100% cá thể AA là 5,76% Ví dụ 2: Giả sử bạn có một quần thể mọt bột gồm 1000 cá thể Bình thường các mọt có màu đỏ nhiên quần thể này là đa hình nên có một số đột biến gen nhiễm sắc thể thường quy định màu thân đen có kiểu gen kí hiệu là bb Màu đỏ là trội so với màu đen có kiểu gen là BB và Bb Giả sử quần thể cân bằng Hacđi – Vanbec với fB = p = 0,5 và fb = q = 0,5 a) Tần số alen B và b là nếu có 1000 mọt đen nhập cư vào quần thể này (Giả sử tất cả các điều kiện khác cho cân bằng Hacđi – Vanbec đều được thỏa mãn) b) Tần suất B và b là nếu hiện tượng thắt cổ chai quần thể xảy và chỉ có cá thể sống sót: một cái đỏ dị hợp tử và đực đen? Lời giải: a) Sau nhập cư tần số kiểu gen quần thể là: 250 BB + 500 Bb + 1250 bb = 0,125 BB + 0,25 Bb + 0,625 bb 10 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Tần số từng loại alen quần thể là p = 0,125 + 0,25/2 = 0,25 q = – 0,25 = 0,75 b) Quần thể xảy hiện tượng thắt cổ chai Tần suất của B = 1/8 = 0,125 Tần suất của b = 7/8 = 0,875 PHẦN II: HỆ thỐng tẬp Trong phần này là nội dung giới thiệu thêm một số bài toán cùng chủ đề giúp các thầy cô và các em học sinh luyện tập củng cố và khắc sâu thêm cho nội dung đã trình bày ở Bài 1: Giả sử locus có hai alen A a , hệ ban đầu có tần số tương đối alen A po Quá trình đột biến làm cho A a với tần số u = 10-5 a) Để po giảm ½ phải cần hệ ? b) Từ em có nhận xét vai trò q trình đột biến tiến hố ? Lời giải: a) Quá trình đột biến làm cho A a với tần sớ u = 10-5 Po Sau n thế hệ tần số của A Pn = = [Po(1 – u)n] 5 q1  0,  0, 0155  0, 6845 1  10   0,5 n → → n = 69 (thế hệ) b) Nhận xét: Quá trình đột biến làm thay đổi tần số alen quần thể Bài 2: Có hai quần thể lồi trùng trạng thái cân di truyền: Trong quần thể thứ nhất, locut có tần số alen M = 0,7 m = 0,3; locut khác có tần số alen N = 0,4 n = 0,6 Trong quần thể thứ hai, tần số alen M, m, N n tương ứng 0,4; 0,6; 0,8 0,2 Hai locut nằm nhiễm sắc thể thường phân li độc lập với Người ta thu số cá thể tương đương (đủ lớn) gồm đực quần thể thứ quần thể thứ hai, rồi chuyển đến vùng vốn khơng có lồi trùng cho giao phối ngẫu nhiên Tần số giao tử Mn quần thể F1 mong đợi bao nhiêu? Lời giải: 11 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Với một số lượng cá thể đủ lớn thì tần số alen số cá thể đó không đổi Do vậy cấu trúc di truyền của thế hệ F1 là Với locut mang gen M và m ♂ 0,7 M 0,3 m 0,28 MM 0,12 Mm 0,42 Mm 0,18 mm ♀ 0,4 M 0,6 m F1: 0,28 MM + 0,54 Mm + 0,18 mm = Giao tử M của thế hệ F1 là 0,54/2 + 0,28 = 0,55 Với locut mang gen N và n ♂ 0,4 N 0,6 n 0,32 0,48 ♀ 0,8 N NN 0,2 n Nn 0,08 Nn 0,12 nn F1: 0,32 NN + 0,56 Nn + 0,12 nn = Giao tử n của thế hệ F1 là 0,56/2 + 0,12 = 0,4 Vậy, tần số giao tử Mn của quần thể F1 được mong đợi 0,55.0,4 = 0,22 Bài 3: Một nhà chọn giống chờn vizon cho chờn giao phối ngẫu nhiên với Ông ta đã phát điều tính trung bình, 9% số chờn có lơng ráp Loại lơng bán tiền Vì ơng ta trọng tới việc chọn giống chồn lông mượt cách không cho chờn lơng ráp giao phối Tính trạng lông ráp alen lặn nhiễm sắc thể thường qui định Tỷ lệ chờn có lơng ráp mà ông ta nhận hệ sau theo lý thuyết %? Lời giải: Tần số alen quần thể ban đầu: qa = 0,3 và pA = 0,7 Tần số kiểu gen ở thế hệ đầu là: 12 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 (0,7)2 AA + 2.0,7.0,3 Aa + (0,3)2 aa = 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa Tần số alen a quần thể ở thể có kiểu hình trội là:  Aa   0, 42   0, 2308     AA  Aa   0, 48  0, 42  Tỷ lệ chồn có lông ráp mà ông ta nhận được thế hệ sau theo lý thuyết là: (0,2308)2 = 5,3269% Lưu ý: Có thể áp dụng công thức q1 = qo/(1+qo) để tính tần số alen a quần thể ở thể có kiểu hình trội q1  q0 0,3   0, 2308  q0  0,3 Bài 4: Trong quần thể nhỏ thuộc lạc, tần số hai alen A a locut tương ứng 0,3 0,7 Tuy vậy, khơng phải cá thể có kiểu gen aa sống đến độ tuổi có khả sinh sản; cụ thể tần số thích nghi tương đối kiểu gen chỉ 0,9; tần số thích nghi tương đối kiểu gen lại Tỉ lệ phần trăm cá thể dị hợp tử trẻ sơ sinh hệ bao nhiêu? Lời giải: Đây là bài toán chọn lọc pha lưỡng bội sau thế hệ n = Vì WA = 1; Wa = 0,9 nên S = – 0,9 = 0,1 q  Áp dụng công thức: →  Sq (1  q ) 0,1.0, (1  0, 7)   0, 0155  Sq  0,1.0, q1  0,  0, 0155  0, 6845 Vậy tỉ lệ phần trăm cá thể dị hợp tử trẻ sơ sinh thế hệ tiếp theo 2p1q1 = 2.0,6845(1-0,6845) = 0,4319 Bài 5: Một quần thể động vật giao phối có số lượng cá thể giá trị thích nghi kiểu gen sau : Kiểu gen AA Aa aa Số lượng cá thể 500 400 100 Giá trị thích nghi 1,00 1,00 0,00 a Hãy tính tần số alen A, a cho biết quần thể có cân Hacđi -Vanbec không ? 13 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 b Quần thể bị chọn lọc theo hướng đào thải alen khỏi quần thể ? Tốc độ đào thải alen nhanh hay chậm ? Vì sao? Alen bị đào thải có hẳn khỏi quần thể khơng ? Vì ? (Biết 100% kiểu gen aa bị chết độ tuổi trước sinh sản bệnh tật) Lời giải: a) Cấu trúc di truyền của quần thể: 0,5 AA + 0,4 Aa + 0,1 aa = Tấn số các alen: pA = 0,5 + 0,4/2 = 0,7 qa = – 0,7 = 0,3 Nếu quần thể cân bằng phải thỏa mãn công thức: p2AA + 2pqAa + q2aa =1 Thay p, q vào ta có: 0,72AA + 2.0,7.0,3 Aa + 0,32 aa = 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa Cấu trúc khác cấu trúc di truyền quần thể ban đầu Vậy quần thể ban đầu không cân bằng Hacđi – Vanbec b) Quần thể bị đào thải kiểu gen aa, hệ số chọn lọc S = qn  Ta có q 0,3   nq  0,3n theo công thức để qn → thì n →∞ Vậy tốc độ đào thải alen này diễn chậm và không bị mất khỏi quần thể Bài 6: Ở muỗi sốt xuất huyết Aedes aegypti, bọ gậy bình thường có màu trắng đục Tính trạng màu sắc thân bọ gậy gen nhiễm sắc thể thường quy định Một đột biến lặn gen làm cho bọ gậy có màu đen Trong phòng thí nghiệm, người ta cho giao phối ngẫu nhiên 100 cặp ruồi bố mẹ, thu 10000 trứng cho nở thành 10000 bọ gậy, số có 100 bọ gậy thân đen Do muốn loại bỏ đột biến khỏi quần thể, người ta đã loại tất số bọ gậy thân đen Giả sử khơng có đột biến xảy a Hãy biện luận để xác định tần số alen quy định màu thân bọ gậy quần thể muỗi bố mẹ b Tần số alen quần thể muỗi thay đổi sau đã loại bỏ bọ gậy thân đen Lời giải: a) Xét thế hệ F1: tỉ lệ thân đen có kiểu gen aa = q2 = 100/10000 = 0,01 → q = 0,1 p + q = → p = 0,9 Vì quần thể ngẫu phối nên tần số alen không đổi Do đó tần số các alen ở thế hệ P là 14 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 pA = 0,9; qa = 0,1 b) Cấu trúc di truyền F1 là 0,81 AA + 0,18 Aa + 0,01 aa = Sau loại bỏ aa cấu trúc di truyền quần thể là 0,8182 AA + 0,1818 Aa =1 Tần số alen qa = 0,1818/2 = 0,0909 pA = – 0,0909 = 0,9091 Bài 7: Sau 277250 hệ tần số alen a chỉ còn 0,06 áp lực trình đột biến theo chiều thuận Xác định tần số alen a quần thể ban đầu Cho biết tốc độ đột biến 105 Lời giải: Trường hợp xảy đột biến thuận A đột biến thành a với tần số u tần sớ alen A sau n thế hệ là: pn = [po(1 – u)n] đó po tần số đột biến ban đầu của alen A → - qn = [(1- qo)(1 – u)n] Thay các đại lượng vào biểu thức ta có: – 0,06 = [(1- qo)(1 – 10-5)277250] → qo = 0,06649 Vậy tần số alen a ban đầu là 0,06649 Bài 8: Quần thể ban đầu có tần số tương đối alen A 0,96 sau 346570 hệ tần số alen A chỉ còn 0,03 Quá trình giảm tần số chỉ áp lực q trình đột biến theo hướng Xác định tốc độ đột biến alen A Lời giải: Trường hợp xảy đột biến thuận A đột biến thành a với tần sớ u tần sớ alen A sau n thế hệ là: pn = [po(1 – u)n] đó po tần số đột biến ban đầu của alen A → qn  q 0,96   0, 0587  nq  16.0,96 0,03 = 0,96(1 – u)346570 → (1 – u)346570 = 0,03125 →  u  346570 0,03125 → u=1- 346570 0,03125 = 10-5 Vậy tốc độ đột biến của gen A là 10-5 Bài 9: 15 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Tần số giao tử mang alen a quần thể trước chọn lọc 0,6 Lượng biến thiên alen a sau chọn lọc - 0,1025 Xác định hệ số chọn lọc giao tử Cho biết không tính áp lực nhân tố khác Lời giải: Áp dụng công thức: q   Sq(1  q)  S 0, 6.0,   0,1025  Sq  0, S → S = 0,34 Bài 10: Tần số alen a ban đầu 0,96 Quá trình chọn lọc pha lưỡng bội diễn qua 16 hệ làm tần số alen a giảm xuống còn bao nhiêu? Cho biết hệ số chọn lọc S = Lời giải: qn  q 0,96   0, 0587  nq  16.0,96 Bài 11: Tần số tương đối gen A quần thể I 0,8 còn quần thể II 0,3124 Tỉ lệ số cá thể nhập cư từ quần thể II vào quần thể I 0,2 Sau hệ nhập cư tần số gen A quần thể nhận (I) bao nhiêu? Lời giải: Sau một thế hệ nhập cư lượng biến thiên tần số gen A quần thể nhận (I) là: ∆p = 0,2.(0,3124 – 0,8) = - 0,0975 Giá trị này cho thấy tần số gen A quần thể nhận (I) giảm 0,0975 Bài 12: Ở số quần thể, tượng giao phối cận huyết xảy anh, chị, em cô, chú, bác ruột Hiện tượng giao phối cận huyết làm giảm tần số dị hợp tử biểu diễn qua Hệ số cận huyết, F, tính theo phương trình sau: Trong đó,  biểu diễn tần số kiểu gen Nếu F = (tức nội phối hồn tồn), tồn quần thể đờng hợp tử, nghĩa trái không Trong quần thể cân có 150 cá thể, số kiểu gen nhóm máu MN quan sát 60 MM, 36 MN, 54 NN a) Hãy tính F 16 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 b) Nếu quần thể loài thứ hai có tần số alen giống hệt giá trị F chỉ 1/2 giá trị F so với quần thể câu a, tần số kiểu gen dị hợp tử (MN) quan sát thực tế quần thể thứ hai bao nhiêu? Lời giải: a Tần số alen quần thể a: qN = (54.2+36): (150.2) = 0,48; pM = (60.2+36): (150.2) = 0,52 Tần số kiểu gen MN theo lí thuyết là: 2.0,52.0,48 = 0,4992 Tần số kiểu gen MN thực tế quan sát là: (36:150) = 0,24 Vậy F = – (0,24 : 0,4992) = 0,5192 b Tần số kiểu gen MN quần thể b theo lí thuyết là: 0,4992 Hệ số cận huyết F quần thể b là: (0,5192 : 2) = 0,2596 Vậy tần số dị hợp tử thực tế là: f = 0,4992 (1 – 0,2596) = 0,3696 Bài 13: Trong quần thể đặc biệt, tần số alen tính trước sau có chọn lọc xảy Kiểu gen a1a1 a1a2 a2a2 Tần số trước có chọn lọc (thế hệ Fo) 0,25 0,50 0,25 Tần số sau có chọn lọc (thế hệ F1) 0,35 0,48 0,17 1) Tính tần số alen giá trị thích nghi (tỉ lệ sống sót tới sinh sản) mỡi kiểu gen? 2) Chọn lọc chống lại kiểu gen mạnh nhất? Tính biến đổi tần số alen a1 a2 sau hệ chọn lọc? Lời giải: 1) Tính tần số alen và giá trị thích nghi (tỉ lệ sống sót tới sinh sản) của mỗi kiểu gen: - Tần số alen ở thế hệ Fo là p = q = 0,5 - Tần số alen ở thế hệ F1 là p1 = 0,35 + 0,48/2 = 0,59 q1 = – 0,59 = 0,41 Giá trị thích nghi (tỉ lệ sống sót tới sinh sản) của mỗi kiểu gen: a1a1 = 0,35/0,25 = 1,40 17 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 a1a2 = 0,48/0,50 = 0,96 a2a2 = 0,17/0,25 = 0,68 Chọn lọc chống lại kiểu gen a2a2 là mạnh nhất 2) - Sự biến đổi tần số alen a1 sau một thế hệ chọn lọc: 0,59 – 0,50 = 0,09 - Sự biến đổi tần số alen a2 sau một thế hệ chọn lọc: 0,41 – 0,50 = -0,09 Bài 14: Thành phần kiểu gen quần thể sâu tơ 0,3 RR : 0,4 Rr : 0,3 rr Sau hai năm sử dụng liên tục loại thuốc trừ sâu để phòng trừ, khảo sát lại quần thể thấy thành phần kiểu gen 0,5 RR : 0,4 Rr : 0,1 rr Biết R gen kháng thuốc, r gen mẫn cảm với thuốc sâu tơ Dựa đặc trưng di truyền quần thể, cho biết quần thể sâu tơ thay đổi theo hướng nào? Nêu nhân tố gây thay đổi Nhân tố chủ yếu? Vì sao? Lời giải: Quần thể ban đầu R = 0,5; r = 0,5 Quần thể sau năm sử dụng thuốc trừ sâu có: R = 0,7 ; r = 0,3 So sánh tần số alen ta nhận thấy alen R tăng, r giảm; tỉ lệ kiểu hình kháng thuốc tăng, tỉ lệ kiểu hình mẫn cảm với thuốc trừ sâu giảm Các nhân tố có thể gây những thay đổi là đột biến, di – nhập gen, chọn lọc tự nhiên, biến động di truyền Nhân tố chọn lọc tự nhiên là chủ yếu Bài 15: Quần thể ban đầu lồi thực vật có 301 hoa đỏ, 402 hoa hồng, 304 hoa trắng Hãy xác định tỉ lệ kiểu gen tỉ lệ kiểu hình quần thể sau hệ giao phối ngẫu nhiên trường hợp: - Trường hợp 1: Quần thể ban đầu tuân theo điều kiện định luật Hacđi_Van bec - Trường hợp 2: Trong trình phát sinh giao tử, quần thể ban đầu xảy đột biến mang giao tử mang alen A thành giao tử mang alen a với tần số đột biến 20% Biết quần thể không chịu tác động chọn lọc, kiểu gen có sức sống alen A quy định hoa đỏ trội khơng hồn toàn so với alen a quy định hoa trắng Lời giải: - Trường hợp 1: Quần thể ban đầu tuân theo điều kiện của định luật Hacđi_Van bec Thành phần kiểu gen của quần thể ban đầu 0,3 AA : 0,4 Aa : 0,3 aa 18 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Tần số các alen: pA = qa = 0,5 Quần thể ngẫu phối cho thế hệ có: + Tỉ lệ kiểu gen là: 0,25 AA; 0,50Aa; 0,25 aa + Tỉ lệ kiểu hình: 0,25 hoa đỏ; 0,50 hoa hồng; 0,25 hoa trắng - Trường hợp 2: Quần thể ban đầu xảy đột biến mang giao tử mang alen A thành giao tử mang alen a với tần số đột biến 20% p1 = 0,5(1 – 0,2)1] = 0,4 ; q1 = 1- 0,4 = 0,6 Quần thể ngẫu phối cho thế hệ có: + Tỉ lệ kiểu gen là: 0,16 AA; 0,48Aa; 0,36 aa + Tỉ lệ kiểu hình: 0,16 hoa đỏ; 0,48 hoa hồng; 0,36 hoa trắng Bài 16: Xét cấu trúc di truyền quần thể tự thụ phấn với A-quả đỏ; a-quả vàng; B-quả tròn; b-quả bầu; hệ xét có thành phần kiểu gen 3/7Aabb : 4/7 AaBb Quần thể sau hệ tự thụ phấn Hãy xác định: a Tỉ lệ từng kiểu gen: AaBb, Aabb, aabb b Đồng hợp tử cặp gen bao nhiêu? c Tỉ lệ từng kiểu hình: đỏ, tròn; vàng, bầu; đỏ, bầu Lời giải: - Xét gen A: thế hệ ban đầu 100% Aa sau thế hệ tự thụ phấn Aa = 1/24 = 0,0625 AA = aa = (1 – 0,0625)/2 = 0,46825 Tỉ lệ kiểu hình: 0,53075 quả đỏ ; 0,46825 quả vàng - Xét gen B: thế hệ ban đầu có 3/7 bb : 4/7 Bb  1  BB   7      0, 2679   Bb   0, 0357  1  24 bb    7      0, 6964   19 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 Tỉ lệ kiểu hình: 0,3036 quả tròn; 0,6965 quả bầu - Xét đồng thời cả gen A và B: a) Tỉ lệ của từng kiểu gen: AaBb = 0,0625.0,0357 = 2,23.10-3 Aabb = 0,0625.0,6964 = 0,0435 aabb = 0,46825.0,6964 = 0,3261 b) Đồng hợp tử trội về cặp gen = AABB + AAbb + aaBB + aabb = 0,46825.0,2679 + 0,46825.0,6964 + 0,46825.0,2679 + 0,46825.0,6964 = 0.9031 c) Tỉ lệ từng kiểu hình: đỏ, tròn = 0,53075 0,3036 = 0,1611 vàng, bầu = 0,46825 0,6965 = 0,3261 đỏ, bầu = 0,53075 0,6965 = 0,3697 Bài 17: Giả sử có hai quần thể gà rừng sống hai bên sườn phía Đông (quần thể 1) phía Tây (quần thể 2) dãy núi Hoàng Liên Sơn trạng thái cân di truyền Quần thể có tần số alen lặn mẫn cảm nhiệt độ (kí hiệu tsL) 0,8; quần thể khơng có alen Sau đợt lũ lớn, “hẻm núi” hình thành nối thông hai sườn dãy núi Do nguồn thức ăn sườn phía Tây phong phú hơn, số lớn cá thể từ quần thể đã di cư sang quần thể chiếm 30% số cá thể sinh sản quần thể Tuy vậy, mơi trường sống sườn phía Tây, nhiệt độ môi trường thay đổi, alen tsL trở thành alen gây chết phôi trạng thái đồng hợp tử, mặc dù khơng làm thay đổi khả thích nghi cá thể dị hợp tử cũng cá thể đồng hợp tử trưởng thành di cư sang từ quần thể Tần số alen tsL quần thể quần thể sau hệ sinh sản ngẫu phối mong đợi ? Lời giải: a) Sự du nhập của gen lặn tsL vào quần thể làm cho quần thể mới có tần số alen tsL Cách 1: Gọi alen trội tương ứng với tsL TSL Cấu trúc di truyền quần thể 1: (0,04 TSL TSL; 0,32 TSL tsL; 0,64 tsL tsL) Cấu trúc di truyền quần thể 2: 100% TSL TSL Một bộ phận của quần thể du nhập vào quần thể cho quần thể mới: 0,3(0,04 TSL TSL + 0,32 TSL tsL + 0,64 tsL tsL) + 0,7TSL TSL = 0,712 TSL TSL+ 0,096 TSL tsL+ 0,192 tsL tsL 20 Baitap123.com Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiệu 0397923388 → tsL = 0,096/2 + 0,192 = 0,24 Cách 2: Áp dụng công thức: q1= n.qn+m.qm q1 tần số alen tsL quần thể mới sau xảy du nhập qn là tần số alen tsLcủa quần thể trước có du nhập = 0,4 qm là tần số alen a bộ phận mới du nhập = 0,8 n và m là tỉ lệ so sánh kích thước của quần thể và của nhóm du nhập, theo bài giá trị n = 0,7 và m = 0,3 Thay các giá trị vào biểu thức ta có tần số alen mắt xanh của quần thể mới là q1= 0,7.0 + 0,3.0,8 = 0,24 b) Q̀n thể mới sau lần ngẫu phới có chọn lọc đào thải tsL tsL Áp dụng công thức: qn  q 0, 24   0,11  nq  5.0, 24 Bài 18: Trong quần thể kích thước lớn loài giao phối, để làm giảm tần số alen a từ 0,98 xuống 0,04 chỉ áp lực trình chọn lọc pha luỡng bội, theo lý thuyết cần hệ ? Biết hệ số chọn lọc cặp alen A, a S = Lời giải: Áp dụng công thức: n 1 1     24 qn q 0, 04 0,98 Vậy phải cần 24 thế hệ 21 ... nhập đột biến Một quần thể ban đầu gồm cá thể có kiểu gen AA quần thể chỉ có alen A Quần thể có thêm alen a trình đột biến A → a xảy nội quần thể đã nhận a du nhập từ quần thể khác tới thông... Bài 11: Tần số tương đối gen A quần thể I 0,8 còn quần thể II 0,3124 Tỉ lệ số cá thể nhập cư từ quần thể II vào quần thể I 0,2 Sau hệ nhập cư tần số gen A quần thể nhận (I) bao nhiêu? Lời giải:... quần thể thành phần nhỏ, mỡi phần tần số tương đối alen thay đổi đột ngột phát tán số cá thể ngẫu nhiên mang kiểu gen lập quần thể đã tạo tần số tương đối alen khác với quần thể gốc Quần thể