A. LỜI NÓI ĐẦUBài tập sinh học là một nội dung khó trong chương trình sinh học phổ thông. Phần lớn học sinh cảm thấy khó khăn khi giải quyết các bài tập sinh học. Mặt khác đề thi mấy năm gần đây đã đề cập một số dạng bài tập vận dụng với yêu cầu ngày càng cao. Trong quá trình giảng dạy ôn thi tốt nghiệp, ôn thi ĐHCĐ và bồi dưỡng học sinh giỏi tôi nhận thấy các bài tập phần di truyền quần thể tương đối khó và trìu tượng và thường xuyên có trong các đề thi cấp quốc gia trong đó có thi chọn học sinh giỏi quốc gia. Giáo viên để tìm được một tài liệu đầy đủ, sắp xếp lại một cách có hệ thống về các dạng bài tập di truyền quần thể là rất khó khăn.Bài tập vừa là phương tiện dùng để củng cố kiến thức, kĩ năng vừa là phương tiện để rèn luyện phát triển tư duy. Đặc biệt bài tập di truyền học quần thể gây được hứng thú với phần lớn học sinh và được các em tiếp thu rất nhanh nhưng khi đi sâu vào các dạng bài tập di truyền quần thể có tác động của các nhân tố tiến hoá thì rất nhiều em lúng túng. Tôi mạnh dạn sưu tầm, tham khảo các tài liệu và tự rút kinh nghiệm trong giảng dạy để đưa ra phương pháp giải một số dạng bài tập di truyền quần thể cơ bản nhất làm tài liệu phục vụ giảng dạy cho bản thân, đồng thời góp một phần nhỏ cho đồng nghiệp trong việc tìm tòi, tham khảo tài liệu trong giảng dạy.
Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể HỘI THẢO CÔNG TÁC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN HỌC NĂM HỌC 2014-2015 Chuyên đề: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ Tháng 11, Đăk Nông Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể A LỜI NÓI ĐẦU Bài tập sinh học nội dung khó chương trình sinh học phổ thơng Phần lớn học sinh cảm thấy khó khăn giải tập sinh học Mặt khác đề thi năm gần đề cập số dạng tập vận dụng với yêu cầu ngày cao Trong trình giảng dạy ôn thi tốt nghiệp, ôn thi ĐH-CĐ bồi dưỡng học sinh giỏi nhận thấy tập phần di truyền quần thể tương đối khó trìu tượng thường xuyên có đề thi cấp quốc gia có thi chọn học sinh giỏi quốc gia Giáo viên để tìm tài liệu đầy đủ, xếp lại cách có hệ thống dạng tập di truyền quần thể khó khăn Bài tập vừa phương tiện dùng để củng cố kiến thức, kĩ vừa phương tiện để rèn luyện phát triển tư Đặc biệt tập di truyền học quần thể gây hứng thú với phần lớn học sinh em tiếp thu nhanh sâu vào dạng tập di truyền quần thể có tác động nhân tố tiến hố nhiều em lúng túng Tôi mạnh dạn sưu tầm, tham khảo tài liệu tự rút kinh nghiệm giảng dạy để đưa phương pháp giải số dạng tập di truyền quần thể làm tài liệu phục vụ giảng dạy cho thân, đồng thời góp phần nhỏ cho đồng nghiệp việc tìm tòi, tham khảo tài liệu giảng dạy Trong sách giáo khoa chưa có cơng thức, phương pháp giải có tính hệ thống cho học sinh áp dung số tài liệu tham khảo có nêu khơng đầy đủ, thiếu nhiều dạng tập Bài viết góp phần giúp em có nhìn tổng qt dạng toán di truyền quần thể Trong chuyên đề “ Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể” tham khảo đề thi ĐH-CĐ, đề thi học sinh giỏi quốc gia nhiều năm, tham khảo nhiều tài liệu chuyên đề tác giả lớn kinh nghiệm giảng dạy thầy cô Tơi hy vọng viết giúp đồng nghiệp em học sinh nghiên cứu phần tập di truyền quần thể cách có hiệu Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ THUYẾT: Khái quát quần thể 1.1 Khái niệm Quần thể tập hợp cá thể loài, chung sống khoảng không gian xác định, tồn qua thời gian định, cá thể giao phối với sinh thể hệ (quần thể giao phối) Trừ lồi sinh sản vơ tính trinh sinh không qua giao phối 1.2 Đặc trưng quần thể Có vốn gen đặc trưng Vốn gen quần thể, thể tần số alen thành phần kiểu gen quần thể +Tần số alen: Tỉ lệ số lượng alen tổng số alen thuộc locut quần thể hay tỉ lệ phần trăm số giao tử mang alen quần thể thời điểm xác định +Tần số kiểu gen: Tỉ lệ cá thể có kiểu gen tổng số cá thể quần thể Quần thể tự phối: - Quần thể tự phối điển hình quần thể thực vật tự thụ phấn, động vật lưỡng tính tự thụ tinh Giao phối cận huyết hình thức giao phối cá thể có quan hệ huyết thống - Cấu trúc di truyền quần thể tự phối biến đổi qua hệ theo hướng giảm dần tỉ lệ dị hợp tử tăng dần ti lệ đồng hợp tử, không làm thay đổi tần số alen Quần thể ngẫu phối: - Quần thể ngẫu phối diễn bắt cặp giao phối ngẫu nhiên cá thể đực quần thể - Định luật Hacđi – Vanbec: Trong điều kiện định lòng quần thể giao phối, tần số tương đối alen gen có khuynh hướng trì khơng đổi từ hệ sang hệ khác - Điều kiện nghiệm định luật Hacđi – Vanbec: + Quần thể phải có giao phối tự + Quần thể phải có kích thước lớn + Các giao tử phải có sức sống khả thụ tinh + Khơng có áp lực đột biến, chọn lọc tự nhiên di - nhập gen Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể + Các kiểu gen phải có giá trị thích nghi - Ý nghĩa định luật: + Về lí luận: Giải thích tự nhiên có quần thể ổn định thời gian dài + Về thực tiễn: Từ tần số tương đối alen, dự đốn tỉ lệ kiểu gen, tỉ lệ kiểu hình quần thể Biết tần số kiểu hình ta xác định tần số tương đối alen tỉ lệ kiểu gen - Các yếu tố làm thay đổi thành phần kiểu gen tần số alen quần thể là: trình đột biến, trình chọn lọc tự nhiên, yếu tố ngẫu nhiên, di nhập gen chế cách li II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN QUYỀN THỂ Quần thể tự phối: Thường áp dụng cho quần thể có hoa lưỡng tính VD: Quần thể Đậu Hà Lan, Lúa 1.1.Trường hợp khơng có tác động chọn lọc tự nhiên Trong trường hợp quần thể ban đầu gồm toàn cá thể dị hợp Aa , tự phối diễn thành phần kiểu gen hệ thứ 1/4AA + 1/2Aa + 1/4aa Sự tự thụ phấn tiếp tục thành phần kiểu gen hệ thứ hai là: 1/4 AA + 2/4 (1/4AA + 1/2Aa + 1/4aa) + 1/4aa = 3/8 AA +1/4 Aa + 3/8 aa Sự tự thụ phấn tiếp tục thành phần kiểu gen hệ thứ ba là: 3/8 AA + 1/4 (1/4AA + 1/2 Aa + 1/4 aa) + 3/8 aa = 7/16 AA + 1/8Aa + 7/8aa Như thành phần dị hợp thể qua hệ 1/2 ;1/4 ;1/8 nghĩa sau hệ tự phối, thể dị hợp giảm nửa, tuân theo quy luật (1/2) n Thành phần đồng hợp tử trội lặn 1- (1/2)n Đến hệ thứ n, n -> ∞ tần số kiểu gen sau: Tần số thể dị hợp (Aa) = lim (1/2)n = (1 / 2) n Tần số thể đồng hợp trội ( AA) = lim = 1/2 Tần số thể đồng hợp lặn (aa) = lim (1 / 2) n = 1/2 Một cách tổng quát: - Nếu quần thể ban đầu có tần số kiểu gen là: x% AA : y% Aa : z% aa sau n hệ tự phối: + Tần số thể dị hợp (Aa) = y%× (1/2)n Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể + Tần số thể đồng hợp (AA) = x% + y%× + Tần số thể đồng hợp (aa) = z% + y%× (1 / 2) n (1 / 2) n Ví dụ 1: Đề thi HSG quốc gia năm 2005 So sánh trình di truyền quần thể ngẫu phối quần thể tự phối Hãy minh họa so sánh thơng qua q trình di truyền quần thể có cấu trúc di truyền ban đầu là: AA +1/2Aa+1/4aa=1 Giải: Giống nhau: Tần số alen không đổi qua hệ Khác nhau: Quần thể ngẫu phối thường có thành phần di truyền ổn định qua hệ Quần thể tự phối có thành phần di truyền quần thể thay đổi qua hệ theo hướng tỉ lệ dị hợp giảm (½)n tỉ lệ đồng hợp tăng: [1- (1/2)n] Minh họa: Cấu trúc di truyền quần thể ban đầu: AA : Aa : aa 4 =1 Tần số alen: pA = 0,5; qa = 0,5 Nếu ngẫu phối qua hệ cấu trúc di truyền tần số alen khơng đổi Nếu tự phối qua hệ, cấu trúc di truyền quần thể là: 3 AA + Aa + aa=1 8 Qua hệ: tỉ lệ dị hợp giảm (1/2)3 tỉ lệ đồng hợp tăng lên: [1-(1/2)n]; nên Aa = 87,5 %, AA = aa = 6,25 % Ví dụ 2: Sách giáo khoa Sinh học 12 nâng cao viết : “Quá trình tự phối làm cho quần thể bị phân thành dòng có kiểu gen khác nhau” Có thiết trình tự phối lúc phải ln ln đưa đến kết hình thành dòng có kiểu gen khác hay khơng ? Giải thích cho thí dụ minh hoạ ( Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh năm 2014-2015 - Sở GD-Đt Đăk Nông) Giải: Quá trình tự phối đưa đến kết phân thành dòng có kiểu gen khác kiểu gen quần thể xuất phát dị hợp Thí dụ :P :Aa Khơng có hai kiểu gen AA aa Kiểu gen AA = kiểu gen aa = 0% P tự phối :F1 : AA : Aa : aa 4 Bắt đầu xuất hai kiểu gen AA aa Kiểu gen AA = kiểu gen aa = 25% F1 tự phối F2 : 1 ( )2 ( )2 AA : ( ) Aa : aa 2 Kiểu gen AA = kiểu gen aa = 37,5% Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Nếu kiểu gen quần thể xuất phát đồng hợp (AA aa) trình tự phối khơng đưa đến hình thành dòng khác Thí dụ :P : AA = 100% (chỉ có kiểu gen đồng hợp AA) tự phối F1 : AA = 100% (không xuất thêm kiểu gen đồng hợp khác) tự phối: F2 : AA = 100% (không xuất thêm kiểu gen đồng hợp khác) 1.2 Trường hợp có tác động chọn lọc tự nhiên Giả sử quần thể ban đầu có tần số kiểu gen là: x% AA : y% Aa : z% aa Cho biết cá thể có kiểu gen aa khơng có khả sinh sản Sau hệ tự phối, thành phần kiểu gen quần thể tính sau: + x%AA tự thụ phấn cho x% AA hệ sau + y% Aa tự thụ phấn cho y% × (0,25 AA : 0,5 Aa : 0,25 aa) = 0,25× y%AA: 0,5× y%Aa : 0,25× y% aa hệ sau + Các cá thể aa khơng có khả sinh sản cho aa hệ sau Tỉ lệ kiểu gen hệ sau : (x% + 0,25× y%) AA : 0,5× y% Aa : 0,25× y% aa Một cách tổng quát: -Nếu quần thể ban đầu có tần số kiểu gen là: x% AA : y% Aa : z% aa sau n hệ tự phối: * Nếu cá thể aa khơng có khả sinh sản thì: có tỷ lệ kiểu gen Fn: [y%× (1/2)n] AA: [x% + y%× (1 / 2) n ]Aa : [y%× (1 / 2) n ] (1 / 2) n (1 / 2) n Ta có tổng [y%× (1/2) ] + [x% + y%× ] + [y%× ] = x% +y% 2 n + Tần số thể dị hợp (Aa): [y%× (1/2)n]: (x% +y%) + Tần số thể đồng hợp (AA) = [x% + y%× (1 / 2) n ]: (x% +y%) (1 / 2) n + Tần số thể đồng hợp (aa) = y%× : (x% +y%) Nếu cá thể AA khơng có khả sinh sản thì: Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Tỷ lệ kiểu gen Fn: y%× (1/2)n AA : [y%× (1 / 2) n (1 / 2) n ]Aa : [z%+ y%× ] 2 + Tần số thể dị hợp (Aa) =[ y%× (1/2)n] : (y% +z%) + Tần số thể đồng hợp (AA) = [ y%× (1 / 2) n ]: (y% +z%) + Tần số thể đồng hợp (aa) = [z%+ y%× (1 / 2) n ]: (y% +z%) Ví dụ: Một quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen hệ P là: 0,45 AA: 0,30 Aa: 0,25 aa Cho biết cá thể có kiểu gen aa khơng có khả sinh sản Tính theo lí thuyết, tỉ lệ kiểu gen thu F1 A 0,525 AA : 0,150 Aa : 0,325 aa B 0,36 AA : 0,24 Aa : 0,40 aa C 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa D 0,7 AA : 0,2 Aa : 0,1 aa (Đề thi ĐH năm 2008) Giải: Quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen hệ P là: 0,45 AA: 0,30 Aa: 0,25 aa Ta có: + 0,45 AA tự thụ phấn cho 0,45 AA hệ sau + 0,30Aa tự thụ phấn cho 0,30× (0,25AA : 0,5Aa: 0,25 aa) = 0,075 AA: 0,15 Aa: 0,075 aa hệ sau + Các cá thể aa khả sinh sản cho aa hệ sau Tỉ lệ kiểu gen hệ sau là: (0,45 AA + 0,075AA) : 0,15Aa: 0,075aa Tổng tỉ lệ kiểu gen hệ sau là: 0,525 AA + 0,15Aa + 0,075aa = 0,75 = 100% Tính theo lí thuyết, tỉ lệ kiểu gen thu đựơc F1 là: + AA = 0,525 = 0,7 0,525 0,15 0, 075 + AA = 0,15 = 0,2 0,525 0,15 0, 075 + AA = 0, 075 = 0,1 0,525 0,15 0, 075 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể => Chọn D Quần thể ngẫu phối 2.1 Dạng tắc: Khi quần thể ngẫu phối khơng có tác động nhân tố tiến hóa 2.1.1 Tính tần số alen: a) Một gen có hai alen nằm NST thường + alen trội lặn khơng hồn tồn - Khi hai alen quần thể đồng trội kiểu gen có kiểu hình khác nhau, dựa vào số cá thể quần thể để tính tần số kiểu gen tương ứng - Nếu đề thi cho số lượng ba kiểu hình tương ứng với ba kiểu gen khác AA, Aa, aa Gọi N toàn cá thể quần thể, D số cá thể mang kiểu gen AA, H số cá thể mang kiểu gen Aa, R số cá thể mang kiểu gen aa Như N = D + H + R + d tần số tương đối kiểu gen AA + h tần số tương đối kiểu gen Aa + r tần số tương đối kiểu gen aa - Khi đó: d = D H H ; h = ; r = , d + h + r = N N R - Gọi p tần số alen A, q tần số alen a: p=d+ h q=r+ h - Nếu đề thi cho cấu trúc di truyền là: p2 (AA) + 2pqAa + q2 aa = Ta tính được: p(A) = p2 + pq pq ; q(a) =q2 + 2 + alen trội lặn hồn tồn: Ví dụ A trội hoàn toàn so với a - Nếu đề thi cho số lượng hai kiểu hình trội lặn, cho tỉ lệ kiểu hình mang tính trạng lặn, ta phải vào cá thể mang tính trạng lặn để tính tần số kiểu gen Gọi p tần số alen A, q tần số alen a, quần thể có cân kiểu gen tần số kiểu gen aa q2 Từ tính q = q p = 1- q Ví dụ: Đề thi HSG quốc gia năm 2002 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Bệnh thiếu máu hồng cấu lưỡi liềm đột biến gen làm cho hemoglobin dạng A chuyển thành dạng S Việc khảo sát quần thể người cho biết 100 người có 75 người đồng hợp AA, 25 người dị hợp AS Hãy xác định tỉ lệ kiểu gen tần số tương đối alen A S quần thể Giải: Tỉ lệ kiểu gen: AA: 75/100 = 0,75 AS: 25/100 = 0,25 SS:0/100=0 Tần số tương đối alen: A: 0,75 +0,25/2=0,875 S:0,125 b) Một gen có nhiều alen nằm NST thường Xét alen A, a, a’.Gọi p, q, r tần số A, a, a’ Sự ngẫu phối diễn quần thể tạo kiểu gen: - Cấu trúc di truyền quần thể: → p2 + q2 + r2 + 2pr + 2qr + 2pq =(p + q + r)2 = Cụ thể ta xét di truyền nhóm máu Giả sử nhóm máu người qui định alen IA, IB, IO - Cấu trúc di truyền quần thể: [p(A) + q(B) + r(O)]2 = → p2(IAIA) + q2(IBIB) + r2(IoIo) + 2pr IAIo + 2qrIBI0 + 2pq IAIB = - Nếu quần thể đạt trạng thái cân alen r(I 0) = O (trong O , A , B , AB kiểu hình nhóm máu O, A, B, AB) - Lưu ý: (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 ≠ Nếu đề thi cho tỉ lệ kiểu hình nhóm máu ta có: A = p2 + 2pr, B = q2 + 2qr, O = r2, AB = 2pq • Trong trường hợp này, cách tính tần số alen theo tỉ lệ kiểu hình: O + A = (p2 + 2pr) + r2 = ( p+r)2 O + B = (q2 + 2qr) + r2 = ( q+r)2 • Từ r(I0) = O ta tính p(IA) q(IB) c) Sự cân quần thể có khác tần số gen thể đực thể với gen NST thường Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể - Ta xét trường hợp có alen A a: + Gọi tần số tương đối A cá thể đực quần thể p' + Gọi tần số tương đối a cá thể đực quần thể q' + Gọi tần số tương đối A cá thể quần thể p'' + Gọi tần số tương đối A cá thể quần thể q'' - Khi cấu trúc di truyền quần thể hệ sau: (p'A + q'a)(p''A + q''a) = p'p''AA +( p' q''+ p''q') Aa + q'q''aa - Khi đó: + tần số alen A quần thể: p N = p' p'' + vế phải đẳng thức có dạng pN = p' p'' + p'(1- p'')+ => pN = p' p'' + => pN = ( p' q''+ p''q') thay q = 1- p p''(1- p') 1 1 p' - p' p'' + p'' - p''p' 2 2 1 p' + p'' = (p' + p'') 2 Cũng cách tương tự ta tính q N = (q' + q''): Thế hệ xuất phát có tần số alen giới đực khác với tần số alen giới tần số alen trung bình cộng tần số alen hai giới Từ quần thể có cấu trúc: p2N AA + 2pNq NAa + q2 N aa = Thế hệ xuất phát có tỷ lệ kiểu gen giới đực khác với tỷ lệ kiểu gen giới viêc xác định tỷ lệ kiểu gen F phải thực sơ đồ lai giao tử đực với giao tử Từ hệ F2 trở đi, quần thể đạt cân di truyền Ví dụ 1: Đề thi năm học sinh giỏi quốc gia 2010: Giả sử quần thể động vật ngẫu phối có tỷ lệ kiểu gen: - Ở giới cái: 0,36AA :0,48Aa:0,16aa - Ở giới đực: 0,64 AA : 0,32 Aa: 0,04aa a) Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân b) Sau quần thể đạt trạng thái cân bằng, điều kiện sống thay đổi, cá thể có kiểu gen aa trở nên khơng có khả sinh sản Xác định tần số alen quần thể sau hệ ngẫu phối 10 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Giải: Ở giới cái: có pA = 0,6, qa = 0,4 Ở giới đực: pA = 0,8, qa = 0,2 Ta có tần số alen quần thể: pA = 0, 0,8 = 0,7, qa= 0,3 Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân 0,49Aa + 0,42 Aa + 0,09aa b) Áp dụng công thức qn = q0 0,3 = = 0,12, p = 1-0,12 = 0,88 n.q 5.0,3 Ví dụ 2: Một quần thể động vật, xét gen gồm alen NST thường A a Tần số tương đối alen A phần đực quần thể ban đầu 0,6 Qua ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân di truyền với cấu trúc sau:0,49AA : 0,42 Aa : 0,09aa a Xác định tần số tương đối alen A a phần quần thể ban đầu b Quá trình ngẫu phối diễn quần thể ban đầu cấu trúc di truyền quần thể hệ nào? (Đề thi HSG giải tốn máy tính cầm tay năm 2010 - 2011) Phương pháp giải a Tần số tương đối alen A a quần thể ban đầu: p(A) = 0,49+ 0,42/2= 0,7; q(a) = 0,3 - Ở quần thể ban đầu, phần đực có tần số alen là: p(A) = 0,6 → q(a) = 0,4 Suy phần quần thể ban đầu có tần số alen là: p(A) = 2×0,7 – 0,6 = 0,8; q(a) = - 0,8 = 0,2 b Cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối: (0,8A + 0,2a)(0,6A + 0,4a) → 0,48 AA : 0,44Aa : 0,08 aa d) Gen nằm nhiễm sắc thể giới tính X + alen trội lặn khơng hồn tồn Ví dụ mèo nhà, màu lơng chi phối cặp gen trội lặn không hồn tồn liên kết NST giới tính X Đực XDY: lông đen Cái XdY: lông vàng XDXD : lông đen XdXd: lông vàng XDXd : tam thể Gọi p tần số gen D, q tần số gen d 11 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Tần số p là: × số mèo đen + số mèo tam thể + số mèo đực đen × số mèo + số mèo đực Tần số q là: × số mèo vàng + số mèo tam thể + số mèo đực vàng × số mèo + số mèo đực Ví dụ : Ở lồi mèo nhà, cặp alen D, d quy định màu lông nằm NST giới tính X ( DD: lơng đen, dd: lông vàng, Dd: lông tam thể) Trong quần thể mèo có: Đen Vàng Tam thể Tổng số Mèo đực 311 42 353 Mèo 277 54 338 Tính tần số alen quần thể điều kiện cân Phương pháp giải: Quy ước gen Đực XDY: lông đen XdY: lông vàng Cái XDXD : lông đen XdXd: lông vàng XDXd : tam thể Tổng số gen D kiêủ gen mèo đen mèo đực đen : 311 + × 227 + 54 = 919 Tổng số gen quần thể: 353 + × 338 = 1029 Tần số gen D = 919 : 1029 = 0,893 Tần số gen d = – 0,893 = 0,107 + alen trội lặn hoàn toàn Ở đa số loài động vật đực dị giao tử (XY) mang alen NST giới tính X biểu thành tính trạng cần số cá thể đực quần thể để tính tần số gen.( Nếu tần số giới đực nhau) Nếu quần thể cân bằng, tần số alen lặn liên kết với NST X (qXa) tính (số cá thể đực mắc bệnh / tổng số cá thể đực quần thể) q(X a) = q(X aY) => p(X A) = 1- q(X a) 12 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể *Cấu trúc quần thể cân : Giới XX: p 2(X AX A) + 2pq(X AX a) + q 2(X aX a) = Giới đực XY: p(X AY) + q(X aY) = *Chú ý: Nếu xét quần thể có số cá thể mắc bệnh (cả đực cái) x% Ta có: q(X aY) + q 2(X aX a) = 2.x Từ ta xác định q(X a) => Cấu trúc di truyền quần thể Ví dụ: Đề thi học sinh gii quc gia 2009 Trong quần thể động vật có vú, tính trạng màu lông gen quy định, trạng thái cân di truyền Trong đó, tính trạnglông màu nâu alen lặn (kí hiệu fB) quy định đợc tìm thấy 40% đực 16% Hãy xác định: a Tần số alen fB b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể c Tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so víi tỉng sè c¸ thĨ cđa qn thĨ Giải: a TÇn sè alen fB ë giới 0,16 = 0,4 Vì quần thể cân nên tần số tơng đối alen giới đực giới Vậy tần số alen fB giới đực 0,4 Kiểu hình lặn (fBfB) giới đực 40% tần số alen fB Vậy gen nằm NST X mà alen tơng ứng Y b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B lµ 2.0,4.0,6 = 0,48 = 48% TØ lƯ có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể 48% = 24% c Vì gen nằm NST X mà alen Y nên tìm thấy đực lỡng bội dị hợp Vậy tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so víi tỉng sè c¸ thĨ quần thể 0% (nếu xem đực có kiểu gen XfB Y dị hợp đực dị hợp mang gen fB (XfB Y) 0,4 =0,2 = 20% 2.1.2 Xác định trạng thái cân di truyền quần thể a) Dấu hiệu xác định quần thể cân di truyền +Tần số alen giới phải Nếu tần số alen giới khơng quần thể chưa đạt trạng thái cân di truyền +Cấu trúc di truyền thoả mãn công thức định luật Hardy-Weinberg: p (AA) + 2pq (Aa) = q (aa) = +Hoặc tỉ lệ kiểu gen dị hợp kiểu gen đồng hợp thoả mãn : 13 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Hay p2.q2=(2pq/2)2 Ví dụ 1: Cho cấu trúc di truyền quần thể sau: (1) 100% cá thể quần thể có kiểu hình lặn (2) 100% cá thể quần thể có kiểu hình trội (3) 100% cá thể quần thể có kiểu gen đồng hợp trội (4) 0,16X AX A:0,48X AX a:0,36X aX a:0,4X AY:0,6X aY (5) xAA+yAa+zaa=1 với (y/2) 2=x 2.z (6) Quần thể có tần số alen A giới XX 0,8, giới XY 0,2 (7) 0,49AA : 0,42Aa: 0,09aa (8) 0,25AA: 0,5Aa: 0,25aa Nhưng kiểu gen aa khơng có khả sinh sản -Quần thể đạt trạng thái cân di truyền gồm: A 1,3,4,7 B 2,4,5,8 C 1,3,4,5,7 D 2,4,6,8 Ví dụ 2: Đề thi HSG quốc gia năm 2004 Một quần thể có cấu trúc di truyền sau: 0,4 AA :0,2Aa :0,4aa a) Cấu trúc di truyền quần thể có trạng thái cân di truyền khơng? Giải thích? b) Xác định cấu trúc di truyền quần thể hệ sau diễn giao phối ngẫu nhiên quần thể ban đầu? Giải: a) Quần thể không trạng thái cân bằng, vì: D = p2 =0,4 ≠ H2 (2pq)2 = 0,22 b) Cấu trúc di truyền sau ngẫu phối: Tần số alen pA = 0,5, qa = 0,5 nên: 0,25 AA : 0,5 Aa :0,25aa Quần thể đạt trạng thái cân b) Nếu quần thể chưa cân di truyền sau hệ quần thể cân di truyền? -Trường hợp 1: Nếu tần số alen giới quần thể chưa cân di truyền, cần sau hệ quần thể đạt trạng thái cân di truyền -Trường hợp 2: Nếu tần số alen giới khác nhau: +Nếu gen NST thường sau hệ quần thể cân di truyền +Nếu gen NST giới tinh sau 5-7 hệ quần thể cân di truyền Giải thích: +Khi cân tần số alen giới nhau: có 2X, đực có 1X (tổng số 3X) p(A)=1/3p(X A)♂ + 2/3p(X A)♀ q(a)= 1/3q(X a)♂ + 2/3q(X a)♀ +Sau hệ đực nhận 1X từ mẹ nên tần số alen liên kết giới tính tần số kiểu gen mẹ Con nhận 1X từ bố 1X từ mẹ, nên tần số alen liên kết giới tính nhận trung bình cộng tần số kiểu gen bố mẹ Ví dụ 1: Trong quần thể ngẫu phối có: Giới đực : 0,8A :0,2a Giới có: 0,4A: 0,6a Gen qui định tính trạng NST thường Sau hệ quần thể cân di truyền? 14 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể A hệ B hệ C hệ D 5-6 hệ -Ví dụ 2: Cấu trúc di truyền quần thể: ♀0,2X AX A : 0,6X AX a : 0,2X aX a ♂0,2X AY : 0,8X aY Hướng dẫn: ♀ p(X A) = 0,5 q(X a) = 0,5 ♂ p(X A) = 0,2 q(X a) = 0,8 ==> Quần thể chưa đạt trạng thái cân di truyền -Khi quần thể cân tần số alen xác định sau: p(X A) = 1/3.0,2 + 2/3.0,5 = 0,4 q(X a) = 1-0,4 = 0,6 -Cấu trúc di truyền quần thể cân bằng: ♀: 0,16X AX A : 0,48X AX a : 0,36X aX a ♂: 0,4X AY : 0,6X aY *Sau hệ quần thể đạt cân di truyền: Thế hệ xuất phát A A A A A A ♂ 0,2X 0,5X 0,35X 0,425X 0,3875X 0,40625X 0,39785X A A A A A A ♀ 0,5X 0,35X 0,425X 0,3875X 0,40625X 0,39785X A 0,4X A Vậy sau 5-6 hệ quần thể đạt trạng thái cân di truyền 2.1.3 Nếu toán cho nhiều cặp gen quy định cặp tính trạng khác nhau, ta phải xét riêng cặp tính trạng quần thể sau xét chung tính trạng quần thể Ví dụ 1: Một lồi thực vật thụ phấn tự gen D quy định hạt tròn trội hồn tồn so với gen d quy định hạt dài, gen R quy định hạt đỏ trội hoàn toàn so với gen r quy định hạt trắng Các cặp gen phân li độc lập Khi thu hoạch quần thể cân di truyền người ta thu 14,25% hạt tròn, đỏ; 4,75 % hạt tròn, trắng; 60,75% hạt dài, đỏ; 20,25 % hạt dài, trắng Hãy tính tần số alen (D, d, R,r) tần số kiểu gen tính trạng quần thể nêu Hãy tính tần số kiểu gen quần thể nêu xét chung tính trạng Phương pháp giải + Xét riêng tính trạng quần thể Dạng hạt: 19% tròn : 81% dài -> d =0,9; D = 0,1 Cấu trúc kiểu gen dạng hạt: 0,01 DD: 0.18 Dd : 0,81 dd Dạng hạt: : 75% đỏ: 25 % trắng -> r = 0,5, R = 0,5 Cấu trúc kiểu gen màu hạt 0,25 RR: 0,5 Rr: 0,25 rr 15 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể + Xét chung tính trạng quần thể - Tỉ lệ loại kiểu gen quần thể: (0,01DD:0,18Dd:0,81dd)(0,25RR:0,50Rr:0,25rr)=0,0025:DDRR: 0,005DDRr:0,0025 DDrr: 0,045DdRR : 0,09DdRr: 0,045Ddrr: 0,2025ddRR: 0,405ddrr : 0,2025ddrr Ví dụ 2: Đề thi HSG quốc gia năm 2007 Một loài thực vật thụ phấn tự có gen D quy định hạt tròn trội hoàn toàn so với gen d qui định hạt dài; gen R qui định hạt đỏ trội hoàn toàn so với gen r qui định hạt trắng Hai cặp gen D, d R, r phân li độc lập Khi thu hoạch quần thể cân di truyền, người ta thu 14,25% hạt tròn đỏ; 4,75% hạt tròn trắng; 60,75% hạt dài đỏ; 20,25% hạt dài trắng a) Hãy xác định tần số alen (D,d,R,r) tần số kiểu gen quần thể nêu b) Nếu vụ sau mang tất hạt có kiểu hình dài, đỏ trồng tỉ lệ kiểu hình hạt mong đợi thu hoạch nào? Giải thích Giải:Xét tính trạng màu sắc hạt: Đỏ/trắng = 3:1 nên trắng chiếm tỷ lệ 0,25 suy qr = 0,5, p R = 0,5 nên cấu trúc di truyền: 0,25RR + 0,5Rr +0,25rr =1 Hạt dài chiếm tỷ lệ 81 % =0,81 nên qd = 0,9, pD = 0,1 Cấu trúc di truyền quần thể 0,01DD + 0,18Dd + 0,81dd =1 Tần số cá kiểu gen quần thể trên: (0,25RR + 0,5Rr +0,25rr) (0,01DD + 0,18Dd + 0,81dd)=0,0025 DDRR + 0,005DDRr + 0,0025 DDrr + 0,0125 DdRR + 0,09DdRr + 0,045Ddrr + 0,2025ddRR + 0,405ddRr + 0,2025ddrr=1 b) Kiểu hình dài, đỏ: ddR-: 0,2025ddRR :0,405ddRr = 1/3ddRR : 2/3ddRr Ta có p R = 2/3; qr = 1/3 Cấu trúc di truyền quần thể mong đợi thu hoạch: + 4 ddRR + ddRr 9 ddrr Tỉ lệ kiểu hình: dài, đỏ : dài, trắng 9 2.1.4 Xác định số loại kiểu gen quần thể a Đối với quần thể loài đơn bội ( vi khuẩn, rêu…) - Số loại kiểu gen số loại alen gen đó, - Gen A có r alen quần thể có tối đa r kiể gen gen A b Đối với quần thể lưỡng bội 16 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể - Nếu gen A nằm NST thường có r alen: + Số kiểu gen đồng hợp gen A r r ( r 1) 1.2 r (r 1) r (r 1) + Tổng số kiểu gen gen A: r + = 1.2 1.2 + số kiểu gen dị hợp gen A Cr = Nếu gen A nằm NST giới tính X (khơng có alen Y) - Ở giới XX, gen tồn theo cặp alen nên số kiểu gen tính giống trường hợp gen nằm NST thường giới XX có số kiểu gen r (r 1) 1.2 - giới XY, gen tồn NST X ( alen Y) nên có n kiểu gen gen A - Ở hai giới có tối đa số loại kiểu gen gen A là: r + r (r 1) r ( r 3) = 1.2 1.2 Nêu gen NST giới tính Y ( khơng có alen X) - Ở giới XX, có kiểu gen - Ở giới XY, có r kiểu gen Số kiể gen hai giới r+1 Nếu gen A nằm NST giới tính X Y (ở vùng tương đồng NST giới tính) - giới XX, gen tồn theo cặp alen nên số kiểu gen tính giống trường hợp gen NST thường giới XX có số kiểu gen r (r 1) 1.2 Ở giới XY, gen tồn theo cặp tương đồng kiểu gen XAYa khác với kiểu gen XaYA số loại kiểu gen tích số loại giao tử đực với số loại giao tử r2 - Ở hai giới có tối đa số loại kiểu gen gen A là: r2 + r (r 1) r (3r 1) = 1.2 1.2 c Đối với quần thể có lồi có NST tam bội (3n) - Số kiểu gen đồng hợp gen A (A1 A1 A1, A2 A2 A2, ) r - Số kiểu gen có alen khác (A1 A1 A2, A1 A2 A2 ) Cr2 =r(r-1) - Số kiểu gen có alen khác (A1 A2 A3) Cr Tổng số kiểu gen: r + r(r-1) + Cr3 = r (r 1)(r 2) 1.2.3 d Đối với quần thể lồi có NST tứ bội: Tổng số kiểu gen r (r 1)( r 2)( r 3) 1.2.3.4 Tổng quát : Loại quần thể Quần thể loài đơn bội Số loại kiểu gen gen có r alen r 17 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Quần thể loài lưỡng bội (2n) QT loài tam bội (3n) QT loài tứ bội (4n) QT loài ngũ bội (5n) Gen NST thường : r (r 1) 1.2 Gen Gen Y( khơng có NST giới X) : r +1 tính X ( khơng có Y) r ( r 3) 1.2 Gen nằm NST giới tính X Y: r (3r 1) 1.2 r (r 1)(r 2) 1.2.3 r (r 1)(r 2)( r 3) 1.2.3.4 r (r 1)(r 2)( r 3)(r 4) 1.2.3.4.5 e) Dùng phương pháp đặt ẩn phụ để xác định số loại kiểu gen tất gen nhóm gen liên kết Nếu có gen A, B, D nằm 01 NST thường gen A có m alen, gen B có n alen, gen D có p alen đặt gen M= A.B.D; gen M có số alen m.n.p Số loại kiểu gen gen A, B, D m.n p( m.n p 1) 2.1.5 Bài tập di truyền xác suất quần thể 2.51 Xác định tỉ lệ kiểu hình trội thơng qua tỉ lệ kiểu hình lặn Phải xác định kiểu gen bố mẹ dự đốn tỉ lệ kiểu hình đời Xác suất cặp vợ chồng sinh có kiểu hình lặn tích giao tử lặn bố với tỷ lệ giao tử lặn mẹ Xác suất sinh có kiểu hình trội = 1- xác suất sinh có kiểu hình lặn Ví dụ: Trong quần thể người nhóm máu O chiếm 4%, nhóm máu B chiếm 21% Hai vợ chồng có nhóm máu B Tính xác suất họ sinh trai đầu lòng có nhóm máu B? A 45/98 B 45/49 C 3/16 D 47/49 A B O Hướng dẫn: Ta tính tần số alen tương ứng I = 0,5, I = 0,3, I = 0,2 Tần số nhóm máu B 0,21 Xác suất người có nhóm máu B có kiểu gen I BI O là: 2pr / (q + 2qr) = 0,12 / 0,21 = 4/7 Vậy xác suất cặp vợ chồng sinh đầu lòng có máu O là: 4/7.4/7.1/4= 4/49 Vậy xác suất họ sinh trai đầu lòng có nhóm máu A (1- 4/49).1/2 = 45/98 2.5.2 Khi quần thể cân di truyền, tỷ lệ kiểu gen tích tần số alen có kiểu gen nhân với 2n ( n số cặp gen dị hợp có kiểu gen) Ví dụ kiểu gen AabbDd có tỷ lệ : 22.A.a.b.d.D.d 2.5.3 Xác suất kiểu gen dị hợp số cá thể có kiểu hình trội 2pq/(p2 + 2pq) Ví dụ 1: Ở quần thể Ruồi giấm có thân xám trội so với thân đen Quần thể có tần số thân đen 36% Chọn ngẫu nhiên 10 cặp thân xám giao phối với theo cặp Tính xác suất để 10 cặp cá thể có kiểu gen dị hợp tử? A (2/3) 10 B (3/4) 20 C (3/4) 10 D (2/3) 20 Hướng dẫn : Ta có q 2(aa) = 0,36 => q(a) = 0,6, p(A) = 0,4 Xác suất cá thể có kiểu hình trội có kiểu gen dị hợp : 2pq/(p2 + 2pq) = 0,48/0,64=3/4 18 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Xác suất để 10 cặp cá thể thân xám có kiểu gen dị hợp tử : (3/4) 2.10 Ví dụ 2: Ở quần thể người tỉ lệ bị bệnh bạch tạng 1/10.000 Xác suất để cặp vợ chồng bình thường mang gen gây bệnh bao nhiêu? A 4% B 0,04% C 1% D 0,01% Hướng dẫn: ta có q 2(aa) = 1/10.000 => q(a) = 0,01; p(A) = 0,99 Xác suất để cặp vợ chồng bình thường mang gen gây bệnh (có kiểu gen dị hợp Aa) là: [2pq/(p + 2pq)] = 0,04% Ví dụ : Ở người gen đột biến lặn (m) nằm NST X khơng có alen Y Alen trội tương ứng (M) không gây mù màu Trong quần thể người trạng thái cân HacđiVanbec bệnh mù màu có tần số nam giới bị mù màu 5% Xác định tỉ lệ người mang gen lặn qui định bệnh bạch tạng kiểu gen ? A 14,75% B 7,375% C 0,25% D 9,75% Hướng dẫn: Ta có q(X A) = 0,05 Tỉ lệ người mang gen lặn qui định bệnh bạch tạng kiểu gen : [q(X AY) + 2pq (X AX a) + q 2(X aX a)]/2 = 0,07375 Ví dụ : Đề thi học sinh giỏi quốc gia năm 2011 Trong quần thể người, có tới 84% dân số có khả nhận biết mùi vị chất hóa học phenyltiocarbamide, số lại khơng Khả nhận biết mùi vị chất alen trội A nằm nhiễm sắc thể thường quy định; khơng có khả alen a quy định a) Quần thể phải có điều kiện tính tần số alen A a? Giải thích b) Trong quần thể nêu trên, người đàn ơng có khả nhận biết mùi vị chất phenyltiocarbamide lấy người vợ khơng có quan hệ họ hàng với có khả nhận biết chất hóa học Hãy tính xác suất cặp vợ chồng sinh trai đầu lòng khơng có khả nhận biết chất phenyltiocarbamide, quần thể cân di truyền Giải:a) - Đột biến xảy với gen không đáng kể tần số đột biến xuôi ngược - Người nhận biết mùi vị không nhận biết mùi vị có sức sống khả sinh sản - Kích thước quần thể đủ lớn để yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số alen cách không đáng kể - Khi lấy vợ lấy chồng người ta khơng để ý đến tính trạng (giao phối ngẫu nhiên) - Quần thể người phải cách li với quần thể khác 19 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể b) Trong quần thể nêu trên, người đàn ơng có khả nhận biết mùi vị chất phenyltiocarbamide lấy người vợ khơng có quan hệ họ hàng với có khả nhận biết chất hóa học Tần số kiểu gen aa = 1- 0,84 = 0,16 => qa = 0,4; pA = 0,6 Xác suất người có khả nhận biết mùi vị chất hóa học có kiểu gen p2 dị hợp tử là: = 0,48 /(0,36+0,48) = 0,571 p pq Xác suất hai người có kiểu gen dị hợp kết với sinh trai khơng có khả nhận biết mùi vị chất hóa học là: 0,571 0,571 0,25 0,5 = 0.04 2.2 Khi quần thể ngẫu phối chịu tác động nhân tố tiến hóa 2.2.1 Đột biến Đột biến xảy theo chiều: - Nếu xảy đột biến thuận A → a với tần số u tần số alen A sau n hệ p n = p0 (1 – u)n p0 tần số ban đầu 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 - Sau hệ tần số tương đối A là: p = p0 - u p0 + v p0; Lượng biến thiên tần số tương đối A là: ∆p = p1 – p0 - Thay giá trị vào ta có ∆p = (p0 - up0 + vp0) - p0 = vp0 - up0 Tần số tương đối p A, q a đạt cân số lượng đột biến thuận nghịch bù trừ cho nhau, nghĩa ∆p = vq = up mà q = - p nên up = v(1 - p) →p= - v u q = vu vu Từ hệ thứ n tần số đột biến Pn xác định công thức sau: pn = p0 e- un + p0 tần số tương đối alen quần thể ban đầu + u tốc độ đột biến theo chiều thuận Ví dụ: Ở lồi gia súc, tính trạng sừng dài gen A quy định, sừng ngắn gen a Trong đàn gia súc gồm 5.104 có gen A đột biến thành a ngược lại, với số lượng bù trừ cho Tìm số lượng alen A số lượng alen a quần thể lúc cân bằng? Trong A đột biến thành a với tần số u, a đột biến thành A với tần số v, u = 3v = 10 -4 Phương pháp giải 20 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Tổng tần số alen A a : 10 4.2 = 105, tần số A (pA) tần số a (qa) lúc cân thiết lập quần thể qa = u 3v = = = 0,75 => pA = 1- 0,75 = 0,25 vu vu Số lượng alen A: 0,25.105 = 2,5.104 Số lượng alen a: 0,75.10 = 7,5.104 2.2.2 Di nhập gen Tốc độ di nhập gen (M) tính tỉ số giao tử mang gen di nhập so với số giao tử hệ quần thể Cũng tính M tỉ lệ số cá thể nhập cư so với tổng số cá thể quần thể nhận.Ta có lượng biến thiên tần số alen A quần thể nhận sau hệ di nhập gen là: ∆p = M (P – p) Trong công thức : - p tần số alen A quần thể nhận - P tần số alen A quần thể cho Ví dụ: Tần số tương đối alen A quần thể I 0,8 quần thể II 0,3 Tỉ lệ số cá thể nhập cư từ quần thể II sang quần thể I 0,2 Sau hệ nhập cư tần số alen A quần thể nhận I giảm bao nhiêu? Phương pháp giải Ta có lượng biến thiên tần số alen A quần thể nhận sau hệ di nhập gen là: ∆p = M (P – p) p = 0,2 (0,3 – 0,8) = - 0,1 Tức tần số alen A quần thể nhận I giảm 0,1 Cụ thể 0,7 Tốc độ di-nhập gen: m=Số giao tử mang gen di nhập / Số giao tử hệ quần thể m=Số cá thể nhập cư / tổng số cá thể quần thể -Nếu gọi: q : tần số alen trước có di nhập q m: tần số alen phận di nhập q’: tần số alen sau di nhập m: kích thước nhóm nhập cư -Thì: q’ = q0 - m(q0-qm) Ví dụ: Trong quần thể gồm 900 bướm, tần số alen quy định cấu tử chuyển động nhanh enzyme (p) 0,7, tần số alen quy định cấu tử chuyển động chậm (q) 21 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể 0,3 90 bướm từ quần thể nhập cư đến quần thể có q=0,8 Tính tần số alen quần thể Hướng dẫn: Ta tính m= 90/ 900 = 0,1 Ta có q’ = q - m(q 0-q m) = 0,8 – 0,1.(0,80,3) = 0,75 p’ = – 0,75 = 0,25 2.2.3 Quá trình chọn lọc tự nhiên Áp lực chọn lọc tự nhiên tác động vào hai pha: pha đơn bội ( chọn lọc giao tử) pha lưỡng bội chu kì sống sinh vật bậc cao + Chọn lọc giao tử Quần thể có cấu trúc: p2AA + 2pq Aa + q2 aa = Nếu giá trị thích nghi (w) giao tử mang A lớn (w = 1), giao tử mang a (w < 1), nghĩa – S S hệ số chọn lọc để mức độ chọn lọc loại bỏ alen hay kiểu gen đó, cụ thể a Lượng biến thiên tần số q xác định: q = sq(1 q ) sq ∆q có giá trị âm chứng tỏ tác dụng chọn lọc giao tử q bị giảm Nếu chọn lọc diễn hàng loạt hệ q bị giảm dần cuối alen a bị loại khỏi quần thể Chọn lọc pha đơn bội có ý nghĩa lớn với vi sinh vật sinh vật có pha đơn bội chiếm ưu Ở sinh vật bậc cao, chọn lọc giao tử biểu rõ động vật - Chọn lọc pha lưỡng bội: Quần thể có cấu trúc: p2AA + 2pq Aa + q2 aa = Giả sử giá trị thích nghi KG AA Aa 1, a = - S (t/h trội hồn tồn) sau chu kì chọn lọc, lượng biến thiên tần số alen a xác định: q = q(1 sq) Sq (1 q ) hay qs = sq Sq q2 Trường hợp S = ta có q = 1 q Khi S = sau n hệ chọn lọc xác định: qn = q nq 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 : n = 1 qn q Ví dụ 1: Xác định lượng biến thiên q sau hệ chọn lọc giao tử biết q trước chọn lọc 0,6 s alen a 0,34 Phương pháp giải 22 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Vận dụng cơng thức tính được: q = 0,34.0, 6.(1 0,6) 0,34.0, Như vậy, q giảm từ 0,6 xuống 0,5 Ví dụ 2: 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 đạt cân khơng? 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 có hẳn khỏi quần thể khơng? ( Biết 100% kiểu gen aa bị chết độ tuổi trước sinh sản bệnh tật) Giải: a Tần số alen: - Tỉ lệ kiểu gen quần thể ban đầu : 0,50 AA + 0,40Aa + 0,10 aa - Tần số alen : pA = 0,50 + (0,40 : 2) = 0,70 qa = 1- 0,7 = 0,3 * Cấu trúc di truyền quần thể: Nếu quần thể cân theo định luật Hacđi – Vanbec có tỉ lệ kiểu gen : p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = Tức là: 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa = Quần thể có tỉ lệ kiểu gen khác với tỉ lệ trên, quần thể cho không cân Ví dụ 3: Đề thi năm học sinh giỏi quốc gia 2010: Giả sử quần thể động vật ngẫu phối có tỷ lệ kiểu gen: - Ở giới cái: 0,36AA :0,48Aa:0,16aa - Ở giới đực: 0,64 AA : 0,32 Aa: 0,04aa a) Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân b) Sau quần thể đạt trạng thái cân bằng, điều kiện sống thay đổi, cá thể có kiểu gen aa trở nên khơng có khả sinh sản Xác định tần số alen quần thể sau hệ ngẫu phối Giải: Ở giới cái: có pA = 0,6, qa = 0,4 Ở giới đực: pA = 0,8, qa = 0,2 23 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Ta có tần số alen quần thể: pA = 0, 0,8 = 0,7, qa= 0,3 Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân 0,49Aa + 0,42 Aa + 0,09aa b) Áp dụng công thức qn = q0 0,3 = = 0,12, p = 1-0,12 = 0,88 n.q 5.0,3 Nếu kiểu gen khác có giá trị chọn lọc (giá trị thích nghi) khác tần số kiểu gen sau hệ chọn lọc giá trị chọn lọc nhân với tần số ban đầu Nội phối: - Nội phối làm tăng tỉ lệ đồng hợp tử với giảm tỉ lệ dị hợp tử.Nội phối làm thay đổi tần số kiểu gen, không làm thay đổi tần số alen - Nếu quần thể có tỉ lệ f nội phối f tần số kiểu gen: ( p + fpq)AA + (2pq- 2fpq)Aa + (q2 + fpq)aa - Hệ số nội phối tính – [(tần số dị hợp tử quan sát được)/(tần số dị hợp theo lí thuyết)] Ví dụ: Đề thi học sinh giỏi quốc gia năm 2012: Thế hệ thứ quần thể động vật trạng thía cân di truyền có q(a) =0,2; p(A) =0,8 Thế hệ thứ hai quần thể có cấu trúc 0,672 AA : 0,256 Aa : 0,072aa a) Xác định cấu trúc di truyền quần thể hệ thứ ba Biết cách thức giao phối tạo hệ thứ ba giống cách thức giao phối tạo hệ thứ hai b) Thế hệ thứ có tỷ lệ kiểu gen trạng thái cân quần thể bị biến đổi từ hệ thứ hai thứ ba lại có thành phần kiểu gen vậy? Nếu trình tiếp tục diễn qua nhiều hệ kết cục quần thể nào? Giải thích? Giải: a) - Thế hệ thứ có q=0,2, p=0,8, nên cấu trúc quần thể trạng thái cân 0,64 AA :0,32 Aa:0,04aa - So với quần thể thứ hệ thứ hai có tăng tỷ lệ thể đồng hợp giảm tỉ lệ dị hợp - Thế hệ thứ có qa = 0,072 + 0,256/2 =0,2, pA = 0,8, chứng tỏ tần số alen không đổi quần thể xảy giao phối cận huyết hay nội phối - Tỉ lệ Aa giảm: 0,32-0,256 =0,064 nên 2Fpq=0,064 Hệ số nội phối F = 0,064:0,32 = 0,2 24 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể - Thế hệ thứ ba có Aa = 0,256 x 0,8 =0,2048 Aa giảm: 0,256-0,2048 =0,0512 nên AA aa tăng thêm 0,0512:2 =0,0256 AA: 0,672 +0,0256 = 0,6976 aa = 0,072 + 0,0256 =0,0976 Cấu trúc di truyền hệ thứ ba 0,6976 AA:0,2048Aa:0,0976 aa b) Từ quần thể giao phối ngẫu nhiển có kích thươc lớn chuyển sang giao phối cận huyết kích thước quần thể bị suy giảm q mức, quần thể dễ bị giao phối cận huyết, dẫn đến giảm đa dạng di truyền quần thể làm tăng tỷ lệ chết, giảm khả sinh sản - Khi kích thước quần thể nhỏ, yếu tố ngẫu nhiên củng làm giảm đa dạng di truyền quần thể dẫn đến tăng tỷ lệ chết, giảm tỷ lệ sinh Như hai nhân tố tiến hóa giao phối khơng ngẫu nhiên yếu tố ngẫu nhiên làm suy giảm nhanh chóng kích thước quần thể Nếu tình trạng kéo dài rơi vào vòng xốy tuyệt chủng dẫn đến diệt vong 25 .. .Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể A LỜI NÓI ĐẦU Bài tập sinh học nội dung khó chương trình sinh học phổ thơng Phần lớn học sinh cảm thấy khó khăn giải tập sinh học Mặt khác... nghiệp em học sinh nghiên cứu phần tập di truyền quần thể cách có hiệu Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ THUYẾT: Khái quát quần thể 1.1 Khái niệm Quần thể tập hợp... tam thể Gọi p tần số gen D, q tần số gen d 11 Một số phương pháp giải tập di truyền quần thể Tần số p là: × số mèo đen + số mèo tam thể + số mèo đực đen × số mèo + số mèo đực Tần số q là: × số