Đặc Trưng Di Truyền Quần Thể: Vốn Gen, Tự Thụ Phấn và Giao Phối Gần

Bài viết này khám phá các đặc trưng di truyền của quần thể, tập trung vào vốn gen, cấu trúc di truyền trong quần thể tự thụ phấn và giao phối gần, cùng các ứng dụng và bài tập liên quan.

1. Đặc Trưng Di Truyền Quần Thể

1.1 Quần Thể Là Gì?

Quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài, sinh sống trong một không gian xác định, tại một thời điểm nhất định và có khả năng sinh sản để tạo ra thế hệ mới.

Ví dụ: Quần thể cá rô đồng trong một ao sen.

1.2 Vốn Gen Là Gì?

Vốn gen là toàn bộ các alen có mặt trong quần thể tại một thời điểm cụ thể. Vốn gen được thể hiện thông qua tần số alen và tần số kiểu gen.

• Tần số kiểu gen: Tỷ lệ số lượng cá thể mang một kiểu gen nhất định so với tổng số cá thể trong quần thể tại một thời điểm.
• Tần số alen: Tỷ lệ số lượng một alen cụ thể so với tổng số alen của gen đó trong quần thể tại một thời điểm.

Ví dụ: Một quần thể hoa lan có 500 cây, trong đó:

• 250 cây có kiểu gen AA (hoa đỏ)
• 150 cây có kiểu gen Aa (hoa hồng)
• 100 cây có kiểu gen aa (hoa trắng)

Tỉ lệ kiểu gen:

• AA = 250/500 = 0,5
• Aa = 150/500 = 0,3
• aa = 100/500 = 0,2

Tần số kiểu gen: 0,5 AA : 0,3 Aa : 0,2 aa

Tính tần số alen A và a:

Tổng số alen trong quần thể là 500 cây * 2 = 1000 alen.

• Số alen A: (250 * 2) + 150 = 650
• Số alen a: (100 * 2) + 150 = 350

Tần số alen:

• Tần số alen A: 650/1000 = 0,65
• Tần số alen a: 350/1000 = 0,35

Lưu ý: Hình thức sinh sản ảnh hưởng đến vốn gen và các yếu tố tác động đến sự biến đổi vốn gen của quần thể. Ví dụ, ở quần thể giao phối ngẫu nhiên, sự đa dạng di truyền được duy trì cao hơn so với quần thể tự thụ phấn.

2. Cấu Trúc Di Truyền Quần Thể Tự Thụ Phấn và Giao Phối Gần

2.1 Khái Niệm

• Tự thụ phấn (ở thực vật): Quá trình thụ tinh xảy ra khi hạt phấn và noãn thuộc cùng một cây. Ví dụ, cây lúa tự thụ phấn trước khi hoa nở.
• Giao phối gần (ở động vật): Sự giao phối giữa các cá thể có quan hệ huyết thống gần gũi, như giữa bố mẹ và con cái, hoặc giữa anh chị em. Ví dụ, giao phối cận huyết ở một số loài chim.

2.2 Đặc Điểm Di Truyền Quần Thể Tự Thụ Phấn và Giao Phối Gần

Quá trình tự thụ phấn và giao phối gần dẫn đến những thay đổi đáng kể trong cấu trúc di truyền của quần thể qua các thế hệ.

Thế hệ	Tỉ lệ KG AA	Tỉ lệ KG Aa	Tỉ lệ KG aa	Tần số alen A	Tần số alen a
I0	d	h	r	p	q
I1	d + h/4	h/2	r + h/4	p	q
I2	d + h(1-1/2^2)/2	h/2^2	r + h(1-1/2^2)/2	p	q
I3	d + h(1-1/2^3)/2	h/2^3	r + h(1-1/2^3)/2	p	q
In	d + h(1-1/2^n)/2	h/2^n	r + h(1-1/2^n)/2	p	q

Trong đó:

• d là tỉ lệ kiểu gen AA ban đầu.
• h là tỉ lệ kiểu gen Aa ban đầu.
• r là tỉ lệ kiểu gen aa ban đầu.
• p là tần số alen A ban đầu.
• q là tần số alen a ban đầu.

Nhận xét:

• Tần số alen A và a không đổi qua các thế hệ tự thụ phấn.
• Tần số kiểu gen dị hợp (Aa) giảm dần, trong khi tần số kiểu gen đồng hợp (AA và aa) tăng dần.
• Quần thể dần phân hóa thành các dòng thuần có kiểu gen khác nhau, làm giảm sự đa dạng di truyền.

Sự tự phối liên tiếp làm giảm tính đa dạng di truyền của quần thể, tăng nguy cơ xuất hiện các đặc điểm có hại do các alen lặn biểu hiện.

3. Công Thức và Bài Tập Ứng Dụng Di Truyền Quần Thể Tự Phối

3.1 Công Thức Di Truyền Quần Thể Tự Phối

Với quần thể P có cấu trúc: d(AA) : h(Aa) : r(aa)

Cấu trúc di truyền ở thế hệ Fn:

• AA = d + h(1 – 1/2^n)/2
• Aa = h/2^n
• aa = r + h(1 – 1/2^n)/2

3.2 Bài Tập Ứng Dụng

Ví dụ 1:

Một quần thể người có tần số người bị bệnh phenylketonuria (một bệnh di truyền do đột biến gen lặn) là 1/10000. Giả sử quần thể này cân bằng di truyền. Tính:

1. Tần số các alen và thành phần các kiểu gen của quần thể.
2. Xác suất để hai người bình thường trong quần thể này kết hôn sinh ra đứa con đầu lòng bị bệnh.

Giải:

Quy ước:

• P: Alen trội quy định kiểu hình bình thường.
• p: Alen lặn quy định bệnh phenylketonuria.

1. Tần số alen và kiểu gen:

Vì quần thể cân bằng di truyền:

• q^2 (pp) = 1/10000 = 0,0001 => q = 0,01
• p = 1 – q = 0,99

Thành phần kiểu gen:

• PP = p^2 = 0,99^2 = 0,9801
• Pp = 2pq = 2 0,99 0,01 = 0,0198
• pp = q^2 = 0,0001

2. Xác suất sinh con bị bệnh:

Để sinh con bị bệnh, cả bố và mẹ phải có kiểu gen dị hợp (Pp).

Xác suất một người bình thường có kiểu gen Pp là:

Pp / (PP + Pp) = 0,0198 / (0,9801 + 0,0198) = 2/101

Xác suất cả bố và mẹ đều có kiểu gen Pp là: (2/101) * (2/101) = 4/10201

Xác suất sinh con bị bệnh (pp) từ bố mẹ Pp là 1/4.

Vậy, xác suất để hai người bình thường sinh con đầu lòng bị bệnh là:

(4/10201) * (1/4) = 1/10201

Ví dụ 2:

Cấu trúc di truyền của quần thể ban đầu là: 0,2 AA + 0,6 Aa + 0,2 aa = 1. Sau 3 thế hệ tự phối, cấu trúc di truyền của quần thể sẽ là:

Giải:

Áp dụng công thức di truyền quần thể tự phối:

• d = 0,2; h = 0,6; r = 0,2; n = 3

• AA = d + h(1 – 1/2^n)/2 = 0,2 + 0,6(1 – 1/2^3)/2 = 0,2 + 0,6(7/8)/2 = 0,2 + 0,2625 = 0,4625

• Aa = h/2^n = 0,6/2^3 = 0,6/8 = 0,075

• aa = r + h(1 – 1/2^n)/2 = 0,2 + 0,6(1 – 1/2^3)/2 = 0,2 + 0,2625 = 0,4625

Vậy, cấu trúc di truyền của quần thể sau 3 thế hệ tự phối là: 0,4625 AA + 0,075 Aa + 0,4625 aa = 1.

Hy vọng những kiến thức và bài tập trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về đặc trưng di truyền của quần thể.