Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej?, Ćwiczenia z Genetyka

Pobierz Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej? i więcej Ćwiczenia w PDF z Genetyka tylko na Docsity!

Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej?

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

W trakcie ewolucji zmianom cech morfologicznych, fizjologicznych i genetycznych towarzyszy dziedziczenie z pokolenia na pokolenie. Każda populacja ma odrębną pulę genów, zawierającą wszystkie istotne dla gatunku allele w chromosomach (są one u każdego osobnika danej populacji). Zdecydowana większość organizmów jest diploidalna, co oznacza, że każdy osobnik ma dwa allele w każdym locus. Zmiany częstości występowania alleli w kolejnych pokoleniach oznaczają, że dokonuje się ewolucja. Taki model ewolucji nazywamy mikroewolucją, ponieważ zmiany zachodzą wewnątrz populacji. Badaniem zjawisk dziedziczenia oraz zmianami częstości występowania alleli w populacjach, wywołanymi m.in. działaniem mechanizmów ewolucyjnych, zajmuje się genetyka populacyjna.

Twoje cele

Przeanalizujesz, jak obliczać częstości występowania alleli w populacji. Wyjaśnisz i ocenisz mechanizmy mikroewolucji. Scharakteryzujesz cechy populacji, znajdującej się w stanie równowagi genetycznej.

Genetyka populacyjna zajmuje się badaniem różnic w obrębie populacji i między populacjami, a także mechanizmami powstawania oraz utrzymywania się w populacji zmienności genetycznej. Źródło: Pixabay.com, domena publiczna.

Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej?

Jeżeli założymy, że dany gen ma dwa allele – dominujący, oznaczony literą A oraz recesywny, oznaczony literą a – występujące w danej populacji odpowiednio z częstością p i q, zapiszemy równość:

Częstość występowania poszczególnych genotypów:

jest rozwinięciem trójmianu kwadratowego:

Ćwiczenie 1

Załóżmy, że w pewnej populacji myszy liczącej 1000 osobników, 90 z nich stanowiły osobniki albinotyczne. Reszta osobników miała szarą barwę sierści. Wiemy, że brak pigmentu jest cechą dziedziczoną recesywnie, więc biała barwa występuje jedynie u homozygot recesywnych. Oblicz częstość występowania alleli A i a w tej populacji.

Jak rozwiązać zadanie?

Frekwencja genotypów aa –q wynosi , czyli 0,09.

Allel recesywnyq równa się pierwiastkowi kwadratowemu zq , = 0,3.

Wiedząc, że p + q = 1, obliczamy p, czyli allel dominujący A.

p + 0,3 = 1, więc p wynosi 0,7.

Jeśli chcielibyśmy obliczyć, ilu osobników szarych to heterozygoty Aa, dokonujemy obliczeń, stosując zapis: 2pq = 2 x 0,7 x 0,3 = 0,42. Zatem w naszej przykładowej populacji heterozygoty stanowią 42 proc. osobników.

p + q = 1

AA = p^2

Aa = 2 pq

aa = q^2

( p + q )^2 = p^2 + 2 pq + q^2

2 90 1000

Znaczenie prawa Hardy’ego–Weinberga

Znaczenie prawa Hardy’ego‐Weinberga polega nie tylko na tym, że umożliwia ustalenie częstości genotypów w populacji, ale także na tym, że wskazuje na fakt zachodzenia ciągłych zmian w pulach genowych populacji oraz pozwala na wyciąganie wniosków, dotyczących przyczyn tych zmian. Mogą nimi być: niewielka liczba osobników populacji, migracje, wpływ doboru naturalnego oraz występowanie trudnych do przewidzenia mutacji.

Ciekawostka

Założenia prawa Hardy’ego‐Weinberga są trudne, wręcz niemożliwe do uzyskania w naturze, ponieważ w normalnym środowisku mamy do czynienia z doborem naturalnym, a także z mutacjami i migracjami. W efekcie obserwujemy znaczne odstępstwa od tej reguły, szczególnie w dużych liczebnie populacjach.

Słownik

allel

jedna z wersji genu; allel najczęściej występuje w określonym locus na danym chromosomie homologicznym; pojęcie to odnosi się także do genomu cytoplazmatycznego oraz prokariotycznego; allele tego samego genu różnią się jednym lub kilkoma nukleotydami

homozygota

organizm zawierający identyczne allele danego genu w chromosomach; homozygoty wytwarzają zawsze gamety jednakowego typu – identyczne pod względem materiału genetycznego; homozygotyczność może dotyczyć jednego, kilku lub nawet wszystkich genów w organizmie

populacja

zespół osobników jednego gatunku, zamieszkujących określony teren w tym samym czasie

prawo Hardy’ego-Weinberga

prawo, określające stosunki pomiędzy frekwencją alleli, a częstością genotypów w populacji oraz warunki, w jakich stosunki te będą zachowane; proporcje genotypów

Film samouczek

Film dostępny pod adresem https://epodreczniki.pl/a/DkipugY Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej? Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Inga Wójtowicz, licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału

Polecenie 1 Wymień zasady, które muszą zostać spełnione, aby prawo Hardy’ego-Weinberga zostało poprawnie wykorzystane.

Polecenie 2 Zastanów się, jakie informacje o allelach możemy otrzymać, korzystając z prawa Hardy’ego-Weinberga.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Wskaż prawidłowe założenia prawa Hardy’ego-Weinberga.

W populacji zachodzą mutacje genetyczne.

W populacji działa dobór naturalny.

Nie zachodzi przepływ genów między populacjami (brak migracji).

Osobniki w populacji są organizmami haploidalnymi i diploidalnymi.

W populacji nie zachodzi dryf genetyczny.

Populacja jest nieograniczona liczebnie.

Kojarzenie osobników odbywa się losowo.

Osobniki rozmnażają się wyłącznie płciowo.

Ćwiczenie 4

Pewien rodzaj papug, zamieszkujących północną część Ameryki Południowej, charakteryzuje się jaskrawym ubarwieniem. W populacji liczącej 250 osobników przewagę stanowi ubarwienie czerwone, uwarunkowane przez allel dominujący (A). Jego częstość występowania wynosi 0,85. Natomiast ubarwienie żółte uwarunkowane jest przez allel recesywny (a), o częstości występowania 0,15. Osobniki heterozygotyczne mają barwę czerwono-żółtą. Wskaż stwierdzenia prawdziwe oraz stwierdzenia fałszywe, dotyczące powyższej populacji.

Prawda Fałsz Częstość występowania genotypu AA wynosi 0,7225.

Częstość występowania genotypu Aa wynosi 0,1275.

Częstość występowania genotypu aa wynosi 0,0225.

Jeżeli populacja ta jest w stanie równowagi, to liczebność osobników o czerwonym ubarwieniu wynosi 181 (w zaokrągleniu do jedności).

Jeżeli populacja ta jest w stanie równowagi, to liczebność osobników o czerwono-żółtym ubarwieniu wynosi 25, proc.

Jeżeli populacja ta jest w stanie równowagi, to liczebność osobników o żółtym ubarwieniu wynosi 56 (w zaokrągleniu do jedności).

醙

Ćwiczenie 5

Wśród rasy białej populacji ludzkiej 84 proc. osób ma czynnik krwi Rh+ (uwarunkowany dominującym genem D). Jaka będzie częstość genotypów DD i Dd, jeśli kojarzenie jest losowe? Jaka będzie częstość genów D i d przy tym samym założeniu? Wybierz właściwe odpowiedzi spośród I, II, III, IV oraz A, B, C, D.

natomiast I. Częstość występowania genotypów DD i Dd wynosi 0,84. □

A. Częstość występowania genu d wynosi 0,6, a genu D wynosi 0,4. □

II. Częstość występowania genotypów DD i Dd wynosi 0,16. □

B. Częstość występowania genu d wynosi 0,4, a genu D wynosi 0,92 (w zaokrągleniu do części setnych). □ III. Częstość występowania genotypów DD i Dd wynosi 0,92 (w zaokrągleniu do części setnych). □

C. Częstość występowania genu d wynosi 0,4, a genu D wynosi 0,6. □

IV. Częstość występowania genotypów DD i Dd wynosi 0,4. □

D. Częstość występowania genu d wynosi 0,92 (w zaokrągleniu do części setnych), a genu D wynosi 0,4. □

醙

Ćwiczenie 7

W rozmnażającej się płciowo populacji zwierząt, pozostającej w stanie równowagi genetycznej, w pewnym locus występują dwa allele genu autosomalnego. Allel A wykazuje pełną dominację nad allelem a. Na poniższym wykresie przedstawiono liczbę osobników tej populacji, o określonych genotypach. Oblicz częstość występowania alleli a i A w tej populacji. Wynik przedstaw w procentach. Zapisz odpowiednie obliczenia.

a) Częstość występowania allelu a:

難

b) Częstość występowania allelu A:

Dla nauczyciela

Autor: Anna Juwan

Przedmiot: Biologia

Temat: Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej?

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym

Podstawa programowa: Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe XVI. Ewolucja. Uczeń:

9. przedstawia założenia prawa Hardy’ego-Weinberga;
10. stosuje równanie Hardy’ego-Weinberga do obliczenia częstości alleli, genotypów i fenotypów w populacji;

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii.

Cele operacyjne ( językiem ucznia):

Przeanalizujesz, jak obliczać częstości występowania alleli w populacji. Wyjaśnisz i ocenisz mechanizmy mikroewolucji. Scharakteryzujesz cechy populacji, znajdującej się w stanie równowagi genetycznej.

Strategie nauczania:

konstruktywizm; konektywizm.

Metody i techniki nauczania:

z użyciem komputera; ćwiczenia interaktywne; film samouczek; rozmowa kierowana; gwiazda pytań.

Formy pracy:

praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda.

Przed lekcją:

1. Przygotowanie do zajęć. Nauczyciel loguje się na platformie i udostępnia uczniom e‐materiał „Jak rozwiązywać zadania z genetyki populacyjnej?”. Prosi uczestników zajęć o rozwiązanie ćwiczenia nr 1 z sekcji „Sprawdź się” na podstawie treści w sekcji „Przeczytaj”.

Przebieg lekcji

Faza wstępna:

1. Nauczyciel wyświetla i odczytuje temat lekcji oraz zawarte w sekcji „Wprowadzenie” cele zajęć. Prosi uczniów lub wybraną osobę o sformułowanie kryteriów sukcesu.
2. Odwołanie do wcześniejszej wiedzy. Nauczyciel zadaje pytanie: „Jakie jest znaczenie prawa Hardy’ego‐Weinberga?”. Uczniowie indywidualnie udzielają odpowiedzi na kartkach, następnie tworzą pary, a potem pary łączą się w czwórki – za każdym razem uczniowie ustalają wspólną odpowiedź.

Faza realizacyjna:

1. Praca z multimedium („Film samouczek”). Uczniowie zapoznają się z materiałem udostępnionym przez nauczyciela. Następnie wykonują w parach polecenie nr 1: „Wymień zasady, które muszą zostać spełnione, aby prawo Hardy’ego‐Weinberga zostało poprawnie wykorzystane”. Wybrana osoba prezentuje propozycję odpowiedzi, a pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej. Nauczyciel w razie potrzeby uzupełnia ją.
2. Gwiazda pytań. Nauczyciel dzieli uczniów na trzy grupy, a następnie prezentuje na tablicy interaktywnej schemat „gwiazdy pytań” (zob. materiały pomocnicze). Objaśnia uczniom, w jaki sposób powinni pracować ze schematem: na podstawie e‐materiału oraz innych źródeł mają opracować zagadnienie dotyczące rozwiązywania zadań z genetyki populacyjnej, odpowiadając na pytania widniejące na schemacie. Następnie każdy zespół dopisuje piąte pytanie i daje je do rozwiązania innej grupie. Nauczyciel sprawdza wykonanie zadania, podchodząc do każdej grupy. Koryguje