Hardžio–Veinbergo dėsnis — apibrėžimas ir reikšmė populiacijų genetikai

Hardžio–Veinbergo dėsnį nepriklausomai vienas nuo kito sukūrė anglų matematikas G. H. Hardis ir vokiečių gydytojas Vilhelmas Veinbergas. Ši sąvoka dar vadinama Hardžio–Veinbergo pusiausvyra, Hardžio–Veinbergo teorema arba Hardžio–Veinbergo principu. Kartais Weinbergo pavardė rašoma pirma.

Apibrėžimas ir pagrindinė idėja

Hardžio–Veinbergo dėsnis yra populiacijų genetikos pagrindas. Paprastai tariant, jis teigia, kad esant tam tikroms prielaidoms populiacijos alelių proporcijos (dažniai) nekeičiasi iš kartos į kartą. Kitaip sakant, jei nėra trikdančių faktorių, alelių ir genotipų pasiskirstymas pasiekia pusiausvyrą ir lieka pastovus.

Matematika paprastai (vienas lokusas su dviem alelėmis)

Tarkime, lokuse yra dvi alelės: A ir a. Pažymėkime jų dažnius kaip p (A) ir q (a), kur p + q = 1. Esant Hardžio–Veinbergo pusiausvyrai, genotipų dažniai vienos kartos populiacijoje yra:

• AA: p²
• Aa: 2pq
• aa: q²

Pastaba: genotipų pasiskirstymas (p², 2pq, q²) pasiekiamas per vieną atsitiktinio poravimosi kartą, jei alelių dažniai p ir q lieka tie patys. Alelių dažniai patys išlieka pastovūs tol, kol nėra trikdymo.

Sąlygos, reikalingos H–V pusiausvyrai

Hardžio–Veinbergo pusiausvyra galioja tik tada, kai vykdomos šios prielaidos:

• Didelė (idealiu atveju begalinė) populiacija — Daroma prielaida, kad H/W populiacijos yra begalinio dydžio. Tai reikalinga, kad nesvarbu atsitiktiniai efektai (genetinis dreifas) nesukeltų alelių dažnių svyravimų.
• Visi individai poruojasi atsitiktinai (atsitiktinis poravimasis), be asortatyvinio poravimosi.
• Nėra mutacijų, keičiančių aleles.
• Nėra natūralios atrankos – visi genotipai turi vienodą reprodukcinį sėkmę.
• Nėra migracijos į populiaciją arba iš jos (genų srautas).
• Nėra genetinio dreifinio poveikio ir gimininio kryžminimo, kurie ypač svarbūs mažose populiacijose.

Ką reiškia trikdžiai ir kaip jie veikia

Bet koks sistemingas alelių dažnių pokytis populiacijoje turi būti nulemtas vienos ar kelių iš išvardytų priežasčių. Kartais trikdžiai neveikia taip, kaip tikėtasi — pavyzdžiui, balansuojanti atranka (heterozigotų pranašumas) palaiko alelių dažnius ir užtikrina, kad genotipų pasiskirstymas išlieka esamoje pusiausvyroje. Klasikinis pavyzdys yra heterozigoto pranašumas: "Heterozigotas lokuse yra tinkamesnis už bet kurį homozigotą". Tokiu atveju gali susidaryti stabili pusiausvyra su Hardžio–Veinbergo proporcijomis.

Praktinė reikšmė populiacijų genetikai ir kitoms srityms

• H–V dėsnis yra null hipotezė populiacijų genetikos tyrimuose: jei stebimi genotipų dažniai reikšmingai skiriasi nuo pusiausvyros prognozių, tai rodo, kad veikia kuri nors evoliucinė jėga (atranka, migracija, dreifas ir t. t.).
• Naudojamas medicinoje ir paveldimų ligų tyrimuose: iš H–V pusiausvyros galima apskaičiuoti nešiotojų (carrier) tikimybę, jei žinomas alelės dažnis.
• Teisinėje/genetinėje ekspertizėje (forenzikoje) H–V prielaidos padeda vertinti genotipų pasitaikymo dažnius populiacijoje.
• Gamtosaugai: identifikuojant mažų arba izoliuotų populiacijų riziką dėl genetinio dreifo ar inbreeding’o (gimininio kryžminimo).

Kaip tikrinama H–V pusiausvyra

Dažniausiai naudojami statistiniai testai, palyginantys stebėtus genotipų skaičius su laukiama H–V pusiausvyros verte. Populiariausi metodai:

• Chi-kvadrato testas (χ²).
• Exact testai (pvz., Fisherio ar Monte Carlo metodai), ypač kai imtis maža arba kai laukiami dažniai maži.
• Įvertinimai, susiję su inbreeding’o koeficientu (FIS), kuris rodo nukrypimą nuo atsitiktinio poravimosi.

Praktikoje dažnai taikomi statistiniai reikšmingumo testai, pavyzdžiui, standartinės paklaidos, siekiant nustatyti, ar skirtumai yra reikšmingi.

Išimtys ir papildomos pastabos

• Hardžio–Veinbergo modelis yra supaprastinimas: realiose populiacijose beveik visada bent keli veiksniai truputį pažeidžia prielaidas.
• Lokūs su daugiau nei dviem alelėmis ir lytiniai lokusai (pvz., X chromosomos lokusai) reikalauja modifikuotų formulių — bet principas lieka tas pats: alelių dažniai stabilizuojasi arba keičiasi priklausomai nuo evoliucinių jėgų.
• Mažose populiacijose genetinis dreifas gali sukelti alelių praradimą arba fiksaciją, todėl H–V prielaidos čia ypač pažeidžiamos.

Santrauka

Hardžio–Veinbergo dėsnis suteikia paprastą, bet galingą nulio modelį, leidžiantį atskirti atsitiktinius procesus nuo sistemingi evoliucinių jėgų veikimo. Jis padeda interpretuoti genetinius duomenis, vertinti įtakos veiksnius ir yra pagrindinis įrankis tiek teorinėje, tiek taikomojoje populiacijų genetikos praktikoje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas sukūrė Hardžio-Veinbergo dėsnį?

K: Kaip kitaip vadinamas Hardžio-Veinbergo dėsnis?

K: Ką teigia šis dėsnis?

K: Kokie galimi sutrikimai gali turėti įtakos alelių dažnumui?

K: Kaip vyksta alelių dažnio pokyčiai?

Klausimas: Ar balansuojanti atranka yra trikdžių, lemiančių alelių dažnio pokyčius, pavyzdys?

Paieška pagal raidę