Антипов Е. В. Сборник задач по молекулярной биологии и медицинской генетике с
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Примеры решения задач на популяционную генетику Задача 9.1 Альбинизм общий наследуется как рецессивный аутосомный при- знак. Заболевание встречается с частотой 1:20000. Вычислите количест- во гетерозигот в популяции. Дано: р – нормальная пигментация q – альбинизм q 2 – 1:20000 Решение: Закон Харди-Вайнберга p + q = 1 p 2 + 2pq + q 2 = 1 1) Определяем частоту встречаемости рецессивного гена: q = q 2 = 1√20000 = 1/141 2) Определяем частоту встречаемости доминантного гена: p + q = 1 p = 1 – q p = 1 – 1/141 = 140/141 3) Определяем частоту встречаемости гетерозигот в популяции: 2pq = 2 × 140 / 141 × 1 / 141 = 1/70 Ответ: частота встречаемости гетерозигот в популяции 1:70 Задача 9.2 В одной популяции человека на 52 000 новорожденных было зарегистрирован 21 больной тяжелой формой талассемии (доминантный аутосомный признак с неполным доминированием). Определите частоту встречаемости в популяции гена талассемии и предположите, сколько человек в этой популяции будет болеть легкой формой талассемии. Дано: Талассемия (тяжелая форма) АА Талассемия (легкая форма) Аа Решение: 1) Определяем частоту встречаемости генотипа АА (то есть p 2 ): 21 / 52 000 ≈ 0,0004 144 2) Определяем частоту встречаемости гена талассемии А: р = 0004 , 0 = 0,02 3) Определяем частоту встречаемости рецессивного аллеля а: q = 1 – р = 1 – 0,02 = 0,98 4) Определяем частоту встречаемости гетерозигот Аа: 2рq = 2× 0,02 × 0,98 = 0,0392 = 3,92% 5) Находим 3,92% от общего количества жителей (52 000 человек): 52 000 – 100 x – 3,92 x ≈ 2038 человек Ответ: частота встречаемости гена талассемии в этой популяции равно 2%; приблизительно 2038 человек будут страдать легкой формой талассемии. Задача 9.3 Подагра определяется доминантным аутосомным геном, но у жен- щин его пенетрантность составляет 0%, а у мужчин – 20%. Определите генетическую структуру популяции, если среди 10 000 жителей подагру имеют примерно 190 человек. Дано: Подагра А Норма а Пенетрантность у ♂ = 20% Пенетрантность у ♀ = 0% Количество жителей = 10 000 человек Количество жителей, больных подагрой = 190 человек Решение: 1) Находим процент проявления подагры в данной популяции: 190 / 10 000 = 0,019 или 1,9% 2) Поскольку пенетрантность этого признака у мужчин составляет 20%, то 1,9% × 5 = 9,5% 3) Поскольку мужской и женский пол наследуются по 50%, то коли- чество людей, имеющих генотипы АА и Аа, составит: 145 9,5% × 2 = 19% 4) Определяем количество людей с генотипом аа: 100% – 19% = 81% или 0,81 (это соответствует величине q 2 ) 5) Находим q и p: q = 81 , 0 = 0,9 р = 1 – q = 1 – 0,9 = 0,1 6) Подсчитываем частоты встречаемости доминантных фенотипов АА и Аа: АА (p 2 ) = 0,1 2 = 0,01 = 1% Аа (2pq) = 2 × 0,1 × 0,9 = 0,18 = 18% Ответ: в данной популяции генотипы встречаются следующим образом: АА – 1%; Аа – 18%; аа – 81%. Задача 9.4 В некоторых научных статьях приводятся данные о распространении групп крови среди популяций человека. Например, среди пигмеев эти частоты выглядят следующим образом: I группа – 30,2%; II группа – 30,3%; III группа – 29,1%; IV группа – 10,4%. Определите частоту встречаемости в популяции пигмеев аллелей гена группы крови по сис- теме АВ0. Дано: Введем следующие обозначения Частота встречаемости аллеля А р Частота встречаемости аллеля В q Частота встречаемости аллеля 0 r Решение: Воспользуемся формулами закона Харди-Вайнберга для множест- венного аллелизма: p + q + r = 1 p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr = 1 1) Определяем частоту встречаемости аллеля 0: r 2 = 30,2% = 0,302 r = 302 , 0 ≈ 0,549 = 54,9% 146 2) Находим генотипы II группы крови (p 2 + 2pq), III группы крови (q 2 + 2qr ) и IV группы крови (2pq): p 2 + 2pr = 30,3% = 0,303 (генотипы АА и А0) q 2 + 2qr = 29,1% = 0,291 (генотипы ВВ и В0) 2pq = 10,4% = 0,104 (генотип АВ) 3) Скомбинируем эти цифры в два варианта: p 2 + 2pr + r 2 = (p + r) 2 q 2 + 2qr + r 2 = (q + r) 2 4) Определяем р: По условию задачи первая величина (p + r) 2 равна 30,3% + 30,2% = = 60,5% = 0,605. Отсюда находим p + r = 605 , 0 ≈ 0,778 р = 0,778 – r = 0,778 – 0,549 = 0,229 = 22,9% 5) Аналогично определяем q: (q + r) 2 = 29,1% + 30,2% = 59,3% = 0,593 q + r = 593 , 0 ≈ 0,770 q = 0,770 – r = 0,770 – 0,5493 = 0,221 = 22,1% Выполняем проверку суммированием полученных значений p, q, r р + q + r = 54,9% + 22,9 + 22,1 =99,9% (отклонение от 100% объясня- ется приближением в вычислениях). Ответ: в популяциях пигмеев частоты встречаемости аллелей гена нруппы крови по системе АВ0 составляют: А – 22,9%; В – 22,1%; 0 – 54,9%. Задачи на популяционную генетику Задача 9.5 Глухонемота связана с врожденной глухотой, которая препятствует нормальному усвоению речи. Наследование аутосомно-рецессивное. Средняя частота заболевания колеблется по разным странам. Для евро- пейских стран она равна приблизительно 2:10 000. Определите возмож- ное число гетерозиготных по глухонемоте людей в районе, включающем 8 000 000 жителей. 147 Задача 9.6 Врожденный вывих бедра наследуется доминантно, средняя пенет- рантность 25%. Заболевание встречается с частотой 6:10000. Определите число гомозиготных особей по рецессивному гену. Задача 9.7 Подагра встречается у 2% людей и обусловлена аутосомным доми- нантным геном. У женщин ген подагры не проявляется, у мужчин пе- нетрантность его равна 20%. Определите генетическую структуру попу- ляции по анализируемому признаку, исходя из этих данных. Задача 9.8 Фенилкетонурия определяется аутосомным рецессивнным геном. Подсчитайте число гетерозигот в одном городе, если количество болез- ней на 25 000 жителей составило 6 случаев. Задача 9.9 Арахнодактилия наследуется как аутосомный доминантный признак с пенетрантностью 30%. Исследование населения одного города (число жителей – 1 500 000 человек) показали, что это заболевание встречается в количестве 15 на 10000 исследуемых. Какова частота встречаемости аллелей гена арахнодактилии в данной популяции? Сколько в указанном городе гетерозиготных носителей данной болезни? Задача 9.10 Фенилкетонурия определяется рецессивным аутосомным геном. Какова генетическая структура одной популяции людей, если данная болезнь встречается в ней в числе 16 на 10 000 жителей? Задача 9.11 Алькаптонурия наследуется как аутосомный рецессивный признак. Заболевание встречается с частотой 1:100 000. Вычислите количество гетерозигот в популяции. Задача 9.12 Одна из форм фруктозурии проявляется субклинически. Дефекты обмена снижаются при исключении фруктозы из пищи. Заболевание 148 наследуется аутосомно-рецессивно и встречается с частотой 7:1 000 000. Определите число гетерозигот в популяции. Задача 9.13 Врожденный вывих бедра определяется аутосомным доминантным геном с пенетрантностью 25%. Всего в одном городе обнаружено 25 случаев этой болезни на 10 000 жителей. Сколько среди них гетерозигот? Задача 9.14 В одном городе обнаружено 9% населения, имеющих I группу крови. Каков процент встречаемости в этом городе IV группы крови, если предположить, что частоты доминантных аллелей данного гена встречаются здесь примерно поровну? Задача 9.15 Частота рецессивного гена нечувствительности к фенилтиокар- бамиду среди различных групп населения Земли: Древнеевропейская 0,5 Кавказская 0,65 Негроидная 0,45 Вычислите частоту встречаемости лиц, чувствительных к фенилтиокарбамиду среди популяций каждой из этих групп. Задача 9.16 Пентозурия эссенциальная наследуется как аутосомно-рецессивный признак и встречается с частотой 1:50 000. Определите частоту доминантного и рецессивного аллеля в популяции. Задача 9.17 В одном из американских городов в части, представляющей изолят из итальянских переселенцев, в период с 1928 по 1942 г. Среди 26000 новорожденных 11 оказалось с тяжелой формой талассемии – генотип ТТ. Определите число гетерозигот среди изученной популяции. 149 Задача 9.18 Наследственная метгемоглобинемия обусловлена аутосомным рецессивным геном и встречается среди эскимосов Аляски с частотой 0,09%. Определите генетическую структуру анализируемой популяции по метгемоглобинемии. Задача 9.19 В районе с населением в 500 000 человек зарегистрировано четверо больных алькаптонурией (наследование аутосомно-рецессивное). Определите количество гетерозигот по анализируемому признаку в данной популяции. Задача 9.20 Известны следующие данные по распределению заболеваний среди населения Европы (на 1000 новорожденных): а) аутосомно-доминантное наследование: нейрофиброматоз – 0,4, гиперхолестеринемия – 2,0, ахондроплазия – 0,2; б) аутосомно-рецессивное наследование: амавротическая семейная идиотия Тея-Сакса – 0,04, цистинурия – 0,06, цистиноз (синдром Фанкони) – 0,01. Определите частоты генов в изученной популяции по всем шести заболеваниям. Задача 9.21 Выделение β-аминоизомасляной кислоты с мочой обусловлено аутосомным рецессивным геном. «Экскреторы» встречаются среди белого населения США в 10% случаев; негров США – 30%; китайцев и японцев – 40% случаев. Определите генетическую структуру указанных популяций. Задача 9.22 Аниридия наследуется как доминантный аутосомный признак и встречается с частотой 1:10 000. Определите генетическую структуру популяции. 150 Задача 9.23 Ретинобластома и арахнодактилия наследуются по аутосомно- доминантному типу. Пенетрантность ретинобластомы 60%, арахнодактилии – 30%. В Европе больные ретинобластомой встречаются с частотой 0,03, а арахнодактилией 0,04 на 1000. Определите частоту генов обоих заболеваний среди европейцев. Задача 9.24 Частоты генов групп крови по системе АВ0 среди европейского населения представлена ниже: Частоты генов Население J A J B J 0 Русские Буряты Англичане 0,249 0,165 0,251 0,189 0,277 0,05 0,562 0,558 0,699 Определите процентное соотношение людей с I, II, III, IV группами крови среди русских, бурятов и англичан. Задача 9.25 Имеются данные по частотам групп крови в популяции: I – 0,33, II – 0,36, III – 0,23, IV – 0,08. Вычислите частоты генов, определяющих группы крови в системе АВ0 в данной популяции. Задача 9.26 Алькаптонурия наследуется как рецессивный аутосомный признак. В одном крупном городе было выявлено 99 больных этим заболеванием на 1 миллион жителей. Установите генетическую структуру данной популяции по указанному признаку. Задача 9.27 В районе с населением 280 000 человек при полной регистрации случаев болезни Шпильмейера-Фогга (юношеская форма амавротической семейной идиотии) обнаружено 7 больных. Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу (генотип SS). Определите частоту генотипа, вычислив число больных на 1 миллион населения. 151 Задача 9.28 Из 84 000 детей, родившихся в течение 10 лет в родильных домах города К., у 210 детей обнаружен патологический рецессивный признак d (генотип dd). 1) Определите частоту генотипа. 2) Определите, на какое число новорожденных приходится еще один ребенок с генотипом dd. Задача 9.29 В популяции Европы частота альбинизма (генотип аа) составляет 7×10 -5 . На какое число особей в популяции приходится один альбинос? Задача 9.30 Из 84 000 детей, родившихся в течение 10 лет в городе К., у 240 детей обнаружен патологический рецессивный признак а. 1) Определите частоты аллелей а (q) и А (p) в популяции города К. 2) Определите частоту гетерозиготных носителей патологического признака в той же популяции. 3) Определите генетическую структуру популяции, вычислите частоты доминантных гомозигот (АА), гетерозигот (Аа) и рецессивных гомозигот (аа). Задача 9.31 Галактоземия (болезнь, связанная с отсутствием фермента, расщепляющего молочный сахар) встречается с частотой 7:1 000 000 и наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Определите число гетерозигот в популяции. Задача 9.32 Определите вероятность рождения ребенка с серповидно-клеточной анемией в популяциях А и Б, в которых концентрация данного гена у нынешнего поколения составляет 10%. Популяция А проживает в малярийном районе, где половина гомозигот по нормальному гену погибает от малярии до вступления в брак, а популяция Б проживает в стране, где малярия ликвидирована. Численность каждой популяции составляет 10 000 человек. 152 Задача 9.33 Среди белого населения Северной Америки доля резус- отрицательных индивидуумов составляет 15% (рецессивный признак). Предположив, что выбор супругов не определяется антигенами их крови, вычислите вероятность того, что резус-отрицательная девушка станет женой мужчины: а) rh rh? б) Rh rh? в) Rh Rh? Задача 9.34 Структура популяций по системе групп крови MN выглядит следующим образом (в %): Частоты генов (%) Население MM MN NN Россия и страны СНГ Европа Папуа-Новая Гвинея 36 30 1,1 48 50 15,9 16 20 83 Определите частоты аллелей M и N в указанных популяциях. Задача 9.35 Альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный признак. Заболевание встречается с частотой 1 на 100 000. Вычислите количество гетерозиготных особей в популяции. Задача 9.36 По системе групп крови MN выделяются три группы крови: MM, MN и NN, определяемые соответственно генотипами L M L M , L M L N , L N L N Частоты аллеля L M (%) среди различных групп населения: Определите генетическую структуру указанных популяций. Белое население США 54 Негры США 53,2 Индейцы США. 77,6 Эскимосы восточной Гренландии 91,3 Айны 43 Австралийские аборигены 17,8 153 Задача 9.37 Из 27312 детей, родившихся в городе, у 32 детей обнаружен патологический рецессивный признак. Определите частоты аллелей в популяции и установите, на какое число новорожденных приходится один носитель заболевания. Задача 9.38 При определении групп крови в городе обнаружено, что среди 4200 человек 1218 имеет группу крови М, 882 человека – группу N и 2100 – группу MN. Определите частоты аллелей в популяции. Задача 9.39 При определении групп крови M-N в трех популяциях были получены следующие результаты: Частоты генов (%) Население M MN N Белое население США Эскимосы восточной Гренландии Коренное население Австралии 29,16 83,48 3,0 49,58 15,64 29,6 21,26 0,88 67,4 Определите частоты аллелей М и N в каждой из трех популяций Задача 9.40 В популяции встречаемость заболевания, связанного с гомозиготностью по рецессивному гену, составляет 1 на 400 человек. Определите долю носителей заболевания и частоты разных генотипов в этой популяции. Задача 9.41 Одна из форм наследственной глухонемоты наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Анализ уровня заболеваемости данной болезни в одном крупном городе показал, что на каждый 1 000 000 его жителей приходится примерно 16 случаев болезни. Сколько в этом городе носителей рецессивного аллеля данного гена, если в городе около 3 миллионов жителей? 154 Задача 9.42 Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. В одном городе на 1 000 жителей приходится 2 случая болезни. Каково процентное соотношение гетерозигот в этой популяции? Задача 9.43 В популяции 16% людей имеют группу крови N. Определите долю лиц с группами крови М и MN в этой популяции при условии панмиксии. Задача 9.44 В популяциях Европы частота болезни Тэй-Сакса (детская форма амавротической идиотии), наследуемой по рецессивному типу, составляет 4×10 -3 . На какое число особей в популяции приходится один носитель? Задача 9.45 Из 27312 детей, родившихся в городе, у 32 детей обнаружен патологический рецессивный признак. Определите частоты аллелей в популяции и установите, на какое число новорожденных приходится один носитель заболевания. 155 Приложение 1 ТАБЛИЦА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА 156 Приложение 2 НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ И АНОМАЛИИ Агаммаглобулинемия – отсутствие или резкое снижение содержания белковой фракции гамма-глобулинов в плазме крови. Имеет несколько форм. При одной из них – болезни Брутона – резко понижается устойчи- вость к бактериальным инфекционным заболеваниям (пневмонии, отитам, сепсису). Дефицит гамма-глобулинов наследуется как рецессивный, ауто- сомный или рецессивный, сцепленный с полом, признак. Акаталазия (акаталаземия) обусловлена отсутствием каталазы в крови и тканях. У половины носителей генов в юношеском возрасте развиваются язвы на деснах, у других акаталаземия проходит бессимптомно. Наследова- ние болезни трактуется как аутосомно-рецессивное. Альбинизм общий обусловлен инактивацией тирозиназы, вследствие чего меланоциты не способны образовывать меланин. В этих случаях кожа имеет молочно-белый цвет, волосы очень светлые, вследствие отсутствия пигмента в сетчатке просвечивают кровеносные сосуды, глаза имеют крас- новато-розовый цвет, повышенная чувствительность к свету. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Иногда альбинизм является составной частью сложных синдромов, например галактоземии. Альбинизм глазной (альбинизм глазного дна) включает ряд морфоло- гических изменений глаза и нарушений его функции: снижения зрения, рас- стройства цветного зрения и др. При этом пигментация радужной оболочки, а также кожи и волос не изменена. Наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. |