← Kõik materjalid
Bioloogia · gümnaasium

Mutatsioonid ja alleelide mitmekesisus

Mutatsioon tekib ühes rakus ühes DNA molekulis, aga selle saatus otsustatakse alles populatsioonis. Esimeses osas tekita geenijärjestusse juhuslikke mutatsioone ja vaata, mis juhtub valguga. Teises osas lase samadel mutatsioonidel tekkida tervel populatsioonil ja jälgi põlvkondade jooksul, kuidas populatsiooni suurus, mutatsioonisagedus ja valikusurve alleelide mitmekesisust muudavad.

1. osaÜks mutatsioon, üks geen

Allpool on lühike geen: 11 koodonit, algus ATG ja lõpp stoppkoodoniga. Vajuta nuppu ja lase juhuslikul mutatsioonil tekkida — arvuti valib koha ise, nagu looduseski. Jälgi, kas valk muutub ja kui palju.

DNA kodeeriv ahel mRNA aminohape

Vajuta mõnda nuppu ülal. Praegu on geen muutumata — valk on selline, nagu ta algselt olema peab.

2. osaSama mutatsioon terves populatsioonis

Nüüd on isendeid palju ja igaühel on sedasama geeni kaks koopiat (alleeli). Alguses on kõigil üks ja sama alleel. Igas põlvkonnas tekib mõnes sugurakus uus mutatsioon — täpselt sama loogika järgi nagu 1. osas — ja järgmine põlvkond moodustub juhuslikust ristumisest. Vaata, mis alleelidest edasi saab.

mitu isendit igas põlvkonnas sigib

tõenäosus, et üks sugurakku antud alleel on mutatsiooniga (‰)

0 % = kõik alleelid on võrdsed (ainult juhus). 100 % = katkine valk jätab isendi peaaegu kindlasti järglasteta.

Alleelide arv

mitu erinevat alleeli populatsioonis korraga on

Heterosügootsus H

mitmekesisuse mõõt: 0 = kõik ühesugused, lähenemine 1-le = väga kirju

Alleelide sagedused

iga värviriba on üks alleel; riba laius näitab, kui suur osa populatsioonist seda kannab

algne alleel valk sama (vaikiv) aminohape vahetunud kasulik muutus valk katkeb muud (alla 2 %)

Praegused alleelid

AlleelValgu seisundSagedusMõju kohasusele

Mida tähele panna

Enamik mutatsioone ei tee midagi

Geneetiline kood on ülearune: paljudel aminohapetel on mitu koodonit. Seetõttu jääb suur osa punktmutatsioone vaikivaks — DNA muutub, valk ei muutu. Selline alleel on valiku jaoks nähtamatu ja tema saatuse otsustab ainult juhus.

Väikeses populatsioonis valitseb juhus

Mida vähem isendeid, seda kiiremini alleelid juhuslikult kaovad — see on geneetiline triiv. Proovi sama mutatsioonisagedust N = 20 ja N = 400 juures: väikeses populatsioonis jääb mitmekesisus madalaks isegi siis, kui mutatsioone tekib palju.

Mitmekesisus on tasakaal

Mutatsioon lisab uusi alleele, triiv ja valik eemaldavad neid. Alleelide arv jääb lõpuks kõikuma mingi taseme ümber — selle taseme määravad koos populatsiooni suurus ja mutatsioonisagedus, mitte kumbki üksi.

Valik ei tööta pimeduses

Valikusurve saab mõjuda ainult sellele, mis fenotüübis välja paistab. Vaikiv mutatsioon jääb valikust puutumata; nonsens-mutatsioon lõikab valgu pooleli ja kaob kiiresti. Harv kasulik mutatsioon aga võib tugeva valiku korral mõne kümne põlvkonnaga terve populatsiooni vallutada.

Uurimisülesanded

  1. Tee 1. osas kümme punktmutatsiooni järjest (vahepeal lähtestamata). Loenda, mitu neist olid vaikivad, mitu vahetasid aminohapet ja mitu lõpetasid valgu enneaegselt. Kas tulemus on iga kord sama? Miks?
  2. Võrdle insertsiooni ja punktmutatsiooni tagajärgi. Kumb rikub valgu rohkem ära ja miks? Selgita lugemisraami mõistet.
  3. Hoia mutatsioonisagedus muutumatuna ja lase 100 põlvkonda läbi kõigepealt N = 20, siis N = 400 juures. Kirjuta üles alleelide arv ja heterosügootsus H mõlemal juhul. Kumba tegurit — mutatsiooni või populatsiooni suurust — näitab tulemus tähtsamana?
  4. Pane valikusurve 0 % peale ja lase 50 põlvkonda. Seejärel alusta uuesti ja tee sama 90 % valikusurve juures. Millist tüüpi alleelid kaovad valiku korral kiiremini? Mis juhtub vaikivate alleelidega?
  5. Vali stsenaarium „Pudelikael": suur populatsioon kahaneb järsult. Mis juhtub mitmekesisusega ja kui kiiresti see taastub, kui populatsioon uuesti suureks lasta? Seosta vastus ohustatud liikide kaitsega.