Giáo trình Di truyền học quần thể - Chương 12: Di truyền học quần thể

+ 2qr 0,08560 
O IOIO r2 0,46684 
AB IAIB 2pq 0,03040 
Tổng 1 1,0 
 Bây giờ ta hãy xét một mẩu nghiên cứu trên 190.177 phi công vương 
quốc Anh (UK) gồm 79.334 A, 16.279 B, 88.782 O, và 5.782 AB ( Race 
và Sanger, 1954; dẫn theo Falconer 1989). Tương quan giữa các nhóm 
máu, kiểu gene và các tần số của chúng được trình bày ở bảng 12.5. 
 Áp dụng hai phương pháp trên ta tính được các tần số allele như sau: 
Tần số 
Allele 
Phương pháp 1 Phương pháp 2 
IA 0,2569 0,2567 
 IB 0,0600 0,0598 
 IO 0,6833 0,6833 
 Tổng 1,0002 0,9998 
 308 
2. Tần số allele sai biệt giữa hai giới tính 
 Trên thực tế, các tần số allele nhiễm sắc thể thường ở hai giới tính có 
thể khác nhau. Chẳng hạn, trong chăn nuôi gia súc - gia cầm tuỳ theo mục 
tiêu kinh tế là lấy sữa, thịt hoặc trứngmà tương quan số lượng cá thể 
đực-cái sẽ khác nhau. Khi đó việc áp dụng nguyên lý H-W sẽ như thế nào? 
Để xét quần thể này, ta sử dụng ký hiệu và giả thiết sau : 
Tần số 
Allele 
 Giới đực Giới cái 
A1 p’ p” 
A2 q’ q” 
Tổng 1 1 
 Bằng cách lập bảng tổ hợp của các giao tử, ta xác định được cấu trúc 
di truyền của quần thể sau một thế hệ ngẫu phối: 
(p’A1 : q’A2)(p’’A1 : q’’A2) = p’p’’A1A1 : (p’q’’+ p’’q’) A1A2 : q’q’’A2A2
 Rõ ràng là nó không thỏa mãn công thức H-W. Bây giờ đến lượt tần số 
các allele của quần thể này là như sau: 
f(A1) = p’p’’+ ½ (p’q’’+ p’’q’) 
 Thay giá trị q’’= 1 – p’’, ta có: 
 f(A1) = ½ (p’ + p”) 
 Tương tự: f(A2) = ½ (q’ +q”) 
 Đặt f(A1) = p và f(A2) = q , khi đó cấu trúc di truyền quần thể ở thế hệ 
tiếp theo sẽ thoả mãn công thức H-W: p2 A1A1 : 2pqA1A2 : q2A2A2. 
 Điều đó chứng tỏ rằng, nếu như các tần số allele (autosome) khởi đầu 
là khác nhau ở hai giới, thì chúng sẽ được san bằng chỉ sau một thế hệ 
ngẫu phối và quần thể đạt trạng thái cân bằng sau hai thế hệ. 
 Ví dụ: Một quần thể khởi đầu có tần số các allele A và a ở hai giới như 
sau: p’ = 0,8; q’= 0,2; p” = 0,4; và q” = 0,6. Nếu như ngẫu phối xảy ra, thì 
ở thế hệ thứ nhất có tần số các kiểu gene là: 0,32AA : 0,56Aa : 0,12aa. 
 Và tần số cân bằng của mỗi allele lúc đó như sau: 
 p = ½ (0,8 + 0.4) = 0,32 + ½ (0,56) = 0,6 
 q = ½ (0,2 + 0,6) = 0,12 + ½ (0,56) = 0,4 
 Ở thế hệ thứ hai, quần thể đạt cân bằng với các tần số H-W là: 
0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa 
 309 
3. Các gene liên kết trên X 
 Trong trường hợp các gene liên kết với giới tính, tình hình trở nên 
phức tạp hơn rất nhiều. Ở giới đồng giao tử, mối quan hệ giữa tần số allele 
và tần số kiểu gene tương tự như một gene autosome, nhưng ở giới dị giao 
tử chỉ có hai kiểu gene và mỗi cá thể chỉ mang một allele. Để cho tiện, ta 
coi giới dị giao tử là giới đực. Bây giờ ta xét hai allele A1 và A2 với tần số 
tương ứng là p và q, và đặt các tần số kiểu gene như sau:
 Kiểu gene: A1A1 A1A2 A2A2 A1 A2
 Tần số : P H Q R S 
 Theo nguyên tắc, ta xác định được tần số của một allele (ví dụ A1): 
 - ở giới cái (pc): pc = P + ½H 
 - ở giới đực (pđ): pđ = R 
 - chung cả quần thể ( p ): p = ⅔ pc + ⅓ pđ
 Lưu ý: Mỗi con cái có hai nhiễm sắc thể X và mỗi con đực chỉ có một 
X; vì tỉ lệ đực : cái trên nguyên tắc là 1:1, cho nên 2/3 các gene liên kết 
giới tính trong quần thể là thuộc về giới cái và 1/3 thuộc về giới đực. Vì 
vậy, tần số của các allele A1 trong cả quần thể là: p = ⅔ pc + ⅓ pđ. 
 Rõ ràng là các tần số allele ở hai phần đực và cái là khác nhau, do đó 
quần thể không ở trạng thái cân bằng. Trong khi tần số allele trong cả 
quần thể không thay đổi qua các thế hệ, nhưng sự phân phối các allele 
giữa hai giới có sự dao động khi quần thể tiến dần đến sự cân bằng. Điều 
này được chứng minh như sau. Theo quy luật liên kết gene trên X, các con 
đực nhận các gene liên kết giới tính chỉ từ các cơ thể mẹ, vì vậy pđ ở thế 
hệ con bằng với pc ở thế hệ trước; các con cái nhận các gene liên kết giới 
tính đồng đều từ cả hai bố mẹ, vì vậy pc ở thế hệ con bằng trung bình cộng 
của pđ và pc ở thế hệ trước. Nếu dùng dấu phẩy trên đầu để chỉ tần số 
allele thế hệ con, ta có: p’đ = pc
p’c = ½(pc + pđ) 
 Từ đây xác định được mức chênh lệch hay là hiệu số giữa các tần số 
allele của hai giới: p’c – p’đ = ½(pđ + pc) − pc = – ½(pc − pđ) 
 Nghĩa là, hiệu số của các tần số allele giữa hai giới ở thế hệ con bằng 
một nửa hiệu số của các tần số allele giữa hai giới ở thế hệ bố mẹ của nó, 
nhưng ngược dấu. Như vậy, sự phân bố các allele giữa hai giới có sự giao 
động theo quy luật sau: Cứ sau một thế hệ, mức chênh lệch đó giảm đi một 
nửa và như thế quần thể tiến dần đến trạng thái cân bằng cho đến khi các 
tần số gene ở hai giới là cân bằng nhau, nghĩa là pc = pđ = p . 
 310 
 Ví dụ: Theo kết quả một mẫu nghiên cứu trên mèo ở Luân Đôn (Searle, 
1949; trong Falconer 1989) cho thấy trong số 338 mèo cái có 277 con lông 
đen (BB), 54 con thể khảm (BO) và 7 con lông da cam (OO), và trong số 
353 mèo đực có 311 đen (B) và 42 da cam (O). Tính trạng này tuân theo 
quy luật di truyền kiên kết với giới tính như đã đề cập trước đây. 
 Để kiểm tra xem quần thể có ở trạng thái cân bằng hay không, trước 
tiên ta hãy xem liệu có bằng chứng nào về sự giao phối ngẫu nhiên? Phép 
thử đầu tiên là xem tần số allele ở hai giới có giống nhau không. Tính toán 
cụ thể cho thấy các tần số gene ở hai giới khác nhau không đáng kể. 
 - Ở giới cái: f(B) = pc = (2×277 ) + 54/( 2×338 ) = 0,8994 
 f(O) = qc = (2×7 ) + 54/( 2×338 ) = 0,1006 
 - Ở giới đực: pđ = 311/353 = 0,881 
 Từ tần số các allele ở giới cái, ta tính được số cá thể kỳ vọng của mỗi 
kiểu gene ở giới này như sau: 
 Kiểu gene Tổng 
Số cá thể 
 BB BO OO 
Quan sát 277 54 7 338 
Kỳ vọng 273,2 61,2 3,4 338 
 χ2(1) = 4,6 P = 0,04 
 Kết quả cho thấy các số liệu quan sát không phù hợp lắm với số kỳ 
vọng mà chủ yếu là các số liệu thấp (kiểu BO và OO). Nếu vậy thì sự 
không nhất quán đó có thể là do giao phối ngẫu nhiên, nhưng cũng có thể 
do thị hiếu của con người thiên về các màu sắc đã làm sai lệch mẫu, không 
đại diện được cho quần thể. Qua sự phân tích này cùng với sự sai khác 
chút ít về tần số gene giữa hai giới đã nói ở trên, chúng ta chẳng có lý do 
gì để nghĩ rằng quần thể này không ở trạng thái cân bằng. 
IV. Nội phối (inbreeding) 
 Bên cạnh các quần thể giao phối ngẫu nhiên đã xét, còn có các ngoại lệ 
đối với giả định này ở một số loài, chẳng hạn như các thực vật hoặc động 
vật không xương sống tự thụ tinh. Nội phối là sự giao phối không ngẫu 
nhiên (nonrandom mating) xảy ra giữa các cá thể có quan hệ họ hàng gần; 
nó có tầm quan trọng đặc biệt ở người, bởi vì nhiều ngừơi mang các bệnh 
di truyền lặn sinh ra từ sự kết hôn họ hàng. Hơn nữa, nội phối được sử 
dụng trong chọn giống thực vật và cả động vật để tạo ra các dòng mang 
những đặc tính mong muốn nào đó. 
 Sự giao phối không ngẫu nhiên đối với các kiểu gene xảy ra trong các 
 311 
quần thể, trong đó các cá thể giao phối hoặc là có quan hệ họ hàng gần 
hơn hoặc là ít gần hơn so với kỳ vọng giao phối ngẫu nhiên từ quần thể. 
Kết quả của hai kiểu giao phối này được gọi tương ứng là nội phối 
(inbreeding) và ngoại phối (outbreeding). Mặc dù cả hai kiểu giao phối 
này tự nó không làm thay đổi tần số allele, nhưng đều làm thay đổi tần số 
các kiểu gene (ở mọi locus trong bộ gene). 
 * Trong một quần thể nội phối, tần số của các thể đồng hợp tăng lên và 
tần số của các thể dị hợp giảm xuống so với các tỉ lệ giao phối ngẫu nhiên. 
 * Trong một quần thể ngoại phối, tình hình xảy ra ngựơc lại, với tần số 
các thể dị hợp tăng và tần số các thể đồng hợp giảm so với các tỷ lệ giao 
phối ngẫu nhiên . 
1. Tự thụ tinh (self-fertilization) 
 Kiểu cực đoan nhất của nội phối là sự tự thụ tinh, trong đó hạt phấn và 
noãn (hay tinh trùng và trứng) được sinh ra trên cùng một cá thể. Hình 
thức sinh sản này phổ biến ở một số nhóm thực vật. Trong trường hợp tự 
thụ tinh hoàn toàn, một quần thể được phân thành nhiều dòng nội phối 
mau chóng trở nên đồng hợp cao độ. Đó là trường hợp các dòng đậu thuần 
chủng được sử dụng bởi Mendel. 
Bảng 12.6 Sự biến đổi tần số kiểu gene trong một quần thể khởi đầu với chỉ 
những thể dị hợp tự thụ tinh hoàn toàn qua nhiều thế hệ 
 Tần số kiểu gene Tần số allele Hệ số nội phối 
Thế hệ AA Aa aa a (F)_______ 
 0 0 1 0 0,5 0 
 1 1/4 1/2 1/4 0,5 1/2 
 2 3/8 1/4 3/8 0,5 3/4 
 ... 
 n 
2
2/11 n−
 1/2n 
2
2/11 n−
 0,5 1−1/2n
 1/2 0 1/2 0,5 1∞
 Để minh họa cho điều này, ta giả sử ở thế hệ bố mẹ có ba kiểu gene 
AA, Aa và aa với tần số tương ứng là P, H và Q. Khi sự tự thụ phấn là 
hoàn toàn, các kiểu gene AA và aa sinh ra đời con tương ứng toàn là AA 
và aa; còn kiểu gene Aa theo quy luật phân ly Mendel sẽ cho đời con gồm 
một nửa là Aa và nửa kia phân đồng đều cho hai kiểu đồng hợp, AA và aa. 
Khi đó tần số của các kiểu gene AA, Aa và aa ở thế hệ con tương ứng là: 
(P + ¼H), (½H) và (Q + ¼H). Như vậy, sau một thế hệ tự thụ tinh hoàn 
 312 
toàn, tần số thể dị hợp giảm đi một nửa so với bố mẹ, trong khi tần số của 
hai kiểu đồng hợp tăng lên. 
 Để hiểu rõ sự nội phối làm thay đổi các tỷ lệ kiểu gene ra sao, ta hãy 
xét quần thể ban đầu gồm chỉ những thể dị hợp Aa khi tự thụ tinh hoàn 
toàn qua nhiều thế hệ (bảng 12.6). Vì cứ sau mỗi thế hệ mức dị hợp tử lại 
giảm đi một nửa so với thế hệ trước nó, nên ở thế hệ thứ n mức dị hợp 
bằng (½)n của trị số ban đầu: Hn = (½n)H0, trong đó H0 và Hn là tỷ lệ thể dị 
hợp ở thế hệ ban đầu và thế hệ thứ n. Và tỷ lệ mỗi kiểu đồng hợp là (1-
½n)/2. Khi n tiến đến vô hạn thì thành phần dị hợp bị triệt tiêu và chỉ còn 
lại hai thành phần đồng hợp với tần số là ½ . Lúc này, tần số mỗi kiểu 
gene bằng tần số allele. 
 Một điểm quan trọng của nội phối là ở chỗ, mặc dù các tần số kiểu 
gene có thể bị thay đổi nhiều, nhưng các tần số allele vẫn được giữ nguyên 
không đổi qua các thế hệ. Bạn có thể tự chứng minh điều này? 
2. Hệ số nội phối (inbreeding coefficient ) 
 Để mô tả hiệu quả của nội phối lên các tần số kiểu gene nói chung, ta 
sử dụng phép đo gọi là hệ số nội phối (F). Trị số này được định nghĩa là 
xác xuất mà hai allele tại một locus tr