POPULASYON GENET Prof Dr Nurten Kara Tbbi Biyoloji

POPULASYON GENETİĞİ Prof. Dr. Nurten Kara Tıbbi Biyoloji AD.

HEDEFLER n n n Gen, allel, heterozigot ve homozigot terimlerini tanımlayabilmeli Populasyon ve gen havuzunu tanımlayabilmeli Populasyonda varyasyona neden olan faktörleri listeleyip açıklayabilmeli Doğal seçilimin nedenlerini ve sonuçlarını açıklayabilmeli Mutasyon, göç, genetik sürüklenme ve rastgele olmayan evliliklerin gen havuzuna etkilerini tanımlayabilmeli Genotip ve allel sıklığını hesaplayabilmeli

GENETİK Genetik, ana babalarla oğul döller arasında benzerlik ve farklılıkları bir veya daha fazla nesiller boyunca inceleyen bir bilim dalıdır. Benzerlikler ve farklılıklar, kalıtım ve çevrenin karşılıklı kompleks etkisiyle gerçekleşir.

Genetik materyalin özellikleri Replikasyon n Bilginin aktarılması n Bilginin expresyonu (ürün oluşumu) n Mutasyon, varyasyon n

Bazı Genetik Kavramlar n n Gen: bir kuşaktan diğerine aktarılan kalıtsal birimdir. Allel: belli bir lokusta yer alan genin alternatif kopyalarından biridir. Örn; (A) veya (a) alleli Homozigot: Homolog kromozomlar üzerinde belli bir lokusta aynı alleleri taşıyan kişi veya genotiptir. Örn; AA, aa homozigot genotipler Heterozigot: Homolog kromozomlar üzerinde belli bir lokusta iki farklı allel taşıyan kişi veya genotiptir. Örn; Aa, Ss heretozigot genotipler

Populasyon; kendi içinde gen alış verişinin gerçekleştiği aynı türe ait bireylerin oluşturduğu topluluktur. n Gen havuzu; Aynı türe ait bir populasyon içindeki bireylerin taşıdığı genetik bilginin tümüdür. Gen havuzu, belli bir lokusta yer alan genin, populasyonda bulunan bütün alellerini içermektedir. n

Populasyon genetiği: genlerin populasyondaki dağılımı, gen ve genotip frekanslarının nasıl korunduğu ve değiştiğini konu alan çalışmalardır. . n Gen sıklığı: Belli bir populasyonda, bir genin alellerinden birinin yüzdesidir. n

Mutasyon, genetik yapıda meydana gelen ve fenotipe etki edebilen bir değişimdir. n Varyasyon, bir populasyonda farklı alellerin fenotipik görünümüdür. n Genetik çeşitlilik populasyondaki organizmalar arasındaki kalıtsal varyasyonlardır. n

Mutasyonun nedenleri n Kendiliğinden a. Nokta mutasyonları b. Mayoz sırasında meydana gelen eşit olmayan krossing-over c. Replikasyon sırasında polimerazın kayması d. Kromozom mutasyonları n n Radyasyon Kimyasal/kirlilik

Populasyonda varyasyona neden olan faktörler n n Mayozda kromozomlar arasındaki parça değişimi (krossing-over) Kromozomların bağımsız dağılımı Farklı genler içeren gametlerin fertilizasyon ile bir araya gelmesi (rekombinasyon) Tek nükleotid polimorfizmleri (SNP)

Hardy-Weinberg Kuralı n 1908 yılında birbirlerinden bağımsız İngiliz matematikçi Hardy ile Alman doktor Weinberg, gen (allel) sıklıklarını hesaplamak için bir formül gerçekleştirdiler. Hardy- Weinberg eşitliği: p 2 +2 pq+ q 2 = 1

Hardy-Weinberg Kuralının simgelerle gösterilmesi n n Populasyondaki bir dominant ‘‘A’’ alelinin sıklığı: p Populasyondaki bir resesif ‘‘a’’ alelinin sıklığı: q (A) ve (a) alelleri birlikte bir özelliği oluşturduklarından; p+q=1’dir. Heterozigot (Aa) evliliklerinden; AA, Aa, aa genotipleri oluşacağından, bu genotiplerin toplumdaki sıklığı şöyle olur:

Gametler ♀p(A) ♀q(a) ♂ p(A) p 2 AA pq Aa ♂ q(a) pq Aa q 2 aa p 2 AA: 2 pq Aa : q 2 aa Hardy- Weinberg eşitliği: p 2 +2 pq+ q 2 = 1

Toplumdaki gen sıklılarının hesaplanmasına ilişkin şu kurallar vardır: Toplumdaki herhangi bir otozomal resesif allel tarafından oluşturulan hastalığın sıklığı, o resesif allelin (q) toplumdaki sıklığının karesine eşittir. n Heterozigotların sıklığı, dominant bir allel (p) sıklığının resesif bir allel (q) sıklığı ile çarpımının iki katına eşittir (2 pq). n

Hardy- Weinberg dengesi için şu koşullar gereklidir Populasyon, örnekleme hatalarının önemsenmeyeceği kadar sınırsız büyüklüktedir. n Populasyonda evlenmeler rastgeledir. n Herhangi bir genotipin diğerine üstünlüğü yoktur. n Gen sıklığını değiştiren etmenler; mutasyon, göç ve genetik sürüklenme yoktur n

Gen frekansını değiştiren faktörler n n n Mutasyon Doğal seleksiyon Göç Genetik kayma/sürüklenme (Genetic drift) Populasyonlar arasında gen akımı (gene flow) Rastgele olmayan evlilikler ve akraba evliliği; populasyonun genotip frekansını değiştirir fakat allel frekansını değiştirmez.

Doğal seleksiyon çeşitleri n n n Denge kurucu seleksiyon: Populasyonda ortalama değere yakın olanların ekstrem değerlere göre daha çok yaşama şansının olmasıdır (heterozigot avantajı). Yönlendirici seleksiyon: Populasyonda mevcut varyasyonların uç değerlerden birisinin daha iyi yaşama şansına sahip olmasıdır (dominant mutant allelin seçilimi; Örn; Biston betularia, antibiyotiklere dirençli olma) Bölücü seleksiyon: Bir populasyonda ekstrem değerlere sahip fenotiplerin seçilmesidir. Örn; Kuş ve memelilerdeki seksüel/eşeysel dimorfizm.

Heterozigot avantajı Bazı populasyonlarda, otozomal resesif bir hastalık geni için heterozigot taşıyıcı olanları diğer genotiplere göre daha avantajlıdır. n Orak hücre anemisi taşıyıcıları malaryaya, n Tay-Sachs alleli taşıyıcıları tüberküloza, n Cystic fibrosis taşıyıcıları ise koleraya dirençlidirler. n

Yönlendirici seleksiyon: Biston betularia

Seksüel/eşeysel dimorfizm: dişi solda, erkek sağda

Gen akımı (Göç) n n Organizmaların göçüyle oluşur Aynı türden oluşan farklı populasyonlar arasında genetik materyalin taşınmasıdır. Örn; Duffy kan grubu allelinin frekansı Afrika’da %100, Avrupa’da ise sıfırdır. Amerika’nın çeşitli bölgelerinde Afrika’dan göçler nedeniyle Duffy oranı %5 bulunmuştur.

Kurucu etkisi (Founder effect) n Founder effect örneği: İsveçli 30 kişiden oluşan Amish kökenli bir grup 1744’de Amerika- Pensilvanya ya göç eder, izole yaşarlar ve akraba evlilikleri yaparlar. Bu grupta, resesif olan bir gen homozigot duruma geçerek kurucusundan dolayı Ellis-van Crevald sendromu adını alan; kısa kol ve bacaklar, el ve ayakta ekstra 6. parmak ile karakterize bir hastalık yaygın hale gelmiştir. Amerika populasyonunda çok nadir olan bu hastalık Amish’lerde 1/200 sıklıkta homozigot resesif olarak gözlenmektedir.

Genetik kayma n Coğrafik olarak izole edilmiş küçük bir populasyonun allellerindeki küçük değişimler, populasyonda büyük değişimlere yol açabilir

Genotip Frekansları n n Bir populasyonun genetik kompozisyonunun çalışılmasında öncelikle gurubun gen havuzunun kantitatif olarak tanımlanması gerekir. Bu işlem populasyon içindeki genotip ve allel frekanslarının hesaplanması ile gerçekleştirilir. Belli bir lokustaki genotip frekanslarının hesaplanmasında belli genotipi taşıyan bireyler sayılır ve populasyondaki toplam fert sayısına oranlanır. Bu işlem her bir genotip için yapılır ve bütün genotiplerin frekanslarının toplamı 1’e eşit olmalıdır.

Allel frekanslarının hesaplanması Belli bir lokustaki allellerin frekansları allel frekansı veya gen frekansı olarak adlandırılır. n Allel frekansları iki şekilde hesaplanabilir. n n n 1. Farklı genotiplerin gözlenen sayılarından 2. Genotip frekanslarından allel frekanslarının hesaplanması

1. Farklı genotiplerin gözlenen sayılarından allel (gen) frekansının hesaplanması Allellerin populasyondaki sayısı Gen frekansı = sayısı Populasyondaki bütün allelerin Allel sayıları n 706 A n 494 A 494 a n 306 a 1200 A 800 a Gen frekansı= 1200/ (1200+800)= 0. 6 (A alleli) n Genotip sayıları 353 AA 494 Aa 153 aa

2. Genotip frekanslarından allel frekanslarının hesaplanması n Genotiplerin frekansları biliniyorsa allel frekansları daha hızlı bir şekilde hesaplanabilir. Örneğin: n Genotipler AA Bireyler 36 Genotip frekansları 0. 36 n n Aa aa Toplam 48 16 100 0. 48 0. 16 1. 00 “A” allelinin frekansı = P 2+1/2(2 pq) 0. 36 + 1/2 x (0. 48) = 0. 60

“a” allelinin frekansı= q 2+1/2(2 pq) 0. 16 +1/2 (0. 48) = 0. 40

Ortaklaşa Dominantlık durumunda gen sıklığının hesaplanması: n n n Ortaklaşa dominantlık durumunda gen sıklığının hesaplanması, genotip fenotipe eşit olduğu için kolaydır. Örnek: 100 kişilik bir populasyonda 36 MM, 48 MN ve 16 NN kan guruplu kişi olduğunda M ve N alellerinin sıklığı ne olur? 36 MM’de 72 M aleli vardır. 48 MN’de 48 M aleli vardır. Toplam M aleli 120 olur. 100 bireyden oluşan bu lokusta 200 alel olduğuna göre; M aleli sıklığı 120/200= 0, 6 veya %60’tır. Benzer hesapla N alelinin sıklığı 0, 4 veya %40’tır.

Otozomal resesif genlerin sıklığı n n n n Hardy-Weinberg, F 1 dölündeki alel sıklıklarının bir sonraki F 2 kuşağında da aynı kalacağını belirtmiştir. Örnek: Kistik fibrozisin Kazak’larda sıklığı 1/2000 olduğuna göre taşıyıcıların sıklığı ne olur? Çözüm: 1/2000 homozigot resesiflerin oranı olup q 2’dir. √q 2 = 1/2000 = 0, 022 = q alelinin sıklığı. p+q=1 p= 1 -q= 1 - 0, 022= 0, 978 Taşıyıcı sıklığı = 2 pq = 2 (0, 978) ( 0, 022)= 0, 043 = % 4, 3 yada 1/23’tür.

Cinsiyet kromozomuna bağlı genlerin sıklığı n n n Erkeklerde, tek X kromozomunun bulunması nedeniyle (hemizigot ), hastalık (fenotip) sıklığı alel sıklığına eşittir. Örnek: Erkeklerde renk körlüğü sıklığının %8 olduğu bir populasyonda taşıyıcı kızların sıklığı ne olur? Çözüm: Hastalık sıklığı, aynı zamanda q alel sıklığıdır. Bu durumda taşıyıcı kızların sıklığı: 2 pq = 2(0, 92 )(0, 08) = 0, 147 olur. Yaklaşık %15 veya 7 kızdan 1’i taşıyıcıdır. Kızlarda beklenen renk körlüğü frekansı ise q 2= 0. 0064 10000 kişinin 64’ü veya 156 kişiden 1’i renk körü olacaktır.

Populasyonun dengesinin test edilmesi Bir populasyonun dengede olup olmadığı Hardy. Weinberg kanunu ile test edilebilir. n Örn: Avustralya’da yaşayan yerlilerin MN kan grubu dağılımı incelenebilir. n Yerlilerin genelinde allel frekansları; p(M)= 0. 178 ve q(N)=0. 822 saptanmıştır. Avustralya’da belli bir bölgede yaşayan populasyondaki genotiplerin dağılımı ise; n

n n n 0. 03 MM+ 0. 296 MN+ 0. 674 NN bulunmuştur. Bu sonuçların HW dengesinde olup olmadığı bulmak için toplumun geneli için gözlenen allel frekanslarından genotip frekansları bulunur. MM(p 2)= (0. 178)2= 0. 032= %3. 2 MN(2 pq)= 2(0. 178 x 0. 822)= 0. 292= %29. 2 NN(q 2)= (0. 822)2=0. 676= % 67. 6 olur. Beklenen genotip frekansları, gözlenen frekanslara çok yakındır. Bu durum populasyonun dengede olduğunu gösterir.

Kaynaklar n n Clug WS et. al. Essential of Genetics, Sixth Edition, Pearson International Education, 2007. Kasap H, Kasap M. , ve ark. Tıbbi Biyoloji ve Genetik, 2010, Nobel Kitabevi. Günalp A, Ayter Ş, Lüleci G, Kart A, Sakızlı M. Tıbbi Biyoloji Ders Kitabı, Meteksan, Ankara, 1994 Yıldırım A, Karadağ Y, Kandemir N, Sakin MA. , Genetik, 2008, Nobel Yayın Dağıtım.