Спадкування кількісних та мультифакторіальних ознак.

Питання для обговорення:

1. Кількісні та якісні ознаки.

2. Характеристика якісних мультифакторіальних ознак.

3. Взаємодії генів при формуванні кількісних ознак.

4. Локуси кількісних ознак.

5. Статистичні підходи до характеристики кількісних ознак.

6. Роль середовища та генотипу в успадкуванні кількісних ознак.

7. Коефіцієнт успадковуваності.

8. Явище гетерозису.

Лабораторна робота 10. Дослідження кількісних ознак у людини.

Кількісними ознаками називають такі фенотипові прояви, які можна описати виключно чисельно (зріст, вага, врожайність, плодючість, тощо). Для кількісних ознак є характерною велика мінливість, що обумовлена, з одного боку, різнонаправленою дією багатьох неалельних генів, а з іншого боку – значним впливом факторів зовнішнього середовища на прояв цих ознак.

Генетичний аналіз кількісних ознак включає в себе два обов’язкових аспекти: визначення параметрів мінливості ознаки і ту долю мінливості, яка обумовлена генетично. Для вивчення закономірностей варіювання кількісних ознак застосовують методи статистичного аналізу, які дозволяють визначити вплив випадкових та невипадкових факторів на прояв ознаки. При використанні статистичних методів необхідно дотримуватись певних вимог, що висуваються до досліджуваної вибірки:

1. Вибірка повинна бути випадковою – при дослідженні особин з будь-якої популяції їх відбір має проводитися випадково, дослідник не повинен обирати особини за якоюсь ознакою. Проводячи випадковий відбір особин тим самим досягається максимальне відображення у вибірці властивостей цілої популяції (генеральної сукупності), що аналізується. Така вибірка називається репрезентативною.

2. Вибірка повинна бути однорідною. Для вимірювань, зважувань, підрахунків повинні залучатись такі форми, що ростуть за однакових умов, рослини чи тварини одного віку, однієї статі і т.п.

3. Вибірка повинна бути великою; по можливості вибірки, що порівнюються мають бути однакового об’єму. Слід пам’ятати, що, чим більший об’єм вибірки, тим більше ми наближаємось до характеристик генеральної сукупності.

4. При оцінці кількісних ознак необхідно дотримуватись точності вимірювань, однакової для всіх без виключення випадків. Вимірювання проводять з точністю до 1 г, 1 см, 1 мм, або з точністю до першого знаку десяткового дробу.

Головними статистичними параметрами, за допомогою яких характеризують мінливість прояву кількісних ознак є:

середнє арифметичне (), визначається за формулою: ;

дисперсія (),визначається за формулою: ;

стандартна похибка середнього арифметичного (),визначається за формулою: ;

коефіцієнт варіації (),визначається за формулою: (%).

В наведених формулах х_і – числове значення прояву кількісної ознаки у окремої особини, N – кількість особин у виборці.

Для порівняння двох вибірок за ступенем прояву кількісних ознак використовують критерій Ст’юдента, значення якого визначають за формулою:

t_st,

де ,₁², ,₂² відповідно середнє значення і дисперсія кількісної ознаки в першій та другій вибірках. Отримане значення порівнюють з табличним для певного рівня значущості (p=0,05) та відповідного ступеня свободи. Число ступенів свободи визначають за формулою:

df = N₁ + N₂ – 2,

де N₁ та N₂ кількість особин в першій та другій вибірках відповідно. Якщо отримане значення t_st більше табличного або дорівнює йому, то відміни між двома вибірками за проявом кількісної ознаки вважають статистично достовірними, що вказує на існування якогось невипадкового фактору (чи факторів), які обумовлюють дані відмінності.

Для оцінки частки, яка припадає на генетичну компоненту в загальному рівні фенотипової мінливості будь якої кількісної ознаки використовують так званий коефіцієнт успадковуваності:

,

де _G² – дисперсія, яка обумовлена генетичною різноманітністю особин; _Р² - загальна фенотипова дисперсія ознаки, яка залежить від генетипової дисперсії (σ²_G), і дисперсії, що обумовлена зовнішніми впливами (σ²_Е): _Р²=_G² + _Е².

Мета роботи: визначити параметри мінливості кількісної ознаки коефіцієнту інтелектуальності (IQ, intelligence quotient) за результатами обслідування групи студентів.

Матеріали та обладнання: тести Айзенка для визначення коефіцієнту інтелектуальності, калькулятори.

Завдання 1. За наданими тестами визначити власний коефіцієнт інтелектуальності.

1. Уважно ознайомитись з інструкцією по вирішенню тесту.

2. За 30 хвилин самостійно розв’язати максимальну кількість з 40 наведених в тесті завдань.

3. Після закінчення наданого часу підрахувати кількість правильних відповідей.

4. Розрахувати власний коефіцієнт інтелектуальності IQ=КВВ2,5+75, де КВВ - кількість вірних відповідей. Слід відзначити, що серед студентів-біологів кореляція між IQ та успішністю не виявлена. Тому при інших рівних умовах більш високі значення IQ говорять лише про більш високу швидкість розумових процесів, але ніяк не про більш високий рівень розумових здібностей.

Завдання 2. Розрахувати параметри мінливості IQ для групи студентів, та порівняти середнє значення IQ даної групи з середніми значеннями IQ для різних популяцій.

1. Розрахувати середнє значення IQ для групи, дисперсію, похибку репрезентативності та коефіцієнт варіації.

2. Порівняти середнє значення IQ даної групи з середніми значеннями IQ для афроамериканців та білих (учнів середніх шкіл). Які наведені у таблиці (за книгою Ф.Фогель, А.Мотульський “Генетика людини”, том 3, Москва: Мир - 1990, с. 137).

Група обстежених	N	
Білі	1631	101,620,37
Афроамериканці	730	84,860,29

3. Зробити висновки щодо достовірності відмін між досліджуваними групами.

Лабораторна робота 11. Дослідження мінливості кількісних ознак на прикладі суниці лісової (Fragaria vesca L.).

Мета роботи: дослідити мінливість довжини листових пластинок складного листка та кількість зубців на них суниці лісової (Fragaria vesca L.), що росте в різних біотопах (сосновий ліс та відкрита степова ділянка).

Матеріали та обладнання: гербарні зразки листків верхнього ярусу суниці лісової (Fragaria vesca L.) різних місць зростання, лінійки, калькулятори.

Завдання 1: визначити довжину листових пластинок складного листка та кількість зубців на них у суниці лісової (Fragaria vesca L.) різних біотопів.

1. За допомогою лінійки виміряти довжину центрального, лівого та правого листочків і кількість зубців на них у представників виду суниці лісової різних місць зростання.

2. Занести результати вимірів до таблиці.

№ рослини	Назва біотопу
	Довжина лівого листочка (мм)	Кількість зубців на лівому листочку	Довжина центрального листочка (мм)	Кількість зубців на центральному листочку	Довжина правого листочка (мм)	Кількість зубців на правому листочку

Завдання 2: Оцінити параметри мінливості досліджуваних ознак суниці лісової (Fragaria vesca L.).

1.Підрахувати середнє арифметичне значення, дисперсію, коефіцієнт варіації для кожної з досліджуваних ознак, використовуючи формули наведені у лабораторній роботі № 9.

2. Оцінити кореляції мінливості таких ознак як довжина листочка – число зубчиків.

3. За результатами визначити, яка ознака найбільш мінлива та за яких екологічних умов спостерігається більша мінливість досліджуваних ознак.

Приклади задач за темою:

1. Рослина, гомозиготна за трьома парами рецесивних алелів полімерних генів, має висоту 32 см, а гомозиготна за домінантними алелоформами цих генів має висоту 50 см. Вплив окремих домiнантних алелів цих генів на довжину в усіх випадках однаковий i їх дія адитивна. У F₂ від схрещування цих рослин одержано 192 нащадка. Скільки з них буде мати генетично обумовлену довжину у 44 см?

2. Кастл схрещував кролів, які відрізнялися довжиною вух: фландрів з довжиною вух 145 мм та польських з довжиною вух 85-90 мм. У F₁ вiд цього схрещування усі особини мали проміжну довжину вух – 110 мм. Довжина вух 214 кролів F₂ варіювала від 92 до 123 мм. Скількома генами контролюється довжина вух у кролів? Які генотипи батьківських особин?

Приклади модульно-рейтингових питань за темою:

1. Які ознаки називають кількісними?

2. Які ознаки називають якісними?

3. Найбільш мінливими є якісні чи кількісні ознаки?

4. Що таке норма реакції?

5. Що таке мультифакторіальні ознаки?

6. Які статистичні параметри використовують для опису мінливості кількісних ознак?

7. Дайте визначення терміну локуси кількісних ознак.

8. Що таке сильний та слабкий ген?

9. Як вираховується коефіцієнт успадковуваності?

10. Які вимоги висуваються до вибірок при дослідженні кількісних ознак?

11. Що таке явище гетерозису?

12. Назвіть типи гетерозису.

Заняття 13, 14