Кудрявые воины
Род Вуки — гуманоиды во вселенной «Звёздных войн», обитающие на планете Кашиик. Изменение условий обитания оказало сильное влияние на один из видов этого рода — Wookiee wookiee (Вуки обыкновенный). Для вида характерен высокий рост, наличие длинной шерсти и высокая агрессивность. Средняя продолжительность жизни — 400 стандартных лет. Геном диплоидный, 2n = 64. Популяции представляют собой колонии размером в несколько сотен особей. Размножение половое, особи формируют моногамные пары, наиболее фертильный возраст — 200 лет. Самцы могут мигрировать в соседние колонии для поиска самок и образования пары.
Планета Кашиик покрыта тропическими лесами вроширских деревьев, которые являются важной частью жизни вуки и используются в качестве жилищ, для изготовления лекарств, еды, оружия и топлива. С приходом Галактической Империи началась массовая вырубка деревьев и добыча полезных ископаемых. Большая часть семей вуки была угнана в рабство на Кессель и другие планеты. В результате действий Империи на Кашиике остались небольшие разрозненные популяции вуки и сильно изменились условия обитания: из-за вырубки деревьев и добычи радиоактивных ископаемых повысился уровень ультрафиолета и радиации, таким образом, возросла вероятность появления мутаций. Гнет Империи длился около 20 лет — очень небольшой в эволюционных масштабах срок, особенно учитывая время смены поколений вуки. Но изменённые условия среды будут сохраняться долго, так как восстановление лесов займёт длительное время.
Рассмотрим две популяции обыкновенных вуки, которые остались на Кашиике и пережили времена Империи. Существенного притока особей извне после падения Империи не было. Из-за вырубки лесов изменились условия среды, и процессы терморегуляции у вуки оказались менее эффективными в новом климате, в связи с чем особи начали перегреваться. В обеих популяциях есть аллель (A) гена TCHHw, отвечающий за формирование кудрявых волос, тип наследования аутосомнодоминантный. За формирование прямых волос отвечает аллель а.
Вопрос 1. Ген TCHHw кодирует белок, аналогичный трихогиалину (TCHH) — белку, способствующему формированию кудрявых волос у человека. В чем может заключаться биохимическая функция данного белка? Что меняется в строении волоса при его работе?
Изменение структуры кератина 1б. — основного белка волос. Он модифицирует кератин, создавая больше связей между его цепочками 1б.
Участник не обязан знать про трихогиалин, он должен только сделать предположение о его работе. Поэтому 1б. выставляется за упоминание кератина как основного белка в составе волос (это школьный курс) и 1б. за влияние на связи между цепями кератина.
Вопрос 2. Кудрявые волосы обеспечивают защиту от нагревания, уменьшая приток тепла извне и, следовательно, способствуют уменьшению потоотделения. Перегрев организма способствует значительному снижению фертильности самцов вуки, так как сперматозоиды плохо развиваются при высокой температуре, таким образом кудрявые особи с хорошей терморегуляцией размножаются эффективнее, получают преимущество, и частота аллеля А растёт. Пусть в исходной популяции 1 численностью 300 особей частота аллеля A была 0,1. С приходом Империи численность популяции резко сократилась до 30 особей, но через 20 лет Империя покинула планету, и популяция довольно быстро начала возвращаться к былому размеру, при этом доля кудрявых вуки начала расти и при достижении нового равновесия составила 96%.Рассчитайте, какой процент исходной популяции (до прихода Империи, численностью 300 особей) составляли кудрявые вуки, считая, что притока новых аллелей не было, скрещивания случайны, отбор и мутационный процесс тогда отсутствовали.
В исходной популяции А имел частоту 0.1:
p_0 = 0.1 \rightarrow q_0 = 0.9 1б.
Считаем частоту рецессивных гомозигот (не кудрявых) Q = 0.81 1 б.
Все остальные кудрявые, т.е. частота кудрявых 1 - 0.81 = 0.19 1б.
ИЛИ
В исходной популяции А имел частоту 0.1:
p_0 = 0.1 \rightarrow q_0 = 0.9 1б.
Частота кудрявых Р(АА) + Н(Аа) 1б.
р^2 + 2рq = 0,01 + 0,18 = 0.19 1б.
Если приведен только ответ без решения, за Вопрос 2 выставляется 0 баллов
Вопрос 3. Какими стали частоты аллелей A и а в новой популяции, достигшей нового состояния равновесия?
В новой популяции нам дана частота кудрявого фенотипа: P + H = 0.96 \rightarrow Q = 0.04 1б.
Откуда частота рецессивного аллеля а, q = \sqrt{0.04} = 0.2 1б. \rightarrow p = 0.8 (частота А) 1б.
Если приведен только ответ без решения, за Вопрос 3 выставляется 0 баллов.
Вопрос 4. Нарисуйте примерный график изменения частоты аллеля а в рассматриваемой популяции (по оси абсцисс – число поколений, по оси ординат – частота аллеля а). Объясните, какие факторы эволюции привели к такому изменению его частоты.
Должны быть верными начальная — в исходной популяции (0,9) 1б. и конечная — в новом состоянии равновесия (0,2) 1б частоты, а также отражены колебания в период малой численности 1б..
Вопрос 5. Объясните вид нарисованного вами графика: какие факторы эволюции определяли изменение частоты аллеля а на разных этапах жизни популяции?
На этапе малой численности — дрейф ( или эффект основателя или бутылочное горлышко) 1б. и отбор против аллеля а 1б. Когда численность возросла, то основным фактором стал отбор. 1б.
Вопрос 6. Теперь рассмотрим популяцию 2. Из-за повысившегося радиационного фона увеличилась частота мутаций, и в гене вуки C1orf10w произошла рецессивная мутация потери функции (аллель b). У человека похожий ген является геномсупрессором опухолей: белок его нормального аллеля B подавляет экспрессию циклина D, что приводит к остановке G1- фазы клеточного цикла и снижает скорость размножения раковых клеток. (Циклины — белки-регуляторы клеточного цикла и митоза). Организмы, гомозиготные по аллелю b, сильнее подвержены развитию опухолей, причем опухоли обычно появляются до среднего возраста размножения (200 лет), и больные особи часто умирают до того, как успеют передать свои гены. Исходя из функции белка, объясните, почему аллель b рецессивный, т.е. почему гетерозиготы здоровы?
Потому что у гетерозигот сохраняется одна копия гена, кодирующая нормальный белок. 1б.
Функция белка — остановка клеточного цикла, и того количества, которое есть, видимо, достаточно. 1б.
Не ставили баллы за ответы: «потому что в гетерозиготе проявляется В», «аллель В подавляет b»
Вопрос 7. Для популяции 2 также характерно увеличение частоты аллеля A из-за большей приспособленности его носителей к изменённому климату. При этом при увеличении частоты A происходит одновременное увеличение частоты b. При скрещивании гетерозиготных по обоим генам здоровых и кудрявых вуки в потомстве присутствуют особи только трёх генотипов. Чем можно объяснить увеличение частоты аллеля b, снижающего приспособленность? Запишите схему скрещивания двух гетерозиготных по обоим генам здоровых и кудрявых вуки и опишите фенотипы потомства. Какова вероятность появления потомства, предрасположенного к раннему развитию онкологического заболевания?
Самое простое объяснение — сцепленность генов 1б. Мутация b возникла в хромосоме с А. Аллель А дает преимущество (идет отбор в его пользу) – соответственно и частота b повышается. Вероятно, смертность от рака влияет на приспособленность меньше, чем стерильность вуки с прямыми волосами. 1б.
Скрещивание: А b / a B х А b / a B 1б.
То, что возникло только 3 генотипа, говорит о полном сцеплении (нет кроссинговера) 1б., т.е. (А b) и (а В) наследуются как один суперген (если бы гены были не сцеплены, то генотипов было бы 9)
Соответственно потомки:
Гомозиготы (по 1/4) А b / А b - кудрявые, болеют раком a B / a B – прямые волосы, не болеют
Гетерозиготы (1/2) А b / a B - кудрявые, не болеют За генотипы и фенотипы потомков 1б. Правильное расщепление 1б.
Решение должно соответствовать сцепленному наследованию без кроссинговера. Иначе за всю схему скрещивания 0 Вероятность болеющих раком – 1/4. 1б. За вероятность ставили балл только при наличии верной схемы скрещивания.
Вопрос 8. Выберите из потомков предыдущего скрещивания пару вуки, которые при скрещивании произведут половину потомков кудрявых, половину — с прямыми волосами, и всех — не болеющих раком. При записи схемы скрещивания рядом с генотипами укажите пол родителей. Cчитайте, что самцы вуки, гомозиготные по гену а, — стерильны.
Если выбирать родительскую пару из потомков от скрещивания 7, то
\male А b / a В x \female a В / a В 1б.— по гену А анализирующее скрещивание, по В второй родитель ВВ. Должен быть правильно указан пол каждого из родителей
Потомки: A b / a B — кудрявые, не болеют;
a B/ a B — прямые волосы, не болеют 1б.