Hardy-Weinberg-loven: Definition og forklaring i populationsgenetik

Hardy-Weinberg-loven: Enkel definition og forståelig forklaring af princippet, forstyrrelser (mutation, selektion, drift, migration) og betydning i populationsgenetik.

Hardy-Weinberg-loven blev udviklet uafhængigt af hinanden af en engelsk matematiker, G.H. Hardy, og en tysk læge, Wilhelm Weinberg. Begrebet er også kendt som Hardy-Weinberg-ligevægt, Hardy-Weinberg-teoremet eller Hardy-Weinberg-princippet. Nogle gange er Weinbergs navn sat først.

Definition og grundidé

Loven er et fundament for populationsgenetik, og den undervises stadig i den dag i dag. Den fastslår, at andelen af alleler af alle gener i en population vil forblive den samme fra generation til generation, så længe populationen opfylder bestemte betingelser (dvs. så længe den ikke forstyrres). Dette gælder for alle loci på alle kromosomer i populationen.

Matematisk formel (to-allel-model)

For en enkel autosomal locus med to alleler betegnes frekvensen af den ene allel med p og den anden med q, hvor p + q = 1. Hvis populationen er i Hardy-Weinberg-ligevægt, vil genotypefrekvenserne være:

p^2 (homozygot for den første allel), 2pq (heterozygot) og q^2 (homozygot for den anden allel), og disse summerer til 1: p^2 + 2pq + q^2 = 1.

Det vigtige praktiske resultat er, at hvis alle forudsætningerne er opfyldt, opnår genotypefrekvenserne Hardy-Weinberg-forhold i løbet af én generation med tilfældig parring — selv hvis generationen starter med andre genotypefordelinger.

Forstyrrelser der kan ændre allelfrekvenser

Mulige forstyrrelser i Hardy-Weinberg-ligevægten er bl.a.:

• ♦ genmutation
• ♦ naturlig udvælgelse
• ♦ lille populationsstørrelse, hvor tilfældige effekter som genetisk drift og indavl kan forekomme. H/W-populationer antages at være uendelige i størrelse.
• ♦ assortativ parring i stedet for tilfældig parring. Dette ville i realiteten opdele populationen i mindre grupper, jf. punktet ovenfor.
• ♦ migration ind i eller ud af den undersøgte population (gene flow).

Det følger heraf, at enhver systematisk ændring i hyppigheden af alleler i en population må skyldes virkningen af en eller flere af disse faktorer. Som alle aspekter af mendelsk arvelighed er de forventede proportioner af alleler naturligvis sandsynligheder. Derfor udvikles og anvendes der statistiske signifikanstest, f.eks. standardfejl eller chi-i-anden-test, når man vil undersøge, om en observeret population afviger fra Hardy-Weinberg-forventningen.

Eksempler og undtagelser

Selvom enhver ændring i allelfrekvensen i princippet skyldes en af de nævnte forstyrrelser, fører ikke alle forstyrrelser nødvendigvis til store eller vedvarende ændringer. Et klassisk eksempel er balancerende selektion, f.eks. heterozygote fordele: "Heterose: heterozygoten på et locus er bedre egnet end en af homozygoterne". I sådanne tilfælde kan selektionen bevare flere alleler i populationen og føre til en stabil polymorfi, hvor genotypefordelingen på lang sigt stadig følger Hardy-Weinberg-proportionerne for de givne allelfrekvenser.

Anvendelse i praksis og begrænsninger

Hardy-Weinberg-loven bruges ofte som en nul-hypotese i populationsgenetik og medicinsk genetik: man antager H-W-ligevægt, medmindre data viser tegn på forstyrrelse. I praksis anvendes formlen til at:

• beregne forventede genotypefrekvenser ud fra observerede allelfrekvenser,
• teste for indavl eller populationstruktur,
• vurdere om en loci er under selektion eller udsættes for migration,
• estimere bærertilstande for recessive sygdomme i befolkninger.

Begrænsninger: modellen bygger på idealiserede antagelser (uendelig population, ingen mutation, ingen selektion, ingen migration, tilfældig parring osv.). Virkelige populationer overholder sjældent alle disse fuldstændigt, og derfor skal H-W-testning fortolkes med omtanke. Der er også udvidelser til modellen for X-bundne loci, loci med flere alleler og for situationer med ikke-tilfældig parring eller overlapping af generationer.

Praktisk note om beregning

I simple tilfælde estimerer man allelfrekvenser fra genotypeantal: hvis man har n_AA individer med genotype AA, n_Aa med Aa og n_aa med aa, så er p = (2·n_AA + n_Aa)/(2·N) og q = 1 − p, hvor N er det totale antal individer. De forventede genotypefrekvenser under H-W er så p^2, 2pq og q^2, som kan sammenlignes med de observerede frekvenser ved hjælp af en statistisk test.

Samlet set er Hardy-Weinberg-loven et centralt værktøj i forståelsen af, hvordan genetisk variation fordeles i populationer, og i at identificere processer som mutation, migration, genetisk drift og naturlig selektion, når frekvenser ændrer sig over tid.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvem udviklede Hardy-Weinberg-loven?

Spørgsmål: Hvad er et andet navn for Hardy-Weinberg-loven?

Spørgsmål: Hvad siger loven?

Spørgsmål: Hvad er nogle mulige forstyrrelser, der kan påvirke allelfrekvenserne?

Spørgsmål: Hvordan sker ændringer i allelfrekvensen?

Spørgsmål: Er balanceret selektion et eksempel på en forstyrrelse, der fører til ændringer i allelfrekvenser?

Søg efter bogstav