94
7 POPULASYON GENETİĞİ
Bireylerin genetik özellikleri ve kalıtım şekilleri genetiğin ilgilendiği tek alan değildir.
Mendel genetiği ve moleküler genetik alanları daha çok bireylerin genetik özelliklerini fe- notip analizlerine veya moleküler analizlere dayanarak inceler. Fakat organizmalar sa- dece izole olmuş bireyler şeklinde yaşamazlar. Bireyler gruplar içinde (populasyonlar içinde) birbirleriyle etkileşirler. Populasyonların genetik kompozisyonları hakkında, bi- reysel seviyedeki genetik bilgilerle cevaplanamayacak sorular vardır. Niçin Faktör VIII ve Faktör IX genleri insan populasyonlarında çok nadirdir iken orak hücre anemisi Afrika’nın bazı bölgelerinde daha yaygındır? Orak hücre anemisi sıklığı (frekansı) Amerika’daki Af- rika kökenlilerde çevresel değişim ve diğer orijinlerden insanlarla evliliklere bağlı olarak nasıl değişir? Nesiller boyunca insektisit uygulanan böcek populasyonlarında nasıl bir ge- netik değişim oluşur? Yakın akrabalar arasındaki evlenme oranlarındaki artış ve azalışın sonucu nedir? Bu gibi soruların tamamı populasyonların genetik içeriğini neyin değiştir- diği ve zamana bağlı olarak genetik kompozisyonlardaki bu değişimlerin nasıl tahmin edi- lebileceği üzerinedir. Bu sorular populasyon genetiği alanının konusudur.
Populasyon genetiği, bireysel kalıtım ve gelişme süreçleriyle, populasyonların gene- tik kompozisyonları, zaman ve mekâna bağlı olarak bu kompozisyonda meydana gelen değişiklikler arasında ilişki kurar.
Bir populasyonun genetik kompozisyonu (gen havuzu denebilir) populasyondaki farklı genotiplerin sıklıklarının toplamıdır. Bu sıklıklar ilgili genotipe sahip bireylerin sa- yısının artışı veya azalışının bir sonucu olarak oluşur. Temel bireysel seviyedeki süreçleri populasyonun genetik kompozisyonu ile ilişkilendirmek için aşağıdaki olayları inceleme- miz gerekmektedir.
1. Populasyondaki farklı genotiplere çiftleşme şeklinin etkisi. Bireyler rastgele çiftle- şebilirler, tercihen yakın akrabalarla çiftleşebilirler (inbreeding=akrabalar arası çiftleşme) veya tercihen benzer olan veya olmayan genotip veya fenotipe sahip bi- reylerle çiftleşebilirler (tercihli çiftleşme=assortative mating).
2. Populasyonlar arasında bireylerin göçü nedeniyle populasyon kompozisyonundaki değişiklikler.
3. Lokuslarda yeni allellerin oluşmasına neden olan mutasyonlarla populasyonlara yeni genetik varyasyonların giriş oranı.
4. Farklı lokuslardaki allel kompozisyonlarının yeniden düzenlenmesine neden olan rekombinasyon ile yeni karakter kompozisyonlarının oluşması.
5. Doğal seçilimden dolayı populasyon kompozisyonunda meydana gelen değişiklik- ler. Farklı genotipler farklı üreme oranlarına sahip olabilirler ve genetik olarak farklı yavrular farklı oranda hayatta kalma şansına sahip olabilirler.
6. Farklı genotiplerin gerçek üreme oranlarındaki rasgele dalgalanmaların sonuçları.
Belli bir bireyin sadece birkaç yavruya sahip olmasından dolayı ve toplam popu- lasyon büyüklüğünün sınırlı olmasından dolayı mayozdan beklenen genetik oran-
96
lar bir gerçek aile ve gerçek populasyonda hiçbir zaman tam olarak tahmin edile- mez. Bu rasgele dalgalanmalar allel sıklıklarında, nesilden nesile genetik sürük- lenmeye neden olur.
7.1 Varyasyon ve Varyasyonun Değişimi
Populasyon genetiği hem deneysel hem de teorik bir bilimdir. Deneysel yönden, populas- yon içindeki bireyler arasındaki genetik varyasyonun gerçek değerlerinin belirlenmesini sağladığı gibi çiftleşme, mutasyon rekombinasyon ve doğal seçilim süreçlerinin oranlarını ve üreme oranlarındaki rasgele varyasyonları hesaplar. Teorik bakımdan ise populasyon- lar üzerinde etkili olan güçlerin bir sonucu olarak populasyonların genetik içeriklerinin nasıl değişeceği hakkında tahminler yürütür.
Populasyon genetiği araştırmalarında sınırlı sayıda karakterle çalışılabilmektedir.
Çünkü incelenen karakterde genotipik ve fenotipik varyasyonlar arasında basit bir ilişki- nin bulunması gerekmektedir. Fenotip ile genotip arasındaki ilişki gözlemlenen karaktere göre değişir. Bir uçta ilgilenilen fenotip bir mRNA veya bir DNA bölgesi olabiliyorken diğer uçta ürün miktarında, gelişme oranında, vücut şeklinde, metabolik oranda ve davranıştaki varyasyonlar gibi çok sayıda karakter olabilir. Karakterler genotiplerle çok karmaşık iliş- kiler gösterebilirler. 1,68 m veya 1,70 m boy alleli yoktur. Bu farklılıklar (eğer genetik varyasyonun bir sonucuysa) birkaç veya çok sayıda gen tarafından, ayrıca çevresel deği- şikliklerden etkilenecektir. Bu tip karakterler (nicel-kantitatif- karakterler) istatistiksel olarak değerlendirilerek allelik sınırlar belirlenebilir. Yine de net bir sınır koymak müm- kün olamamaktadır. Bu nedenle çoğu deneysel populasyon genetiği araştırmaları feno- tiple genotip arasında basit bir ilişkiye sahip olan karakterlere yönelmektedir. Bu karak- terler arasında en ünlülerinden birisi insan kan gruplarıdır. Kan grubu fenotipleri, alyu- varlar üzerindeki antijenik yapıların ve serum içindeki antikorların mevcudiyetidir. Belli bir kan grubunun nitel olarak farklı olan her fenotipi (MN gruplaması diyelim) tek bir lo- kusta yer alan aleller tarafından kontrol edilir ve fenotipler çevresel varyasyonlara du- yarlı değildir. Dolayısıyla kan tipindeki gözlemlenen varyasyon tamamen basit genetik farklılıktan kaynaklanmaktadır.
Varyasyon çalışmaları iki aşamada gerçekleştirilir. Birinci olarak fenotipik varyas- yon tanımlanır. İkinci olarak ise bu fenotipler genetik kavramlara tercüme edilir ve feno- tipik varyasyona neden olan genetik varyasyon tanımlanır. Eğer MN kan gruplarında ol- duğu gibi, fenotip ile genotip arasında bire bir örtüşme varsa bu iki aşama teke iner. Eğer ilişki daha karmaşık ise (baskınlığın bir sonucu olarak heterozigotların homozigotlara benzemesi gibi) fenotipleri genotiplere tercüme etmek için deneysel çaprazlamalar yap- mak veya soyağaçlarını incelemek gerekebilir. Bu durum diğer bir insan kan grubu olan ABO sisteminde görülür. Bu gruplamada iki baskın, bir çekinik allel vardır: IA, IB, i. A tipi veya B tipi kana sahip bireyler ilgili allel bakımından homozigot (IAIA, IBIB) veya heterozi- got (IAi, IBi) olabilir.
Tek gen varyasyonlarının en basit tanımı, bir populasyon içindeki gözlenen genotip oranlarının listelenmesidir. Bu oranlar genotip sıklığı (frekansı) olarak adlandırılır.
Tablo 7.1’de farklı insan populasyonlarında MN kan grubuna ait üç genotipin sıklık dağı-
lımı görülmektedir. Her populasyonda bireyler arasında farklı genotiplerin mevcudiye- tinden dolayı bir varyasyon vardır. Yine bu her bir genotipin sıklığı bakımından da popu- lasyondan populasyona bir varyasyon vardır. Sözgelimi Eskimo populasyonundaki çoğu birey MM iken bu genotip Avustralya Aboriginleri’nde oldukça nadirdir. Ayrıca her popu- lasyonda farklı kan grupları yani varyasyon vardır.
Tablo 7.1: Farklı insan populasyonlarında MN kan grubu lokusundaki alellere ait ge- notip sıklıkları.
Populasyon Genotip Allel Sıklığı
M/M M/N N/N p(M) p(N)
Eskimo 0,835 0,156 0,009 0,913 0,087
Aborigin 0,024 0,304 0,672 0,176 0,824 Mısırlı 0,278 0,489 0,233 0,523 0,477
Alman 0,297 0,507 0,196 0,550 0,450
Çinli 0,332 0,486 0,182 0,575 0,425
Nijeryalı 0,301 0,495 0,204 0,548 0,452
Populasyon genetiğinde diploit genotiplerin sıklığı yerine daha tipik olarak alter- natif allellerin sıklığı kullanılır. Allel sıklığı populasyondaki belli bir genin bütün kopya- ları arasında belli bir allelik formun oranıdır. Populasyondaki her bir diploit bireyin bir gen için iki allel sağladığı kabul edilir. Bir allel bakımından homozigot olan bireyler o al- lelin iki kopyasını taşırken heterozigotlar sadece bir kopyasını taşırlar. Dolayısıyla bir al- lelin sıklığı, homozigotların sıklığı artı heterozigotların sıklığının yarısıdır. Sözgelimi, eğer A/A bireylerinin sıklığı 0,36 ve A/a bireylerinin sıklığı 0,48 ise A allelinin sıklığı 0,36+0,48/2=0,60 olacaktır. Aşağıda allel sıklığı hesaplamasının esası verilmektedir. Yu- karıda Tablo6.1’de farklı populasyonlardaki MN kan grubunun M ve N allellerinin alel sık- lıkları, p ve q olarak verilmektedir.
98
Basit bir varyasyon, populasyon içinde veya populasyonlar arasında bir dış morfo- loji fenotipinden bir proteinin amino asit dizisindeki farklılığa kadar değişebilen farklı se- viyelerde gözlemlenebilir. İncelenen bütün organizmalar önemli oranda genetik varyas- yon veya polimorfizm göstermektedirler. Polimorfizm veya genetik varyasyon populas- yon içinde, populasyonlar arasında veya hem populasyon içinde hem de populasyonlar arasında bir veya daha fazla düzeyde gözlemlenebilir. Bir gen veya fenotipik bir karakter, populasyonda birden fazla sayıda gen formu ile veya birden fazla fenotip ile temsil edili- yorsa, polimorfiktir. Bazı durumlarda, alışılmadık varyantları taşıyan nadir bireyler mev- cut olsa da hemen hemen bütün populasyon belli bir genin veya karakterin bir formuyla karakterizedir, yani formlardan biri daha yaygındır. Bu son derece yaygın form, nadir mu- tant formların mevcut olmasına rağmen yabani tip olarak kabul edilir. Diğer durumlarda iki veya daha fazla form yaygın olabilir. Bunlardan birini yabani tip olarak algılamak müm- kün değildir. Olası evrimsel değişimin temelini oluşturan genetik varyasyonlar son derece yaygındır (ubikuisttir).
Türlerde mevcut olan basit genetik varyasyonların hepsini incelemek son derece zahmetli bir uğraşı olacaktır. Burada bazı basit varyasyon örneklerinden söz etmekle ye- tineceğiz. İmmünolojik polimorfizme alyuvar yüzey yapılarının antijenik varyasyonu bir örnektir. ABO ve MN sistemleri dâhil olmak üzere alyuvar yüzeyinde 40 farklı yapıya ait antijenik varyasyon mevcuttur. HLA adı verilen akyuvar hücresel antijen sisteminde ise 25 gametik tip (iki lokus, her birinde 5’er allel, 52=25) vardır. Bu lokustaki alleller 25 ho- mozigot ve 300 heterozigot oluşturabilirler (beklenen sayı). HLA sisteminde gözlemlene- bilen fenotip sınıf sayısı 121’dir. Aynı genden kodlanan proteinlerin amino asit dizilimle- rinde önemli varyasyonlar vardır. Ayrıca DNA yapı ve diziliminde de polimorfizm oldukça yaygındır. Bunlar arasından kromozomal polimorfizm (translokasyon gibi), restriksiyon bölgesi varyasyonları, peşpeşe tekrar dizileri (VNTR) varyasyonları, tam genomik dizi içindeki tek-nukleotit polimorfizmleri (SNP) örnek olarak verilebilir.
Allel Sıklıklarının Hesaplanması
Eğer iki allelli bir lokustaki üç genotipin sıklıkları fA/A, fA/a ve fa/a ise A allelinin p sıklığı ve a allel- inin q sıklığı allellerin sayılmasıyla belirlenebilir. Her homozigot A/A sadece A allellerinden mey- dana geldiği ve A/a heterozigotlarının allellerinden yarısı A olduğu için p’nin populasyon içindeki toplam sıklığı şöyle hesaplanabilir:
A f
f
p
A/A
A/a 2
1
’nın sıklığıBenzer şekilde a allelinin q sıklığı şöyle verilebilir:
a f
fa a A a
q
/ / 21 ’nın sıklığı Sonuç olarak,
00 .
/ 1
7
/
q fA A fa a fA a
p ve,
p q 1
olur.Eğer iki allelik formdan daha fazlası varsa, her bir allelin sıklığı basit olarak homozigotların sıklığı artı ilgili allel bakımından gözlemlenebilen bütün heterozigotların sıklıklarının toplamının yarısıdır.
7.2 Varyasyona Eşeyli Üremenin Etkisi
7.2.1 Mayotik segregasyon (ayrılma) ve genetik denge
Eğer kalıtım sözgelimi kan gibi (renk bakımından!) tek tip bir yapı ile gerçekleştiriliyor olsaydı farklı fenotiplerdeki bireyler arasındaki çiftleşmeler sonucunda daima aratipler oluşurdu. Bireylerin rasgele çiftleştiği bir populasyon yavaş bir şekilde bütün varyasyon- larını kaybedebilir ve sonuçta populasyonun her bir üyesi aynı fenotipe sahip olurdu.
Kalıtımın parçalı özelliği (genotipin farklı allellerden meydana gelmesi) bu resmi değiştirir. Genlerin farklı yapılar olması ve mayoz sırasında ayrılmalarından dolayı, iki arabirey (heterozigot) arasındaki bir çaprazlama sonucu bütün yavrular ara fenotip gös- termezler, aksine bazı yavrular uç fenotipleri (homozigot fenotipleri) gösterecektir. Bir populasyondaki her erkek ve her dişinin A lokusu bakımından rasgele çiftleştiklerini dü- şünelim yani çiftleşme sırasında genotip dikkate alınmaz. Böyle bir rasgele çiftleşme, po- pulasyondaki bütün yumurtalarla bütün spermlerin karıştırılması ile rasgele döllenme gibi düşünülebilir.
Hardy-Weinberg Dengesi
Eğer A allelinin sıklığı sperm ve yumurtada p ve a allelinin sıklığı q=1-p ise sperm ve yumurtanın rasgele birleşmesinin sonuçları diyagramda görüldüğü gibi olacaktır. Herhangi bir eşleşmede hem sperm hem de yumurtanın A taşıma olasılığı,
p2
pxp olacaktır.
Bu gelecek nesilde A/A homzigotlarının sıklığı olacaktır. Benzer şekilde A/a heterozigotlarının oluşma şansı,
pxq
qxp 2pq olur.a/a homozigotlarının şansı,
q2
qxq olur.
Bu üç genotip rasgele eşleşme sonucu oluşmuş bir nesilde şu sıklıklara sahip olacaktır:
2 2 :2pq:q p
F1’de A’nın sıklığı değişmeyecektir (hala p’dir), çünkü diyagramda görüldüğü gibi zigotlardaki A’nın sıklığı A/A’nın sıklığı artı A/a’nın sıklığının yarısı olacaktır, ya da
p q
p ppq
p2 olur.
Sonuç olarak ikinci nesilde üç genotipin sıklığı
2 2 :2pq:q
p olacaktır.
Bu denge nesiller boyu devam edecektir. Bu değerler Hardy-Weinberg denge sıklıkları olarak adlandırılır.
Yumurtalar
Rasgele eşleşme sonucunda oluşan Hardy-Wein- berg denge sıklıkları
A a
Spermler
A A/A
(p2)
A/a (pq) p
a A/a
(pq)
a/a (q2) q
p q
100
Yumurta ve spermlerin bu tip rasgele birleşmesinin sonuçlarını hesaplamak kolaydır.
Eğer bu populasyonda yumurta ve spermlerdeki A allel sıklığı 0,60 ise, rasgele seçilmiş bir yumurta ile bir spermin her ikisinin de A allelini taşıma olasılığı 0,60x0,60=0,36 ola- caktır. Sonuçta bu allel sıklığındaki bir populasyonda yavruların %36’sı A/A genotipine sahip olacaktır. Aynı yoldan a/a yavrularının oranı da 0,40x0,40=0,16 yani %16 olacaktır.
Rasgele eşleşmelerde a spermi ile A yumurtası da birleşebilir (A/a) ve oran 0,40x0,60=0,24 olacaktır. Ancak A/a heterozigotu diğer yoldan da meydana gelebilir: A spermi ile a yumurtasının birleşmesiyle. Bu nedenle heterozigotların toplam oranı 2x0,40x0,60=0,48 yani %48 olacaktır.
Şimdi bir populasyonda varyasyonların niçin kalıcı olduğunu anlayabiliriz. Rasgele çiftleşmelerin allel sıklıklarının değişmesine etkisi yoktur. Bunu yukarıdaki örnekteki yavruların allel sıklıklarını hesaplayarak görebiliriz. Sonuçta her yeni nesilde homozigot ve heterozigotların oranları aynı kalır. Bu sabit sıklıklar denge dağılımını oluşturur. Aşa- ğıda denge dağılımının genel sonuçlarını göstermektedir.
Denge dağılımı şu formüllerle hesaplanabilir:
A/A A/a a/a p2 2pq q2
p, A allelinin sıklığı; q, a allelinin sıklığı ve p+q=1’dir. Bu dağılım Hardy-Weinberg dengesi olarak adlandırılır. Bu isimlendirme bu denge bağıntısını bağımsız ve eşzamanlı olarak tanımlayan G. H. Hardy ve W. Weinberg’e atfen kullanılır. Yine Rus bilim adamı Sergei Chetverikov da eşzamanlı olarak bu dengeyi tanımlamıştır.
Hardy-Weinberg dengesinin anlamı, eşeyli üreme, her nesilde genetik varyas- yonda sürekli bir indirgemeye neden olmaz, aksine dengeyi bozucu güçler mevcut değilse varyasyon miktarını nesilden nesile sabit tutar. Denge heterozigotlarda mayoz sırasında allellerin segregasyonunun (ayrılmasının) bir sonucudur.
Sayısal olarak denge, atasal nesildeki genotiplerin spesifik karışımlarına bağlı de- ğildir. Bir rasgele çiftleşme döngüsünden sonraki genotipik dağılım, tamamen p’nin allelik sıklığı ile belirlenir. Örnek olarak farklı yerlerden gelen mültecilerle karışarak oluşmuş üç hipotetik populasyonu düşünelim:
f(A/A) f(A/a) f(a/a)
I 0,3 0,0 0,7
II 0,2 0,2 0,6
III 0,1 0,4 0,5
Üç populasyondaki A allelinin p allel sıklığı,
I p=f(A/A)+1/2f(A/a)= 0,3+1/2(0,0)= 0,3
II 0,2+1/2(0,2)= 0,3
III 0,1+1/2(0,4)= 0,3
Sonuçta çok farklı genotipik kompozisyonlarına rağmen bu populasyonlar aynı al- lel sıklığına sahiptirler. Bununla beraber her rastgele çiftleşme döngüsünden sonra popu- lasyonlardan her üçü de aynı genotipik sıklığa sahip olacaktır. (Allel sıklıkları aynı!).
A/A genotip sıklığı 09 , 0 ) 3 , 0 ( 2
2
p
A/a genotip sıklığı
42 , 0 ) 7 , 0 )(
3 , 0 ( 2
2 pq
a/a genotip sıklığı 49 , 0 ) 7 , 0 ( 2
2
q
Hardy-Weinberg oranlarının sonuçlarından biri nadir allellerin hemen hemen hiç ho- mozigot durumda olmamasıdır. 0,001 sıklığa sahip bir allel sadece bir milyonda bir sık- lıkta homozigot olabilir; bu nadir allelin çoğu kopyası heterozigotlar içinde yer alır. Bir genelleme yapılırsa, homozigotlarda bir allelin iki kopyası vardır, fakat her heterozigotta bu allelin sadece tek bir kopyası vardır. Dolayısıyla heterozigotlardaki allelin nisbi sıklığı (homozigotların aksine) Hardy-Weinberg denge sıklıklarından bakıldığında şöyle hesap- lanabilir:
q p qpq 2 2 2
q=0,001 için heterozigot:homozigot oranı 999:1’dir. Sözgelimi, bir çekinik mutasyon, homozigot olduğunda potansiyel öldürücü bir hastalık olan fenilketonuriye (FKU) neden olur. Mutant allel sıklığı Avrupa ve Amerika populasyonlarında yaklaşık 0,01’dir. Buna rağmen yeni doğanlarda hastalık (homozigotların) sıklığı sadece 1/10 000’dir. Şekil 7.1’de homozigot ve heterozigot sıklıkları arasındaki genel ilişki allel sıklıklarının fonksi- yonu olarak verilmiştir.
Şekil 7.1: Allel sıklıklarının fonksiyonu olarak, homozigot ve heterozigot sıklıkları ara- sındaki genel ilişki.
Kullandığımız denge formülünde p allelik sıklığının sperm ve yumurtada aynı oldu- ğunu varsaydık. Hardy-Weinberg denge sistemi, eğer erkek ve dişiler eşit olmayan gen sıklığına sahipse, eşey bağlantılı genlerde uygulanamaz.
102
Hardy-Weinberg denge prensipleri populasyondaki ikiden fazla allelin mevcut ol- duğu durumlara da uygulanabilir. Genel olarak populasyonda ne kadar allelik tipin mev- cut olduğu önemli değildir. Belli bir allel bakımından homozigotların sıklığı allelin sıklığı- nın karesine eşittir. Belli bir allel çifti bakımından heterozigot olanların sıklığı bu iki alle- lin sıklıklarının iki katıdır. Sözgelimi üç allel olduğunu varsayalım: A1, A2 ve A3. Bunların sıklıkları sırasıyla 0,5, 0,3 ve 0,2 olsun.
Homozigotların Hardy-Weinberg denge sıklıkları şöyle olur:
A1A1
25 , 0 ) 5 , 0 ( 2
A2A2
09 , 0 ) 3 , 0 ( 2
A3A3
04 , 0 ) 2 , 0 ( 2 Heterozigotların sıklığı da şöyle olur:
A1A2
30 , 0 ) 3 , 0 )(
5 , 0 (
2
A1A3
20 , 0 ) 2 , 0 )(
5 , 0 (
2
A2A3
12 , 0 ) 2 , 0 )(
5 , 0 (
2
7.2.2 Heterozigotluk (Heterozigosite)
Genetik varyasyonun diğer bir ölçüsü de bir populasyondaki bir genin heterozigosite mik- tarıdır ki bir gen bakımından heterozigotların toplam sıklığı olarak verilir. Ya doğrudan gözlenir ya da Hardy-Weinberg denge oranlarından hesaplanabilir. Eğer bir allel yüksek sıklıkta ve diğerleri hemen hemen sıfıra yakın sıklıktaysa çok az heterozigotluk oluşacak- tır, çünkü bireylerin çoğu yaygın allel bakımından homozigot olacaktır. Eğer bir populas- yonda bir gene ait bütün allellerin sıklığı bir birine yakın ise heterozigositenin en yüksek olacağını tahmin edebiliriz.
Birçok lokus düşünüldüğünde heterozigosite iki farklı şekilde hesaplanabilir. Birinci yolda her bir lokus esas alınarak heterozigosite hesaplanabilir ve bu allelik heterozigo- site olarak bilinir. İkinci durumda ise homologların, farklı sayıdaki lokuslarında aynı alle- lik kombinasyonu taşıyıp taşımadıkları belirlenir. Aynı homolog kromozom üzerindeki farklı genlere ait allellerin kombinasyonu haplotip olarak adlandırılır. Haplotipler doğru- dan DNA diziliminin belirlenmesiyle veya ata ve yavruların fenotipleri incelenerek belir- lenebilir. Bu bilgiler elde edildikten sonra, her haplotip bir birim olarak alınır ve iki farklı haplotipik veya gametik form taşıyan bütün bireylerin oranı heterozigosite oranı olarak hesaplanır. Bu tip heterozigosite haplotip çeşitliliği veya gametik çeşitlilik olarak isim- lendirilir.
7.2.3 Rasgele eşleşme
Hardy-Weinberg dengesinin temel varsayımı rasgele eşleşmedir. Fakat bu kavram hakkında iki anlamda dikkatli olmak gerekir. İlk anlamda sözgelimi insanlarda eş seçi- minde kan grubu dikkate alınmaz, grup bilinse bile eş seçiminde etkili olmaz, bu karakter bakımında rasgele eşleşme gerçekleşir. Fakat görünüm, davranış, koku ya da eş seçimini doğrudan etkileyen diğer karakterler bakımından bu rasgelelik sağlanamaz.
Diğer anlamda düşüldüğünde, eğer bir tür alt gruplara yarılmışsa ve bu alt gruplar arasında genetik farklılık varsa, bireylerin kendi alt gruplarıyla eşleşme (endogami) eği- limi olduğu anlaşılır. Dolayısıyla bu türün tamamı düşünüldüğünde eşleşmeler rasgele meydana gelmeyecek ve Hardy-Weinberg dengesi oluşmayacaktır.
Tablo 7.2’de her iki durum da verilmektedir. İnsan türünün alt populasyonlarında MN kan grubuna göre eş seçimi yapılmaz ve bu gen bakınından rasgele eşleşme sağlanır.
Fakat farklı gruplar arasında rasgele eşleşmeler gerçekleşmediğinden (her alt populasyon kendi içinde rasgele eşleşir) bütün populasyonda (Homo sapiens) denge oranları oluşmaz.
Tablo 7.2: MN kan grubu lokusu için genotiplerin gözlenen sıklıkları ile rasgele eşleş- meden tahmin edilen sıklıkların karşılaştırması.
Populasyon Gözlenen Beklenen
M/M M/N N/N M/M M/N N/N
Eskimo 0.835 0.156 0.009 0.834 0.159 0.008
Mısırlı 0.278 0.489 0.233 0.274 0.499 0.228
Çinli 0.332 0.486 0.182 0.331 0.488 0.181
Avustralya Aborigin 0.024 0.304 0.672 0.031 0.290 0.679 Bütün populasyon için ortalama allel sıklıkları, birleştirilmiş altgrup allel sıklıkları kul- lanılarak hesaplanabilir.
p(M) q(N)
Eskimolar 0.915 0.085
Avstralya Aboriginleri 0.178 0.822 Birleştirilmiş ortalama 0.546 0.454
Birleştirilmiş grup gerçekten rasgele eşleşen bir populasyon ise ortalama allel sıklık- larından Hardy-Weinberg oranlarını görebilmeyi bekleriz.
206 . 0 496
. 0 298
. 0
) / ( ) / ( 2 ) /
(
22
M M pq M N q N N
p
Oysa iki orijinal atasal populasyondaki gerçek ortalama homozigot ve heterozigot oranları şöyledir:
340 . 0 230 . 0 430
. 0
) / ( ) / ( ) /
( M M M N N N
7.2.4 Akaraba eşleşmesi (inbreeding) ve tercihli eşleşme (assortative mating) Belli bir lokusa göre rasgele eşleşme oldukça yaygındır, ancak evrensel değildir. Rasgele eşleşmeden iki sapma gözlemlenir. Bunlardan biri bireylerin uzak veya yakın genetik ak- raba bireylerle eşleşmesidir. Eğer akrabalar arasındaki eşleşmeler rasgele eşleşmelerden daha yaygınsa populasyon “akraba eşleşik” (inbreeding) olarak algılanır. Eğer akraba eş- leşmeleri rasgele eşleşmelerden daha az ise populasyon “güçlü yabancı eşleşik” (enfor- ced outbreeding) veya “negatif akraba eşleşik” (negative inbreeding) olarak algılanır.
Diğer sapma ise bireylerin akrabalıklarına göre değil de birbirlerine benzerliklerine göre eşleşme tercihi yapmalarıdır. Benzeri ile eşleşme eğilimi pozitif tercihli eşleşme (positive assortative mating) olarak adlandırılır. Kendi benzeri olmayan bir eşle eşleşme
104
ise negatif tercihli eşleşme olarak bilinir. Tam bir tercihli eşleşme hiçbir zaman gerçek- leşmez, populasyonun belli bir kısmı rasgele eşleşme gerçekleştirir.
Akraba eşleşmesiyle tercihli eşleşme aynı değildir. Akrabalar, benzer bireylere göre genetik anlamda bir birine çok daha fazla benzerdir. Pozitif tercihli eşleşme ile akraba eş- leşmesinin populasyona etkisi aynıdır: Hardy-Weinberg dengesiyle tahmin edilenin üze- rinde bir homozigotluk oranın oluşumu. İki birey akraba ise en azından bir ortak ataları vardır. Dolayısıyla her ikisi de belli bir alleli geçmişteki bir ebeveynine ait aynı DNA mo- lekülünden alma olasılıkları vardır. Bunun sonucunda atadan gelen homozigosite şansı vardır ki bu rasgele eşleşmeden gelen homozigotluğa (p2+q2) eklenmesi gereken bir de- ğerdir. Atadan gelen bu fazladan homozigosite akraba eşleşmesi katsayısı olarak adlan- dırılır. Şekil 7.2’de atadan gelen homozigositenin hesaplanması görülmektedir.
Örnekte birey I ve birey II’nin her iki atası da ortaktır (kardeştirler). Bunların birey III’ü oluşturmak üzere eşleştiklerini düşünelim (inbreeding!). Birey I’in A1/A3 genoti- pinde olduğunu ve birey III’ü oluşturmak üzere A1 allelini sağladığını varsayalım. Birey II’nin birey III’e A1 allelini taşıma oranı 1/2x1/2=1/4 olacaktır. Bu oran, bu bireyde bu genotipin (A1/A1) populasyondaki rasgele eşleşme sonucu oluşacak sıklığına ilave bir de- ğer olarak düşünülmelidir.
Şekil 6.2: Kardeşler arası (I-II) eşleşmeden oluşan yavru birey (III) için atadan gelen homozigositenin hesaplanması.
Bu tip yakın akraba eşleşmelerinin yıkıcı sonuçları olabilir. Nadir olarak temsil edi- len öldürücü bir allel olan a’nın homozigot durumda metabolik bir hastalığa neden oldu- ğunu düşünelim. Populasyonda bu allelin sıklığı p=1/1 000 ise homozigotların sıklığı (a/a) p2=1/1 000 000 olacaktır. Ebeveynlerinden birinde a alleli bulunan iki kardeş bire- yin eşleştiğini düşünürsek sahip olacakları bir yavrunun her iki alleli de alma olasılığı (1/2x1/2)(1/2x1/2)=1/16 olacaktır. Yani olasılık populasyonun genelindekinden çok daha yüksektir(Şekil 7.3). İnsanlarda kardeş evliliği yoktur, ancak eşlerin ortak dede ve ninelerinden en azından biri a allelini taşıyorsa çocuklarının bu alleli homozigot olarak taşıma olasılığı rasgele eşleşme sonucunda beklenen orandan çok daha yüksek olacaktır.
III-2’nin a allelini alma olasılığı = “1/4
III-3’ün a allelini alma olasılığı = 1/4
IV-1’in 2 a alleli (a/a) alma olasılığı = 1/4 x 1/4 = 1/16
Kuzen çocuklarının a/a (q2) olma olası- lığı = 1/16
Populasyon içi oran (q2) = 1/ 1 000 000
Şekil 7.3: Büyük atasından biri a alleli bakımından heterozigot olan iki kuzenin evlen- mesi sonucu çocuklarının homozigot olma olasılığı. Populasyondaki a allel sıklığı 1/1000’dir.
7.3 Varyasyonun Kaynakları
Belli bir populasyon için varyasyonun üç kaynağı vardır: genlerin mutasyonu, rekombi- nasyonu ve göçü. Ancak bir gen tek bir allelle temsil ediliyorsa rekombinasyon herhangi bir varyasyon üretmeyecektir. Sonuçta yeniden düzenlenecek bir farklılık yoktur. Benzer şekilde eğer aynı allel bakımından bütün tür homozigot ise göç herhangi bir varyasyon oluşturmayacaktır. Sonuçta varyasyonların mutlak kaynağı mutasyonlardır.
Her ne kadar varyasyonların mutlak kaynağı mutasyonlarsa bile populasyondaki ge- netik değişimi tek başına sağlayamaz. Mutasyon oranı çok düşüktür. Bu nedenle oluşacak mutant allelin sıklığı çok düşük olur ve her nesil sonrasında sıklık artışı daha da azalır.
Sonuçta mutasyon oranları o kadar yavaştır ki populasyon ve türlerin hızlı genetik deği- şimini tek başına sağlayamaz.
Rekombinasyon mutasyondan daha hızlı bir şekilde populasyonların genetik yapı- sını değiştirirler. Bir populasyonda iki gen bakımından iki haplotip olduğunu varsayalım:
AB haplotipi ve ab haplotipi. Bu iki haplotip arasındaki rekombinasyon sonucu yeni haplo- tipler oluşur: Ab ve aB haplotipleri. Mutant allellerin oluşturduğu haplotipin sıklığına bağlı olarak populasyondaki rekombinasyon daha hızlı bir şekilde genetik varyasyon oluşturur.
Varyasyonun diğer kaynağı farklı gen sıklıklarına sahip diğer populasyonlardan bir populasyona olan göçtür. Göçün allel sıklıklarını etkileyebilmesi için populasyonlar ara- sında allelik sıklıkların farklı olması gerekir. Göç sonrası oluşan yeni populasyon orijinal değer ile verici populasyonudaki sıklığın arasında bir allel sıklığına sahiptir.
106
