Cấu trúc di truyền quần thể tự phối và giao phối gần

Tự thụ phấn ở thực vật có hoa nghĩa là hạt phấn của cây nào thụ phấn cho noãn của cây đó.

Quần thể thực vật thụ phấn qua nhiều thế hệ dẫn đến hình thành các dòng thuần (đồng hợp trội và đồng hợp lặn) làm giảm tỷ lệ dị hợp.

Giao phối gần hoặc tự thụ phấn qua nhiều thế hệ sẽ dẫn đến hiện tượng thoái hóa giống vì giao phối gần tạo điều kiện cho các alen lặn  có hại tổ hợp với nhau biểu hiện kiểu hình lặn

Một quần thể tự phối qua nhiều thể hệ thì thành phần kiểu gen của quần thể này sẽ chỉ bao gồm AA và aa và có tỷ lệ lần lượt bằng tần số của A và a.

Trong chọn giống, người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết nhằm tạo dòng thuần chủng.

Quần thể có thành phần kiểu gen là: dAA:hAa:raa thì ta có thể tính tần số alen theo công thức

p= d+ h/2 và q= r+h/2

P : 1AA : 6Aa : 9aa

Tần số alen A = (1+ 6 : 2)/(1 + 6 + 9) = 4/16 = 0,25

Tần số alen a = 0,75

Tần số alen A = 0,04 + 0,32 : 2 = 0,2

Tần số alen a = 0,64 + 0,32 : 2 = 0,8

Tần số alen A trong quần thể là :

A= (AA + Aa: 2) / (AA + Aa + aa)  = (60 + 40 : 2) / (AA + Aa + aa) = 80 : 200 = 0.4

Tần số alen a trong quần thể là : 1 – 0,4 = 0,6

Do quần thể tự thụ phấn nên tần số alen không thay đổi qua các thế hệ:

Tần số alen A là P_A = 0,1 + 0,2 : 2 + 0,3 : 2 = 0,35.

Tần số alen B là P_B = 0,1 + 0,2 : 2 + 0,3 = 0,5.

P: 0,25AA : 0,50Aa: 0,25aa

Tự thụ phấn

F1 : Aa = 0,5 : 2 = 0,25

AA = aa = 0,25 + (0,5 – 0,25) : 2 = 0,375

Vậy F1 : 0,375AA : 0,250Aa : 0,375aa.

P : 31AA : 11aa

Sau 5 thế hệ tự phối

F5 : AA cho đời con 100% AA

aa cho đời con 100% aa

F5 : 31AA : 11aa

Cấu trúc di truyền của quần thể sau 3 thế hệ tự thụ là:

\(\left( {0.5 + 0.4 \times \frac{{1 - \frac{1}{{{2^3}}}}}{2}} \right){\text{AA}}:\left( {0.4 \times \frac{1}{{{2^3}}}} \right)Aa:\left( {0.1 + 0.4 \times \frac{{1 - \frac{1}{{{2^3}}}}}{2}} \right){\text{aa}}\)

↔ 0,675 AA : 0,05Aa : 0,275 aa

Vậy trong tổng số cây thân cao ở F3 , cây mang kiểu gen dị hợp tử chiếm tỷ lệ: : 0.05/(0.05+0.675) x 100% = 6,9%

P : AA + Aa

Đặt tỉ lệ kiểu gen Aa ở P là 2x (0 < x < 0,5)

→ tần số alen a là x

Quần thể ngẫu phối

→ ở thế hệ F2 có : aa = x² ; Aa = 2.x.(1 – x)

F₂ : Aa + aa = 36% = x² + 2.x.(1 – x)

→ x = 0,2

Vậy F₂ : aa = 0,04 ;  Aa = 0,32;   AA = 0,64

Lấy ngẫu nhiên 2 cây hoa đỏ, xác suất thu được 2 cây thuần chủng là: (0,64/ 0,96)² = 4/9

(1) đúng, sau 5 thế hệ, tỷ lệ cây hoa trắng tăng: \(\frac{{y(1 - 1/{2^n})}}{2}aa = \frac{{0,8(1 - 1/{2^5})}}{2} = 0,3875\)

(2) đúng, giao phối không làm thay đổi tần số alen

(3) 80% cây dị hợp ở P tự thụ phấn 5 thế hệ, tạo ra tỷ lệ hoa đỏ là \(0,8 \times \left( {1 - \frac{{1 - 1/{2^5}}}{2}} \right) = 41.25\% \)

Mà ở thế hệ P còn có thể có cây hoa đỏ chiếm x% (x_max = 20%) như vậy tỷ lệ hoa đỏ tối đa ở P: là 61,25% <80% → (3) đúng

(4) đúng, vì tỷ lệ tăng đồng hợp trội và đồng hợp lặn qua các thế hệ là như nhau

Các cá thể giao phối với con có cùng màu lông sẽ chia thành 2 nhóm:

Nhóm 1: 0,25AA + 0,5Aa  ↔ 1AA:2Aa

Nhóm 2: aa

I đúng, kiểu gen Aa được tạo từ sự giao phối ngẫu nhiên của nhóm 1: (1AA:2Aa) × (1AA:2Aa), trong đó phép lai AA × AA  không tạo ra Aa, các phép lai còn lại tạo 1/2A.

Tỷ lệ kiểu gen Aa = \(0,75 \times \left( {1 - \frac{1}{3}AA \times \frac{1}{3}AA} \right) \times \frac{1}{2} = \frac{1}{3}\)

II đúng, tỷ lệ kiểu hình lông trắng: \(0,25aa + 0,75 \times \frac{2}{3}Aa \times \frac{2}{3}Aa \times \frac{1}{4} = \frac{1}{3}\)

III đúng, nhóm 1 giao phối ngẫu nhiên: (1AA:2Aa) × (1AA:2Aa) ↔(2A:1a)(2A:1a) →4AA:4Aa:1aa → các con lông đen ở F₁ giao phối ngẫu nhiên: (1AA:1Aa)(1AA:1Aa) → (3A:1a)(3A:1a)→9AA:6Aa:1aa

Tỷ lệ kiểu gen AA ở F₂ là: \(\left( {0,75 \times \frac{8}{9}} \right) \times \frac{9}{{16}} = \frac{3}{8}\)

IV đúng, tỷ lệ kiểu hình lông đen là: \(\left( 0,75\times \frac{8}{9} \right)\times \frac{15}{16}=\frac{5}{8}\)

Sau n thế hệ tự thụ phấn tỷ lệ kiểu gen Aa: $\frac{y}{{{2^n}}} = \frac{{0.5}}{{{2^n}}} = 0.0625 \to n = 3$

Quần thể ban đầu: 90 % A-: 10% aa.

Gọi x là tỷ lệ dị hợp trong quần thể: sau 6 thế hệ tự thụ phấn: $\frac{x}{{{2^6}}} = 0,009375 \to x = 0,6$

Vậy cấu trúc di truyền của quần thể là: 0,3AA:0,6Aa: 0,1aa 

F1 : 0,3AABB : 0,2 Aabb : 0,4 AaBB: 0,1aaBb – quần thể tự thụ phấn

Kiểu gen aaBB chỉ có thể xuất hiện từ 2 kiểu gen ở F1 là : AaBB và aaBb

AaBB, ở F₄ cho aaBB = aa =$0,4 \times \left( {\frac{{1 - {{(1/2)}^3}}}{2}} \right) = 0,175$

aaBb, ở F₄ cho aaBB = BB =$0,1 \times \left( {\frac{{1 - {{(1/2)}^3}}}{2}} \right) = \frac{7}{{160}}$

Vậy F₄ , tỉ lệ kiểu gen aaBB = 0,175 + 7/160 = 7/32= 21,875%

Quần thể ban đầu sau khi loại bỏ ab/ab có cấu trúc di truyền: 0.5AB/ab: 0.5Ab/aB

Kiểu gen AB/ab tự thụ phấn cho tỷ lệ ab/ab = 0.5 × 0.25 =0.125 = 12.5%