Эффект родоночальника в генетическом дрейфе. Примеры
Генетический дрейф может объяснять высокую частоту патологического аллеля болезни в популяции. Например, когда в небольшой популяции происходит новая мутация, ее частота представлена только одной копией среди всех копий данного гена в популяции.
Случайные эффекты среды или другие случайные события, не зависящие от генотипа и происходящие в небольшой популяции, могут вызвать значимые изменения в частоте аллеля болезни. В течение нескольких последующих поколений, несмотря на небольшой популяционный размер новой группы, могут появится значительные колебания в частоте гена. Эти изменения, вероятно, сглаживаются при увеличении размера популяции.
В отличие от потока генов, при котором частоты аллелей изменяются вследствие миграции, механизм генетического дрейфа случайный.
Эффект родоначальника в дрейфе генов
Когда из большей популяции отделяется небольшая субпопуляция, частоты генов в небольшой популяции могут отличаться от популяции, из которой она происходит, поскольку новая группа содержит небольшую случайную часть базовой группы и может не иметь те же частоты генов. Такая форма генетического дрейфа известна как эффект родоначальника.
Если один из родоначальников новой группы чисто случайно оказался носителем сравнительно редкого аллеля, то этот аллель будет иметь в дальнейшем более высокую частоту, чем в основной группе. Один из примеров — высокая встречаемость болезни Гентингтона в регионе озера Маракайбо в Венесуэле, но есть другие многочисленные примеры эффекта родоначальника, включающие аллели различных болезней в генетических изолятах по всему миру.
Эффект родоначальника хорошо иллюстрируется на примере старообрядцев амишей, религиозного изолята европейского происхождения, поселившихся в Пенсильвании и создавших множество небольших генетически изолированных общин по всем Соединенным Штатам и в Канаде. Старообрядцы амиши имеют большие семьи и высокую частоту кровнородственных браков.
Встречаемость специфических редких аутосомно-рецессивных синдромов, например, синдрома Эллиса-Ван Кревельда с карликовостью, короткими конечностями, полидактилией, аномалиями ногтей и зубов и высокой частотой врожденных пороков сердца в некоторых (но не всех) общинах амишей, — иллюстрация эффекта родоначальника.
Популяция французских канадцев также имеет высокие частоты определенных заболеваний, редко встречающихся где-нибудь еще. Одна характерная болезнь сравнительно изолированного региона Лак-Сен-Жан в провинции Квебек — наследственная тирозинемия I типа, аутосомно-рецессивное заболевание, вызывающее дисфункцию печени и почечных канальцев вследствие недостаточности фумарилацетоацетазы, фермента метаболизма тирозина.
Болезнь в других частях Квебека и в Норвегии и Швеции имеет суммарную частоту около 1/100 000, но 1/685 в регионе Сагеней-Лак-Сен-Жан. Как и ожидалось при эффекте родоначальника, 100% мутантных аллелей у пациентов Сагеней-Лак-Сен-Жан — следствие одной и той же мутации в донорском сайте сплайсинга интрона 12.
Популяция Финляндии, длительно находившаяся в генетическом изоляте вследствие географических, языковых и культурных особенностей, за последние 300 лет выросла от 400 000 до почти 5 млн человек. Изоляция и значительный прирост вызвали в финской популяции свой спектр моногенных заболеваний. Отмечены высокие частоты, по крайней мере, 20 болезней, редко встречающихся где-нибудь еще. Например, хороидеремия, очень редкое Х-сцепленное дегенеративное заболевание глаз, во всем мире описано только около 400 случаев. Тем не менее более одной трети общего числа пациентов происходит из небольшого региона в Финляндии, где проживают члены большой семьи, происходящей от одной пары, образованной в 1640-е годы.
Другая генетическая болезнь финнов — гиперорнитинемия с круговой атрофией сосудистой оболочки и сетчатки глаз, аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное недостаточностью орнитин-аминотрансферазы и ведущее к потере зрения в молодом возрасте. Как и следовало ожидать при эффекте родоначальника, в большинстве, казалось бы, неродственных случаев атрофии в Финляндии обнаружена одна мутация в гомозиготной форме, не описанная в других случаях вне Финляндии. И наоборот, заболевания, частые в других европейских популяциях, например ФКУ, весьма редки в Финляндии.
Таким образом, одним из результатов эффекта родоначальника и дрейфа генов является то, что каждая популяция может характеризоваться своими собственными конкретными мутантными аллелями, а также их увеличением или уменьшением при конкретных болезнях. Как показывают примеры, дрейф генов и эффект родоначальника могут способствовать высокой встречаемости не только благоприятных или хотя бы нейтральных, но и реально патологических аллелей.
Относительная мобильность большинства современных популяций, по сравнению с их предками всего нескольких поколений назад, в будущем может уменьшить эффект дрейфа генов по мере повышении эффекта потока генов.
