Genetika populací pro Windows

Představujeme výukový program “Genetika populací pro Windows”. Program simuluje genetické procesy, které probíhají v různých typech populací v průběhu generací. Je určen především pro výuku genetiky na středních a vysokých školách.

1. Úvod - činnost programu

Program simuluje vývoj genofondu různých populací v průběhu následujících generací.

Kromě počtu jedinců (N) a frekvence recesívní alely (q) lze pro nultou generaci G0 zadat i rozsah procesů, které ruší Hardyho-Weinbergovu rovnováhu (procento autogamních jedinců, selekční koeficienty, rozsah migrace, mutace a genofondu předávaného do následující generace) a vyvolávají např. genetický drift.

Pro orientaci a možnost srovnání je pro každou generaci vypočítána i ideální frekvence genotypů, která by nastala za absolutní platnosti HW zákona a případně i selekčních koeficientů.

Navíc lze v G0 zadat i genotypy jednoho rodičovského páru s možností sledování vývoje genofondu jejich potomků, včetně jejich náhodné distribuce do jednotlivých subpopulací (areálů). Ostatní rodičovské páry jsou vybrány zcela náhodně a mají 0 až 4 potomky, čímž je zajištěn více méně konstantní počet jedinců v následujících generacích.

Pokud se v populaci vyskytuje selekce, dochází samozřejmě ke snižování počtu živých jedinců v dalších generacích a to podle Vámi zadaných hodnot selekčních koeficientů.

Výsledné genotypové frekvence jsou pro jednotlivé generace zapsány v tabulce.

Náhodná distribuce jedinců konkrétní generace do jednotlivých subpopulací (izolátů) je řešena graficky přímo na obrazovce. Obrazovka je rozdělena na určité oblasti (areály) a v nich jsou spočítány genotypové frekvence subpopulace, které se nachází ve Vámi definovaném areálu. Tyto frekvence lze vzít za základ pro G0 a sledovat jejich vývoj s možností porovnání s jinou subpopulací vzniklou stejným postupem.

Vývoj populace v jednotlivých generacích lze zobrazit též grafem.

Další možnosti využití předkládaného programu i s konkrétními úlohami uvádíme dále.

2. Používání programu

Postup při používání programu se obyčejně skládá z následujících činností:

• vytvoření nové populace nebo načtení uložené populace z disku
• prohlížení vzniklých generací
• výpočet dalších generací
• uložení populace na disk
• ukončení práce s programem

Vytvoření nové populace

Jak je zmíněno v základních informacích, program simuluje vznik potomků dle zadaných parametrů. Těmito zadávanými parametry jsou informace o nulté generaci G0.

Po volbě Nová populace z nabídky Populace se na obrazovce objeví následující dialog.

V dialogu jsou (za běhu programu) předem zadané ukázkové hodnoty parametrů. Jestliže Vám vyhovují, stačí pouze stisknout tlačítko OK (nebo Enter).

Poté, co jste zadali (změnili) všechny požadované hodnoty a stiskli Enter, objeví se po chvilce okno s novou populací s vypočtenou první generací.

Pozn. Parametry generace G0 lze též zadat s použitím areálů v okně distribuce jedinců.

Výpočet dalších generací

Poté, co jste vytvořili nové okno populace, byla automaticky vypočtena první generace.

Chcete-li, aby počítač vypočetl následující generaci stiskněte tlačítko .

Chcete-li, aby počítač vypočetl všechny generace až do např. desáté generace

1. stiskněte tlačítko

2. na dotaz o číslu generace odpovězte číslo 10

3. stiskněte Enter

Prohlížení vzniklých generací

Okno populace se skládá ze tří částí:

1. titulkového pruhu

2. prostoru pro výsledky v horní části

3. a ovládacího panelu ve spodní části okna.

Titulkový pruh zobrazuje proces ovlivňující vývoj populace, číslo právě zobrazované generace v prostoru výsledků, počet dosud vypočtených generací.

V prostoru pro výsledky je zobrazena buď

tabulka

distribuce jedinců do areálů

graf vývoje populace

nebo generace G0.

Další generace

Po stisknutí tohoto tlačítka dojde k vypočtení další generace.

Tabulka výsledků

Tabulka výsledků vypadá následovně:

Distribuce jedinců do areálů

Okno distribuce na obrazovce představuje prostor, ve kterém jsou vzniklí potomci umístěni (maximálně 2700 jedinců).

Každý jedinec má na obrazovce svoji značku (šipku):

červená - živý dominantní homozygot (AA)

červená - živý heterozygot (Aa)

červená - živý recesívní homozygot (aa)

šedivá , , - mrtví jedinci

červená na zeleném pozadí , , - živí jedinci, příbuzní rodičů z generace G0

šedivá na zeleném pozadí , , - mrtví jedinci, příbuzní rodičů z generace G0

Okno je rozděleno na čtyři areály. V tabulce výsledků jsou pro každý areál spočteny stejné údaje, jako se počítají pro celou generaci.

Jedince z areálu lze vzít jako základ (jako generaci G0) pro novou populaci. To provedete jednoduše stisknutím myši v areálu, který má jako základ posloužit. Poté se objeví dialog pro zadání parametrů G0 s údaji doplněnými podle Vámi vybraného areálu. Máte možnost údaje pozměnit nebo je odsouhlasit stisknutím Enter.

Graf vývoje populace

Graf vývoje populace pomáhá zobrazit (názorněji než tabulkami) vývoj populace v jednotlivých generacích. Výhodou je zejména možnost ukázat všechny generace najednou.

Graf může zobrazovat jeden z následujících tří údajů o generacích:

1. počty jedinců v jednotlivých generacích

2. frekvence recesívních alel

3. četnosti AA, Aa a aa

Mezi jednotlivými typy grafů se přepíná stlačením příslušného tlačítka ve spodní části grafu:

3. Závěr

Manuál k programu obsahuje úkoly (ukázková zadání), ze kterých vyučující získá inspiraci pro tvorbu vlastních úloh nebo je beze změn přímo využije v pedagogickém procesu. V závěru manuálu je též uveden rejstřík genetických pojmů s jejich definicemi.