유전자풀과 하디·바인베르크 평형

핵심 정리

한 집단의 유전자풀은 그 집단의 대립유전자 종류와 각 빈도로 파악한다. 대립유전자 종류가 같아도 빈도가 다르면 유전자풀은 다르다. 종분화 뒤에는 두 종의 유전자풀이 달라질 수 있으므로, 같다고 미리 전제하지 않는다.이 문항에서 서로 다른 종으로 분화한 A와 B의 유전자풀은 서로 다르다. 유전자풀을 비교할 때는 겉모습이나 대립유전자 종류만 보지 말고 집단별 대립유전자 빈도를 살펴야 한다. 자연 선택은 생존과 번식에 차이를 만들 수 있으며, 그 차이가 유전되는 변이와 관련되면 대립유전자 빈도와 유전자풀이 달라질 수 있다. 자연 선택으로 대립유전자 빈도가 달라지면 유전자풀도 달라진다.

하디·바인베르크 평형은 세대가 바뀌어도 대립유전자 빈도와 유전자형 빈도가 일정하게 유지되는 상태다. 두 대립유전자 A와 a의 빈도를 각각 p, q라 하면 p+q=1이고, 평형 집단의 유전자형 빈도는 AA:p^2, Aa:2pq, aa:q^2이다. p와 q가 주어지면 유전자형 빈도를 구할 수 있고, 유전자형 빈도에서 대립유전자 빈도를 계산할 수도 있다. p+q=1, $p^2+2pq+q^2=1

유전자형 빈도에 집단의 개체 수를 곱하면 해당 유전자형의 개체 수가 된다. 완전 우성에서는 우성 대립유전자를 하나라도 가진 개체가 우성 표현형을 나타내므로, 우성 표현형만으로 두 유전자형을 구별할 수 없다. AA와 Aa는 우성 표현형

자세히

유전자풀은 집단의 유전적 구성을 대립유전자 빈도로 나타낸 것이다. 한 유전자 자리에서 집단 구성원이 가진 대립유전자의 종류와 각 대립유전자가 전체에서 차지하는 비율을 확인한다. 이 비율을 대립유전자 빈도라고 한다. 집단 크기가 달라도 빈도가 같을 수 있고, 집단 크기가 같아도 빈도가 다를 수 있다. 따라서 집단 크기, 유전자형 개체 수, 대립유전자 빈도가 함께 제시되면 각각 무엇을 나타내는 값인지 구별해야 한다.

자연 선택은 형질에 따라 생존과 번식에 차이를 만들 수 있다. 유전되는 변이가 그 차이와 관련되면 특정 유전자형을 가진 개체가 다음 세대 유전자풀에 기여하는 정도가 달라질 수 있다. 그 결과 대립유전자 빈도가 변하면 유전자풀도 달라진다. 한 시점에서 특정 형질이 흔하다는 사실만으로 세대 사이에 유전자풀이 변했는지는 판단할 수 없다. 세대별 빈도나 변화 요인을 비교해야 한다. 자연 선택으로 대립유전자 빈도가 바뀌면 집단의 유전자풀도 달라진다.

종이 다르다는 사실과 집단의 형질 분포가 비슷하다는 사실은 서로 다른 정보다. 겉으로 같은 표현형이어도 유전자형 구성이나 대립유전자 빈도는 다를 수 있고, 분포 그래프의 모양만으로 유전자풀이 같은지 판단할 수도 없다. 이 문항들에서는 종분화 뒤 서로 다른 종의 유전자풀이 다르다고 제시한다. 다만 이를 모든 종에 적용하는 일반 법칙으로 단정하기보다, 해당 종분화 과정과 대립유전자 빈도를 확인해 판단한다. 유전자풀은 집단의 대립유전자 빈도에 따라 정해지며 집단이 달라지면 변할 수 있다.

두 대립유전자가 있는 유전자 자리에서 A의 빈도를 p, a의 빈도를 q라 두면 두 빈도의 합은 전체이므로 p+q=1이다. 평형 집단에서 A를 가진 배우자가 만날 빈도는 p, a를 가진 배우자가 만날 빈도는 q다. 배우자 결합을 빈도의 곱으로 계산하면 AA는 p\times p=p^2, Aa는 두 결합 방향을 합한 pq+qp=2pq, aa는 q\times q=q^2이다. 따라서 세 유전자형의 빈도는 p^2, 2pq, q^2이고, 합은 (p+q)^2=1이다. 하디·바인베르크 평형 집단에서 유전자형 빈도는 대립유전자 빈도의 제곱과 2pq로 주어진다.

대립유전자 빈도 p 또는 q가 주어지면 다른 빈도를 p+q=1에서 구한 뒤 유전자형 빈도를 계산한다. 예를 들어 p를 알면 q=1-p이며, AA, Aa, aa의 빈도는 각각 p^2, 2p(1-p), (1-p)^2다. 세 유전자형 빈도의 합이 1인지 확인하면 계산을 점검할 수 있다.

유전자형 빈도에서 대립유전자 빈도를 구할 때는 각 유전자형이 가진 대립유전자 수를 센다. AA는 A를 두 개, Aa는 A와 a를 하나씩, aa는 a를 두 개 가진다. 유전자형 빈도를 각각 f(AA), f(Aa), f(aa)라고 쓰면 A의 빈도는 f(AA)+\frac12 f(Aa)이고, a의 빈도는 f(aa)+\frac12 f(Aa)다. 두 빈도의 합은 1이다. 개체 수로 계산할 때는 개체마다 대립유전자 두 개가 있음을 반영해 전체 대립유전자 수를 분모로 둔다. 주어진 값이 유전자형 빈도인지 대립유전자 빈도인지 먼저 확인하고 계산 방향을 정한다.