หน่วยที่ 2: พันธุกรรมและการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม

2.2 การวิเคราะห์ข้อมูลประชากรทางพันธุกรรม

ความหลากหลายทางพันธุกรรมและการคำนวณความถี่อัลลีล (ใช้สมการ Hardy-Weinberg)
ความหลากหลายทางพันธุกรรม (Genetic Diversity) เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญในการศึกษาประชากรทางพันธุกรรม เนื่องจากความหลากหลายของยีนในประชากรสามารถบ่งชี้ถึงศักยภาพในการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและความสามารถในการอยู่รอดของสายพันธุ์

เพื่อวิเคราะห์ความหลากหลายทางพันธุกรรมในประชากร เราสามารถใช้ สมการ Hardy-Weinberg ซึ่งเป็นสมการที่ใช้ในการคำนวณความถี่ของอัลลีลในประชากรที่สมดุล โดยสมการนี้มีสมมติฐานว่าประชากรต้องมีขนาดใหญ่ ไม่มีการกลายพันธุ์ การสุ่มเลือกคู่ครอง การเลือกตามธรรมชาติ หรือการย้ายถิ่นของประชากร

สมการ Hardy-Weinberg:
สมการที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของอัลลีลในประชากรมีดังนี้:

$$p^2+2pq+q^2=1$$

โดยที่:

• $p^2$ = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะเด่นแบบโฮโมไซกัส (Homozygous Dominant)
• $2pq$ = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะเด่นและด้อยแบบเฮเทอโรไซกัส (Heterozygous)
• $q^2$ = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะด้อยแบบโฮโมไซกัส (Homozygous Recessive)

นอกจากนี้ $p$ คือความถี่ของอัลลีลเด่นในประชากร และ $q$ คือความถี่ของอัลลีลด้อยในประชากร โดยมีสมการที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความถี่อัลลีลดังนี้:

$$p+q=1$$

ตัวอย่าง:
สมมติว่าในประชากรหนึ่ง มี 16% ของประชากรที่มีลักษณะด้อยแบบโฮโมไซกัส (aa) เราสามารถคำนวณความถี่ของอัลลีล $q$ (อัลลีลด้อย) ได้โดย:

$$q^2=0.16⟹q=0.4$$

จากสมการ $p+q=1$ เราสามารถหาค่าของ $p$ (อัลลีลเด่น) ได้ดังนี้:

$$p=1-0.4=0.6$$

จากนั้น เราสามารถคำนวณความถี่ของจีโนไทป์อื่น ๆ ได้โดยใช้สมการ Hardy-Weinberg:

• $p^2=(0.6{)}^2=0.36$ หรือ 36% ของประชากรมีลักษณะเด่นแบบโฮโมไซกัส (AA)
• $2pq=2(0.6)(0.4)=0.48$ หรือ 48% ของประชากรมีลักษณะเด่นและด้อยแบบเฮเทอโรไซกัส (Aa)

ดังนั้น ประชากรนี้จะประกอบด้วย 36% AA, 48% Aa และ 16% aa

การเรียนรู้เชิง STEM:
นักเรียนสามารถใช้สมการ Hardy-Weinberg ในการคำนวณความถี่ของอัลลีลและจีโนไทป์ในประชากรจำลอง เพื่อทำความเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลงของความหลากหลายทางพันธุกรรมภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ เช่น การกลายพันธุ์หรือการย้ายถิ่นของประชากร การทดลองนี้จะช่วยให้เห็นภาพชัดเจนถึงผลกระทบของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงในประชากรทางพันธุกรรม