L'un des principes les plus importants de génétique des populations, l’étude de la composition génétique et des différences de populations, est le Principe d'équilibre Hardy-Weinberg. Également décrit comme équilibre génétique, ce principe donne les paramètres génétiques d'une population qui n'évolue pas. Dans une telle population, variation génétique et sélection naturelle ne se produisent pas et la population ne connaît pas de changements dans génotype et allele fréquences de génération en génération.
Le principe Hardy-Weinberg a été développé par le mathématicien Godfrey Hardy et le médecin Wilhelm Weinberg au début des années 1900. Ils ont construit un modèle pour prédire les fréquences de génotypes et d'allèles dans une population non évolutive. Ce modèle est basé sur cinq hypothèses ou conditions principales qui doivent être remplies pour qu'une population existe en équilibre génétique. Ces cinq conditions principales sont les suivantes:
Les conditions nécessaires à l'équilibre génétique sont idéalisées car nous ne les voyons pas se produire d'un seul coup dans la nature. Ainsi, l'évolution se produit dans les populations. Sur la base des conditions idéalisées, Hardy et Weinberg ont développé une équation pour prédire les résultats génétiques dans une population non évolutive au fil du temps.
Cette équation, p2 + 2pq + q2 = 1, est également connu sous le nom de Équation d'équilibre Hardy-Weinberg.
Il est utile pour comparer les changements dans les fréquences des génotypes dans une population avec les résultats attendus d'une population à l'équilibre génétique. Dans cette équation, p2 représente la fréquence prévue de homozygote individus dominants dans une population, 2pq représente la fréquence prévue de hétérozygote les individus, et q2 représente la fréquence prévue des individus récessifs homozygotes. Dans le développement de cette équation, Hardy et Weinberg ont étendu Principes de génétique mendélienne de l'hérédité de la génétique des populations.
L'une des conditions à remplir pour l'équilibre Hardy-Weinberg est l'absence de mutations dans une population. Mutations sont des changements permanents dans la séquence génétique de ADN. Ces changements modifient les gènes et les allèles conduisant à une variation génétique dans une population. Bien que les mutations produisent des changements dans le génotype d'une population, elles peuvent produire ou non des changements phénotypiques. Les mutations peuvent affecter des gènes individuels ou des chromosomes. Les mutations génétiques se produisent généralement mutations ponctuelles ou insertions / suppressions de paires de bases. Dans une mutation ponctuelle, une seule base nucléotidique est modifiée en modifiant la séquence du gène. Les insertions / suppressions de paires de bases provoquent des mutations de décalage de trame dans lesquelles la trame à partir de laquelle l'ADN est lu pendant synthèse des protéines est décalé. Il en résulte la production de défectueux protéines. Ces mutations sont transmises aux générations suivantes par le biais Réplication de l'ADN.
Mutations chromosomiques peut modifier la structure d'un chromosome ou le nombre de chromosomes dans une cellule. Modifications structurelles des chromosomes se produire à la suite de duplications ou de la rupture des chromosomes. Si un morceau d'ADN se sépare d'un chromosome, il peut se déplacer vers une nouvelle position sur un autre chromosome (translocation), il peut s'inverser et être réinséré dans le chromosome (inversion), ou il peut se perdre pendant la division cellulaire (effacement). Ces mutations structurelles modifient les séquences géniques sur l'ADN chromosomique produisant une variation génétique. Des mutations chromosomiques se produisent également en raison de changements dans le nombre de chromosomes. Cela résulte généralement de la rupture des chromosomes ou de l'échec des chromosomes à se séparer correctement (non-disjonction) pendant méiose ou mitose.
À l'équilibre de Hardy-Weinberg, le flux de gènes ne doit pas se produire dans la population. Flux de gènes, ou la migration des gènes se produit lorsque fréquences des allèles dans un changement de population à mesure que les organismes migrent dans ou hors de la population. La migration d'une population à une autre introduit de nouveaux allèles dans un pool génétique existant reproduction sexuée entre les membres des deux populations. Le flux de gènes dépend de la migration entre des populations séparées. Les organismes doivent être capables de parcourir de longues distances ou des barrières transversales (montagnes, océans, etc.) pour migrer vers un autre endroit et introduire de nouveaux gènes dans une population existante. Dans les populations de plantes non mobiles, telles que angiospermes, un flux de gènes peut pollen est transporté par le vent ou par des animaux vers des endroits éloignés.
Les organismes migrant hors d'une population peuvent également modifier la fréquence des gènes. L'élimination des gènes du pool génétique réduit l'occurrence d'allèles spécifiques et modifie leur fréquence dans le pool génétique. L'immigration entraîne des variations génétiques dans une population et peut aider la population à s'adapter aux changements environnementaux. Cependant, l'immigration rend également plus difficile une adaptation optimale dans un environnement stable. le émigration des gènes (flux de gènes sortant d'une population) pourrait permettre une adaptation à un environnement local, mais pourrait également entraîner une perte de diversité génétique et une éventuelle extinction.
Une très grande population, un de taille infinie, est nécessaire pour l'équilibre Hardy-Weinberg. Cette condition est nécessaire pour lutter contre l’impact des dérive génétique. Dérive génétique est décrit comme un changement dans les fréquences alléliques d'une population qui se produit par hasard et non par sélection naturelle. Plus la population est petite, plus l'impact de la dérive génétique est important. En effet, plus la population est petite, plus il est probable que certains allèles deviennent fixes et que d'autres deviennent disparu. L'élimination des allèles d'une population modifie la fréquence des allèles dans la population. Les fréquences alléliques sont plus susceptibles d'être maintenues dans des populations plus importantes en raison de la présence d'allèles chez un grand nombre d'individus de la population.
La dérive génétique ne résulte pas de l'adaptation mais se produit par hasard. Les allèles qui persistent dans la population peuvent être utiles ou nuisibles aux organismes de la population. Deux types d'événements favorisent la dérive génétique et une diversité génétique extrêmement inférieure au sein d'une population. Le premier type d'événement est connu sous le nom de goulot d'étranglement de la population. Populations de goulots d'étranglement résultent d'un effondrement de la population qui se produit en raison d'un certain type d'événement catastrophique qui anéantit la majorité de la population. La population survivante a une diversité d'allèles limitée et une pool de gènes d'où puiser. Un deuxième exemple de dérive génétique est observé dans ce que l'on appelle effet fondateur. Dans ce cas, un petit groupe d'individus se sépare de la population principale et crée une nouvelle population. Ce groupe colonial n'a pas la représentation allélique complète du groupe d'origine et aura des fréquences d'allèles différentes dans le pool génétique relativement plus petit.
Accouplement aléatoire est une autre condition requise pour l'équilibre de Hardy-Weinberg dans une population. Dans l'accouplement aléatoire, les individus s'accouplent sans préférence pour certaines caractéristiques de leur partenaire potentiel. Afin de maintenir l'équilibre génétique, cet accouplement doit également entraîner la production du même nombre de descendants pour toutes les femelles de la population. Non aléatoire l'accouplement est couramment observé dans la nature par sélection sexuelle. Dans sélection sexuelle, un individu choisit un partenaire en fonction de traits jugés préférables. Les traits, comme les plumes aux couleurs vives, la force brute ou les gros bois indiquent une meilleure condition physique.
Les femelles, plus que les mâles, sont sélectives dans le choix des partenaires afin d'améliorer les chances de survie de leurs petits. L'accouplement non aléatoire modifie les fréquences des allèles dans une population, car les individus avec les traits souhaités sont sélectionnés pour s'accoupler plus souvent que ceux sans ces traits. Dans certaines espèce, seuls certains individus peuvent s'accoupler. Au fil des générations, les allèles des individus sélectionnés apparaîtront plus souvent dans le pool génétique de la population. En tant que telle, la sélection sexuelle contribue à évolution de la population.
Pour qu'une population existe dans l'équilibre Hardy-Weinberg, la sélection naturelle ne doit pas avoir lieu. Sélection naturelle est un facteur important évolution biologique. En cas de sélection naturelle, les individus d'une population qui sont les mieux adapté à leur environnement survivre et produire plus de progéniture que des individus qui ne sont pas aussi bien adaptés. Il en résulte un changement dans la composition génétique d'une population, car des allèles plus favorables sont transmis à la population dans son ensemble. La sélection naturelle modifie les fréquences des allèles dans une population. Ce changement n'est pas dû au hasard, comme c'est le cas avec la dérive génétique, mais résulte de l'adaptation environnementale.
L'environnement établit quelles variations génétiques sont les plus favorables. Ces variations se produisent en raison de plusieurs facteurs. Mutation génique, flux de gènes et Recombinaison génétique pendant la reproduction sexuelle sont tous des facteurs qui introduisent des variations et de nouvelles combinaisons de gènes dans une population. Les caractères privilégiés par la sélection naturelle peuvent être déterminés par un seul gène ou par de nombreux gènes (traits polygéniques). Des exemples de traits naturellement sélectionnés comprennent la modification des feuilles dans plantes carnivores, ressemblance des feuilles chez les animauxet comportement adaptatif mécanismes de défense, tel que jouer mort.