Allelfrequenz-Rechner
Berechnen Sie Allel- und Genotypfrequenzen für populationsgenetische Analysen. Testen Sie auf Hardy-Weinberg-Gleichgewicht und analysieren Sie genetische Variation in Populationen.
Beobachtete Genotyp-Anzahlen
Geben Sie die Anzahl der Individuen mit jedem Genotyp in Ihrer Populationsstichprobe ein
Allelfrequenzen
Allelfrequenzen eingeben (müssen sich zu 1,0 addieren)
Allelfrequenzen
Hardy-Weinberg-Gleichung
p² + 2pq + q² = 1
Genotypfrequenzen
| Genotyp | Beobachtet | Beobachtet % | Erwartet (HW) | Erwartet % |
|---|---|---|---|---|
| AA (p²) | ||||
| Aa (2pq) | ||||
| aa (q²) |
Hardy-Weinberg-Gleichgewichtstest
Hinweis: Für HW-Gleichgewichtstests verwenden wir 1 Freiheitsgrad, da wir 1 Parameter (p) aus den Daten schätzen und 3 Genotyp-Kategorien haben (3 - 1 - 1 = 1 df).
Genotyp-Verteilung
Interpretation
Allelfrequenzen verstehen
Die Allelfrequenz (auch Genfrequenz genannt) ist der Anteil eines bestimmten Allels unter allen Allelkopien in einer Population. Es ist ein grundlegendes Konzept in der Populationsgenetik, das uns hilft, genetische Variation, Evolution und Vererbungsmuster auf Populationsebene zu verstehen.
Wichtige Formeln
Allelfrequenzen:
p = (2 × AA + Aa) / (2 × Gesamt)
q = (2 × aa + Aa) / (2 × Gesamt)
p + q = 1
Hardy-Weinberg-Gleichung:
p² + 2pq + q² = 1
- • p² = Frequenz des AA-Genotyps
- • 2pq = Frequenz des Aa-Genotyps
- • q² = Frequenz des aa-Genotyps
Chi-Quadrat-Test:
χ² = Σ [(Beobachtet - Erwartet)² / Erwartet]
Wenn χ² > 3,841 (kritischer Wert bei α=0,05, df=1), HW-Gleichgewicht ablehnen
Hardy-Weinberg-Gleichgewichtsprinzip
Das Hardy-Weinberg-Prinzip, unabhängig formuliert von G.H. Hardy und Wilhelm Weinberg im Jahr 1908, besagt, dass Allel- und Genotypfrequenzen in einer Population von Generation zu Generation konstant bleiben, wenn keine evolutionären Einflüsse vorhanden sind.
Fünf Annahmen für HW-Gleichgewicht:
1. Keine Mutationen
Allelfrequenzen bleiben konstant, da keine neuen Allele durch Mutation eingeführt werden. In Wirklichkeit treten Mutationen auf, aber meist mit so niedrigen Raten, dass ihr unmittelbarer Effekt auf Allelfrequenzen vernachlässigbar ist.
2. Zufällige Paarung
Alle Individuen in der Population haben gleiche Chancen, sich mit jedem anderen Individuum zu paaren. Keine Paarungspräferenzen basierend auf Genotyp. Abweichungen umfassen assortative Paarung, Inzucht oder sexuelle Selektion.
3. Kein Genfluss (Migration)
Keine Immigration oder Emigration von Individuen, die Allele in die Population einführen oder entfernen könnten. Migration kann Allelfrequenzen schnell verändern, besonders in kleinen Populationen.
4. Große Populationsgröße (Keine Gendrift)
Population muss unendlich groß sein, um zufällige Stichprobenfehler (Gendrift) zu verhindern. In kleinen Populationen können Zufallsereignisse große Veränderungen der Allelfrequenzen zwischen Generationen verursachen.
5. Keine natürliche Selektion
Alle Genotypen haben gleiche Fitness - sie überleben und reproduzieren sich mit gleichen Raten. Selektion für oder gegen bestimmte Genotypen wird Allelfrequenzen im Laufe der Zeit verändern.
Wichtiger Hinweis:
Keine natürliche Population erfüllt alle fünf Annahmen perfekt. Das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht dient als Nullhypothese - eine Baseline zum Vergleich. Abweichungen vom HW-Gleichgewicht zeigen an, dass evolutionäre Kräfte auf die Population wirken.
Anwendungen der Allelfrequenz-Analyse
Evolutionsbiologie
- • Natürliche Selektion in Populationen erkennen
- • Evolutionäre Veränderungen im Laufe der Zeit verfolgen
- • Genetische Engpässe oder Gründereffekte identifizieren
- • Anpassung an Umweltveränderungen studieren
- • Verschiedene Populationen oder Arten vergleichen
Naturschutzbiologie
- • Genetische Vielfalt gefährdeter Arten bewerten
- • Auswirkungen der Habitatfragmentierung überwachen
- • Zuchtprogramme für Naturschutz planen
- • Inzuchtdepression erkennen
- • Erfolg von Wiederansiedlungen bewerten
Medizinische Genetik
- • Trägerfrequenzen für genetische Krankheiten schätzen
- • Krankheitsprävalenz in Populationen vorhersagen
- • Genetische Risikofaktoren studieren
- • Pharmakogenetische Variation verstehen
- • Screening-Programme entwerfen
Forensik & Anthropologie
- • DNA-Profiling und Vaterschaftstests
- • Populationsstruktur-Analyse
- • Menschliche Migrationsmuster nachverfolgen
- • Alte DNA-Proben studieren
- • Individuen in gemischten Proben identifizieren
Beispiele aus der Praxis
Sichelzellanämie
In bestimmten afrikanischen Populationen hat das Sichelzell-Allel (HbS) eine Frequenz von etwa 0,1-0,2. Heterozygote (HbA/HbS) haben Resistenz gegen Malaria, was balancierende Selektion demonstriert. Die Population ist NICHT im HW-Gleichgewicht, da Heterozygote einen selektiven Vorteil haben.
Homozygot HbS/HbS: Schwere Anämie
Heterozygot HbA/HbS: Malaria-Resistenz, milde Symptome
Homozygot HbA/HbA: Normal, aber anfällig für Malaria
ABO-Blutgruppen
ABO-Blutgruppenfrequenzen variieren nach Population. In europäischen Populationen: O (45%), A (40%), B (11%), AB (4%). Dies ist eigentlich ein Drei-Allel-System (I^A, I^B, i), aber vereinfachte Zwei-Allel-Berechnungen können zu Bildungszwecken durchgeführt werden.
Mukoviszidose
In europäischen Populationen hat etwa 1 von 2.500 Neugeborenen Mukoviszidose (Genotyp: ff). Mit HW: q² = 1/2500 = 0,0004, also q ≈ 0,02 und p ≈ 0,98. Die Trägerfrequenz (2pq) ≈ 0,039 oder etwa 1 von 25 Personen.
Industriemelanismus (Birkenspanner)
Klassisches Beispiel für schnelle Evolution. Vor der Industrialisierung waren helle Motten häufig (typica). Mit Verschmutzung, die Baumrinde verdunkelte, wurden dunkle Motten (carbonaria) vorteilhaft. Allelfrequenzen verschoben sich innerhalb von Jahrzehnten dramatisch und verletzten eindeutig das HW-Gleichgewicht aufgrund starken Selektionsdrucks.
Faktoren, die das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht stören
| Faktor | Effekt auf Allelfrequenzen | Beispiel |
|---|---|---|
| Natürliche Selektion | Erhöht Frequenz vorteilhafter Allele | Antibiotikaresistenz bei Bakterien |
| Gendrift | Zufällige Veränderungen, stärker in kleinen Populationen | Gründereffekt, Flaschenhalseffekt |
| Genfluss | Führt neue Allele ein oder ändert Frequenzen | Migration zwischen Populationen |
| Mutation | Erzeugt neue Allele (langsamer Prozess) | Neue Krankheitsresistenz-Allele |
| Nicht-zufällige Paarung | Ändert Genotypfrequenzen (nicht Allelfrequenzen) | Inzucht, assortative Paarung |
Referenzen
Das Hardy-Weinberg-Prinzip und populationsgenetische Konzepte basieren auf etablierter wissenschaftlicher Literatur:
Bildungshaftungsausschluss: Dieser Allelfrequenz-Rechner ist für Bildungszwecke in Populationsgenetik konzipiert. Das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht ist ein theoretisches Modell, das ideale Bedingungen annimmt, die in der Natur selten erfüllt werden. Reale Populationen werden von Selektion, Mutation, Migration, Gendrift und nicht-zufälliger Paarung beeinflusst. Chi-Quadrat-Testergebnisse liefern statistische Evidenz, sollten aber im biologischen Kontext interpretiert werden. Für Forschung oder medizinische Anwendungen konsultieren Sie Populationsgenetiker oder genetische Berater.
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