Калькулятор частоты аллелей - инструмент Харди—Вайнберга
Рассчитывайте частоты аллелей, частоты генотипов и равновесие Харди—Вайнберга для любой популяции по числу генотипов или прямому вводу аллелей.
Введите число генотипов (AA, Aa, aa) или прямое число аллелей, чтобы вычислить p, q, ожидаемые частоты генотипов и тест Хи-квадрат для HWE.
Калькулятор частоты аллелей - инструмент Харди—Вайнберга
Рассчитывайте частоты аллелей, частоты генотипов и равновесие Харди—Вайнберга для любой популяции по числу генотипов или прямому вводу аллелей.
О калькуляторе частоты аллелей
Калькулятор частоты аллелей — это инструмент популяционной генетики, который вычисляет основные величины, используемые для характеристики генетической изменчивости в популяции: частоту каждого аллеля, частоту каждого генотипа и то, находится ли популяция в равновесии Харди—Вайнберга (HWE). Эти расчёты необходимы для курсов по генетике и эволюционной биологии, клинической генетики, биологии сохранения и любых исследований, связанных с ДНК-данными на уровне популяций.
Частота аллеля — это самая простая и важная сводная статистика в популяционной генетике. Для системы с двумя аллелями — доминантным A и рецессивным a — частоты аллелей обозначают p (частота A) и q (частота a), причём p + q = 1. При работе с числами генотипов p = (2 × AA + Aa) / (2 × N), где N — общее число диплоидных особей. Знаменатель 2N — это общее число аллелей в популяции, поскольку каждая диплоидная особь несёт две копии. При прямом вводе чисел аллелей p = A / (A + a), q = a / (A + a).
Частоты генотипов показывают, какая доля популяции приходится на каждую из трёх диплоидных генотипических классов: AA (гомозигота доминантная), Aa (гетерозигота) и aa (гомозигота рецессивная). Наблюдаемые частоты генотипов — это просто числа, делённые на N. Ожидаемые частоты генотипов при равновесии Харди—Вайнберга равны p², 2pq и q² соответственно, что предсказывает принцип Харди—Вайнберга.
Принцип Харди—Вайнберга утверждает, что в большой случайно спаривающейся популяции без мутаций, миграции, естественного отбора и генетического дрейфа частоты аллелей и генотипов остаются постоянными из поколения в поколение. Ожидаемые числа генотипов при HWE равны p² × N для AA, 2pq × N для Aa и q² × N для aa. Когда наблюдаемые числа генотипов существенно отличаются от этих ожиданий, говорят об отклонении от HWE, что может указывать на инбридинг, структурированность популяции, естественный отбор в локусе или ошибки генотипирования в лабораторных данных.
Тест Хи-квадрат даёт формальную статистическую основу для решения, превышают ли отклонения от HWE то, что можно ожидать случайно. Статистика теста — это сумма (наблюдаемое − ожидаемое)² / ожидаемое по трём классам генотипов. При 1 степени свободы (2 аллеля, 3 генотипа, 1 ограничение) критическое значение при p = 0,05 равно 3,841. Значение Хи-квадрат ниже 3,841 совместимо с HWE; значение выше указывает на статистически значимое отклонение.
Практическое применение очень широкое. В клинической генетике проверка SNP на HWE — стандартный этап контроля качества: систематическое отклонение HWE в контрольных данных генотипирования указывает на партионные эффекты или ошибки генотипирования. В биологии сохранения отклонение HWE в малых или фрагментированных популяциях может указывать на инбридинг-депрессию или генетические бутылочные горлышки. В судебной генетике предположения HWE лежат в основе правила произведения, используемого для расчёта вероятности случайного совпадения ДНК-профиля. Понимание p и q для аллелей, связанных с болезнями, также позволяет эпидемиологам оценивать частоту носителей по формуле 2pq.
Примеры частоты аллелей
Реальные сценарии популяций с числами генотипов, частотами аллелей и ожиданиями Харди—Вайнберга.
| Популяция | p / q | Оценка HWE |
|---|---|---|
| 50 AA, 30 Aa, 20 aa (N=100) | p = 0.6500, q = 0.3500 | Ожидается: AA 42.25, Aa 45.50, aa 12.25. Хи-квадрат ≈ 7.14 — отклонение от HWE. |
| 10 AA, 80 Aa, 10 aa (N=100) | p = 0.5000, q = 0.5000 | Преобладают гетерозиготы. Ожидается: AA 25, Aa 50, aa 25. Хи-квадрат ≈ 36 — сильное отклонение от HWE (избыток гетерозигот). |
| 120 аллелей A, 80 аллелей a | p = 0.6000, q = 0.4000 | Режим прямого ввода аллелей. N оценивается как 100. Ожидается: AA 36, Aa 48, aa 16. |
| 3 AA, 2 Aa, 5 aa (N=10) | p = 0.4000, q = 0.6000 | Малая популяция. Ожидается: AA 1.6, Aa 4.8, aa 3.6. Малые выборки делают тест HWE ненадёжным. |
Как пользоваться калькулятором частоты аллелей
- Выберите способ ввода: 'Число генотипов', если у вас есть числа AA, Aa и aa, или 'Число аллелей', если у вас есть прямые числа каждого аллеля.
- Для числа генотипов: введите количество особей с доминантной гомозиготой (AA), гетерозиготой (Aa) и рецессивной гомозиготой (aa).
- Для числа аллелей: введите количество аллелей A и a. При желании можно указать общее число особей, чтобы получить масштабированные ожидаемые значения HWE.
- Нажмите Вычислить. Инструмент покажет p и q, общее N, ожидаемые числа генотипов при HWE и, при вводе по генотипам, тест Хи-квадрат для отклонения от HWE.
- Нажмите Сбросить, чтобы очистить все поля и начать новый расчёт.
FAQ по калькулятору частоты аллелей
Что означают p и q в генетике?
В системе с двумя аллелями p — это частота доминантного аллеля (A), а q — частота рецессивного аллеля (a). Они всегда в сумме дают 1 (p + q = 1), потому что каждый аллель в локусе должен быть либо A, либо a. Частоты аллелей варьируют от 0 (аллель отсутствует) до 1 (аллель фиксирован в популяции).
Что такое равновесие Харди—Вайнберга?
Равновесие Харди—Вайнберга (HWE) описывает теоретическое состояние популяции, в которой частоты аллелей и генотипов остаются постоянными из поколения в поколение. Для этого нужны пять условий: большая популяция, случайное скрещивание, отсутствие мутаций, отсутствие миграции и отсутствие естественного отбора. При HWE ожидаемые частоты генотипов равны p² (AA), 2pq (Aa) и q² (aa).
Почему моя популяция может отклоняться от HWE?
К распространённым причинам отклонения HWE относятся инбридинг (снижает гетерозиготность), структура популяции (смешение генетически различающихся подгрупп), сильный естественный отбор в локусе, недавняя миграция или ошибки генотипирования в лабораторных данных. Избыток гомозигот указывает на инбридинг; избыток гетерозигот может свидетельствовать о структуре популяции или преимуществе гетерозигот.
Как интерпретировать тест Хи-квадрат для HWE?
Статистика Хи-квадрат измеряет разницу между наблюдаемыми и ожидаемыми числами генотипов. При 1 степени свободы значение ниже 3,841 не является статистически значимым на уровне 5% (совместимо с HWE). Значение выше 3,841 указывает на значимое отклонение от HWE. Учтите, что при очень маленьких выборках (N < 20) приближение Хи-квадрат ненадёжно и предпочтителен точный тест.
Можно ли использовать этот калькулятор для X-сцепленных локусов?
Стандартные формулы Харди—Вайнберга, показанные здесь, применимы к аутосомным локусам. Для X-сцепленных локусов мужчины гемизиготны (несут только один аллель), поэтому частота рецессивного фенотипа у мужчин равна q, а не q². Для X-сцепленных локусов нужен отдельный анализ HWE, хотя расчёт частот аллелей (p и q) по женским генотипам использует ту же формулу.
Какова типичная частота аллеля для распространённого варианта, связанного с болезнью?
Распространённые SNP, связанные с болезнями и выявленные в полногеномных ассоциативных исследованиях (GWAS), часто имеют частоту минорного аллеля (MAF) от 0,05 до 0,50. Редкие менделевские варианты могут иметь частоты намного ниже 0,01 (1%). Частота носителей рецессивной болезни равна 2pq, поэтому для рецессивного аллеля с q = 0,01 частота носителей составляет примерно 2 × 0,99 × 0,01 ≈ 2%.