BÖLÜM IV

GEN FREKANSINI DEĞİŞTİREN AMİLLER

 

 

IV.4- Seleksiyon

 

Seleksiyon, gen frekansında, mutasyon ve/ya göç olmaksızın tek bir yönde sistematik değişiklik meydana getiren bir işlem olarak tanımlanabilir ve bu işlemler çok çeşitli şekillerde olabilir ve birçok sebeple ortaya çıkabilir. Seleksiyon denilen işlemin olması için, birden fazla allel olması gerekir, yani p=0 veya p=1 olduğunda seleksiyon gen frekansında bir değişiklik yapmaz. Böyle bir populasyonda seleksiyonun etkili olması için farklı bir allelin zuhur etmesi gerekir.

 

       Seleksiyon denilen işlemler neler olabilir? Seleksiyon, gametik veya zigotik (bitkilerde gametofitik veya sporofitik) dönemde uygulanmış olabilir. Genotipler belirli bir yaşa kadar yaşama şansı veya dölleme/döllenme, cinsel olgunluk yaşı ve süresi gibi bazı özellikler bakımından farklı olabilirler. Belirli genleri taşıyan gametlerin canlı kalma ve döl verme güçleri farklı olabilir. Bütün bu seleksiyon işlemlerini tek bir tanım altında toplayacak olursak, bazı genotiplerin diğerlerinden daha fazla döl verme şansına sahip olması, diyebiliriz. Böylece seleksiyonu, genotiplerin “ertesi generasyona, döl generasyonuna katkı” özelliğine ait fenotipik değerleri cinsinden ölçme imkânı bulmuş oluyoruz.

 

Bu seleksiyon, tabiatta, insanın kontrolü altında olmayan bazı faktörler tarafından yapılıyorsa, buna, tabii seleksiyon denilir. Birçok kültür populasyonunda, verim veya renk gibi ekonomik veya estetik üstünlüğü olan fenotiplere, insanoğlu, daha fazla döl verme şansı sağlar ki, buna da sun’i seleksiyon denilir.

 

Aslında tabii seleksiyon da fenotiplere yapılan bir muameledir. Bir populasyon içinde bireyler, gerek yaşama ve gerek döl verme özellikleri bakımından aynı performansa sahip olmayabilirler. Böyle bir durumda bireylerin ertesi generasyona katkıları aynı olmayacaktır. Bir bireyin ertesi generasyona katkısı, o bireyin fitness’i veya adaptif değeri veya selektif değeri olarak bilinir.* Burada söz konusu olan, bireyler arasındaki yaşama ve döl verme kabiliyetleri bakımından farklılıklar, bütün bir fenotip bakımından farklılıklardır. Yani seleksiyon, organizmanın bütün bir genotipik yapısının ve gelişme süresince içinde bulunduğu muhtelif çevre etkilerinin kontrolü altında ortaya çıkan bütün bir fenotipi üzerinde icra edilen bir operasyondur. Eğer bireyler arasında fitness bakımından farklılık, belirli bir genin varlığına bağlı olarak değişiyorsa, seleksiyon, bu durumda o genin frekansını değiştirici bir etkiye sahiptir. Ancak bu etki, mutasyonun gen üzerinde direk etkisi gibi değildir. Söz konusu genin bulunduğu lokus bakımından bireyin genotipi, fitness üzerinde nasıl bir fenotipik katkıya sahipse seleksiyonun o lokustaki genlerin frekansını değiştirici etkisi de ona göre olacaktır. Onun için, seleksiyonun belirli bir lokustaki etkisini izah eden bir model kurmak için, o lokustaki muhtelif genotiplerin fitness değerlerini, yani fitness üzerindeki fenotipik katkılarını tanımlamak gerekir:

 

Bir populasyonda belirli bir genotipteki bireylerin ortalama döl sayısı, o genotipin mutlak (veya gerçek) fitness değeri olarak bilinir. Ancak bunun yerine daha çok kullanılan bir ölçü, genotipleri fitness değerlerini belirli bir genotipin fitness değerine nisbi olarak bulmaktır. Bu şekilde bulunan değere relâtif fitness adı verilir. Meselâ bir populasyonda AA, Aa ve aa genotipli bireylerin ergin çağa kadar yaşayan ortalama döl sayıları, sırası ile 4,3 ve 1 ise, bu genotiplerin gerçek fitness değerleri 4, 3 ve 1’dir. Relâtif fitness değerleri ise, bunlardan herhangi birine nispet edilerek bulunan değerlerdir. Meselâ AA’nın fitness’i baz olarak alınırsa AA’nın relâtif fitness değeri 4/4=1, Aa’nın ki, ¾=0.75, ve aa’nın ki ¼=0.25 olacaktır.

 

Burada misal olarak ergin yaşa kadar yaşayan döl sayısı verildi. Fitness olarak, gerçekten de, ergin yaşa kadar yaşayan, yani döl verme yaşına kadar yaşayan döllerin sayısı alınır. Türkçe döl verme kabiliyeti veya selektif üstünlük olarak tanımlanan ölçülerin, hangi yaşa kadar yaşayan döl sayısını ölçtüğü, çeşitli çalışmalarda farklı tanımlanmaktadır.  Kümes hayvanlarında, kuluçkadan çıkan civciv sayısı, konan yumurtaya oranlanarak söylendiği zaman kuluçka randımanı, döllü yumurta sayısına oranlanarak söylendiği zaman ise, çıkış gücü olarak tanımlanmaktadır. Bunların her ikisi de döl verme kabiliyetini gösteren özellikler olmakla birlikte, burada tanımlanan fitness değeri olarak alınamazlar. Fitness, ergin yaşa gelen civcivlerin sayısıdır.

 

Seleksiyonun etkisini daha iyi kavramak için bu dersin başından beri ele alınan iki allelli bir lokus düşünelim. Seleksiyon, döllerin genotipleri bakımından söz konusu olsun, yani gametik dönemde değil de zigotik dönemde etkili olsun. Heterozigot genotipe nazaran AA, Aa ve aa genotiplerinin relâtif fitness değerleri sıra ile w,1 ve v olsun. t.nci generasyonda A ve a genlerinin frekansları p ve q ise, t+1.inci generasyonda meydana gelen zigotların nisbi miktarları, gamet döneminde bir seleksiyon olmadığı varsayıldığından, p², 2pq ve q² olacaktır. Seleksiyondan sonra ise bu nispetler, wp², 2pq ve vq² olacaktır. Bu durumda A geninin frekansı, p’,

           

(IV.1)              

olur. Burada , ortalama fitness olarak bilinir. Gen frekansında bir generasyonda meydana gelen değişme de,

(IV.2)              

Denge frekansları ancak, Δp=0 halinde gerçekleşeceğinden, =0 veya  veya

(IV.3)              

halinde ortaya çıkar. (IV.11)’den kolayca, q=1-p olduğundan,

(IV.4)              

bulunur. Burada kullanılan notasyon, cebirsel işlemleri kolaylaştırmaktadır. w yerine 1-s, v yerine de 1-t koyup, heterozigot genotipin fitness değerini yine standart olarak 1 kabul ederek sonuçları aşağıdaki gibi verebiliriz (Wright, 1969):

=0 ve =1 denge frekansları populasyonun sabitleştiği (homozigotlaştığı) denge frekanslarıdır. =(v-1)/(w+v-2) denge frekansı ise, polimorfik bir denge anlamı taşır. Bu üç denge halini, w ve v’ nin 1’e karşı muhtelif durumları için tartışacağız, w>v kabul edeceğiz.

     

IV.4.1- w>1³v hali: Heterozigotlar, homozigotlar arası bir fitness değerine sahiptir. (IV.12)’den hemen görülebilir ki, bu bir çözüm değeri değildir. Çünkü bu durumda,  ise <0;  ise >1 gibi gen frekansı olamayacak değerler söz konusudur. =0 halinde de denge unstable (durağan değil) olarak bilinir. Yani p ’nin sıfıra çok yakın değerlerinde bile Δp>0; p>0 için IV.10 numaralı eşitliğin daima sıfırdan büyük olduğu görülür.

 

Misal: IV.3- w=2, v=1 için p ’nin çeşitli değerlerine karşılık Δp’nin alacağı değerlerin grafiğini çiziniz. (Şekil:IV.1, beyaz eğri)

 

Seleksiyonun gen frekansı üzerine etkisi, ortalama fitness değerini de generasyonlar boyunca değiştirecektir. Durağan denge noktası olan p=1 ‘de ortalama fitness değeri,

            

olacaktır.

 

Buradaki gibi, belirli bir allel bakımından homozigotlar lehine seleksiyona tek yönlü (directional) seleksiyon denir. Nitekim gördüğümüz gibi, bu seleksiyonun nihai sonucu =1, yani o gen için homozigotlaşmadır. Ancak populasyonda tam bir homozigotlaşma, tek yönlü seleksiyon halinde bile gerçekleşmeyebilir. Çünkü diğer amillerin etkisi her zaman mümkündür.

 

IV.4.2- w=1>v hali: Yani A geni alleline, fitness değeri bakımından tam dominant. Üç denge frekansından ikisinin aynı olduğu, yani eşitlik IV.12’nin de çözümünün =1 olduğu görülür. Burada da =0 çözümü, durağan olmayan bir denge noktasıdır. ’nin 0’dan olan limit bir oynaması bile p ‘nin 1’e yönelmesine yol açar. Yine, p’nin her değeri için Δp>0 olduğu gösterilebilir.

 

Misal: IV.4- w=1, v=0.5 için Δp’nin p’de değişimini çiziniz. (Şekil:IV.1, sarı eğri)

Bu durumda da sadece denge frekansı p=1 durağandır ve bu frekansta ortalama fitness değeri w olacaktır.

 

IV.4.3- 1>w>=v hali: Bu durumda heterozigotların selektif üstünlükleri vardır, yani fitness bakımından bir üstün dominanslık söz konusudur. Bu gibi seleksiyon mekanizmaları “heterozygotesuperiority” olarak isimlendirilir. Mümkün olan üç denge halinin durağan olup olmadığına bakalım. IV.10 numaralı eşitlikten görülebilir ki,

 

Bu, üçüncü denge noktasının, her iki taraftan yaklaşılan, dolayısı ile, durağan bir denge noktası olduğunu gösterir.

 

           Şekil: IV.1- Gen frekansının çeşitli seleksiyon hallerinde değişimi. Beyaz: w=2, v=1. Sarı: w=1, v=0.5. Yeşil: w=v=0.5. Mavi: w=v=2.

         

                        

 

Misal: IV.5- Ekstrem bir üstün dominans hali olarak w=v=0.5 halinde, p’ nin çeşitli değerlerinde gen frekansındaki değişimi inceleyelim. (Şekil: IV.1, yeşil eğri)

 

Şekil IV.1’in incelenmesinden anlaşılacağı üzere, heterozigotların üstünlüğü halinde, eşitlik IV.10’da verilen üçüncü denge hali durağandır. Bunun populasyonun genetik yapısı bakımından önemi, üstün dominantlık halinde, seleksiyonun polimorfizmi muhafaza ediyor olmasıdır. Populasyonda genetik varyasyon, önceki seleksiyon hallerinde de var olabilir; ancak o durumlarda seleksiyon polimorfizme karşı çalışan bir mekanizmadır; varsa populasyonda bir polimorfizm, bunu seleksiyondan gayri amiller sağlamaktadır.

 

Seleksiyonun bu mekanizmasına “stabilizing selection” denilmektedir. Ne var ki, tabiatta çokça rastlanan polimorfik durumların bu seleksiyon mekanizması ile açıklanabildiği misaller fazla değildir. İnsanlarda β-hemoglobin lokusu gibi bazı misaller verilebilmektedir (Hartl, 1981).

 

IV.4.4- w>v>1 hali: Bu durumda fitness değerleri heterozigotların aleyhinedir. Onun için, seleksiyonun bu tarzda çalışması, “heterozygoteinferiority” olarak isimlendirilmekte, böyle seleksiyon mekanizmalarına “disruptive selection” denilmektedir. Nitekim p=0 ve p=1 durumunda dengenin durağan olduğu eşitlik IV.10’un incelenmesinden kolayca görülebilir. Eşitlik IV.10 ile verilen üçüncü denge hali ise durağan değildir. Gen frekansının başlangıç değerine bağlı olarak, bu seleksiyon mekanizmasına tabi bazı populasyonlar p=0, bazıları p=1 değerine yönelecek demektir. Dolayısı ile burada global bir denge durumu yoktur. Buna karşılık heterozigot üstünlüğü için durağan olan IV.12 numaralı denge hali globaldir; heterozigot üstünlüğü söz konusu olan her populasyon, başlangıç frekansından bağımsız olarak, bu 0 ile 1 arasındaki değere yönelir.

 

Misal: IV.6- Heterozigotluk dezavantajına bir misal olarak w=v=2 değerleri için p ’nin çeşitli değerlerinde gen frekansındaki değişimi inceleyiniz. (Şekil: IV.1, mavi eğri)

 

 

IV.4.5- Seleksiyonun Ortalama Fitness üzerine Etkileri:

 

Buraya kadar anlaşılmış olmalıdır ki, seleksiyon gen frekanslarını bir dengeye doğru değiştirmektedir. Bu denge ya tam bir homozigotlaşma hali, ya da polimorfik bir denge noktası olabilir. Populasyonun genetik yapısındaki bu etkiler önemli olmakla beraber, seleksiyonun, populasyonun içinde bulunduğu muhite adaptasyonunu nasıl etkilediğini anlamak da önemlidir. Şu ya da bu istikamette çalışan seleksiyon, populasyonun yaşama ve döl verme kapasitesini, dolayısı ile genişliğini, generasyondan generasyona acaba nasıl etkilemektedir?

 

Belirli genotipten bir bireyin döllerinin, doğumdan cinsi olgunluğa kadar yaşama şansını generasyondan generasyona sabit kabul edelim. Bu durumda, populasyon genişliğindeki değişme hızı, populasyonun ortalama fitness değerine bağlı olacaktır. Yani, ortalama fitness’te, gen frekansındaki değişmelerden kaynaklanan bir değişme, populasyonun büyüme hızını etkiler. Aynı muhitte yaşayan ve birbirinden tecrit olmuş iki populasyon düşünelim. Bunlar arasında yaşama kabiliyeti bakımından bir rekabet varsa, büyüme hızı fazla olan populasyon er geç hakimiyet kuracaktır. Bu bakımdan büyüme hızını, adaptasyon seviyesinin bir ölçüsü olarak almak mümkünüdür. İşte bu yüzden, ortalama fitness’teki değişmelerin populasyonun büyümesini ve dolayısı ile adaptasyon kabiliyetini etkilemesi üzerinde durmak gerekmektedir.

 

Ortalama fitness’in, p’ye göre türevi,

(IV.5)              

olduğundan, gen frekansındaki değişme, eşitlik IV.2’den,

(IV.6)              

olarak bulunur. (w-1)p-(v-1)q ifadesi gen ikamesinin fitness üzerine ortalama etkisi olarak bilinir ve α ile gösterilir. Bu kavram, daha sonra, kantitatif genetik parametreler arasında ele alınacaktır. Gen frekansındaki değişme bu α cinsinden yazılacak olursa eşitlik IV.6

            

şeklini alır.

 

Ortalama fitness’in, p ’ye göre ikinci dereceden türevi,

            

olup daha yüksek dereceden türevleri sıfırdır. p ’deki değişmeden ortalama fitness’in etkilenmesini görmek üzere Taylor serisine açılımından yararlanılabilir:

(IV.7)     

 

Eşitlikten kolayca görülebileceği gibi, ortalama fitness’te değişmenin sıfır olma şartları, gen frekansında değişmenin sıfır olma şartları ile aynıdır (p=0, p=1 veya α=0), diğer durumlarda ise  daima pozitiftir. Demek oluyor ki, populasyonun ortalama fitness değerinde daima bir artış vardır. Ortalama fitness’teki bu artış, Fishertarafından “Fundamental Theorem of Natural Selection” olarak ifade edilmiştir (Jacquard 1974):

“Bir populasyonun ortalama selektif değerindeki artış hızı, yaklaşık olarak ortalama selektif değer bakımından genetik variyansa nisbidir.” Gerçekten eğer fitness bakımından bir dominantlık yoksa (yani w=2, v=0 ise),

            

olur. Terimin paydası da bu durumda 2p olacağından  olacaktır. Terimin payı ise, daha sonra, kantitatif genetik parametreler arasında görüleceği gibi, fitness değerinin eklemeli genetik varyansıdır. Demek oluyor ki, dominantlık yok ise, ortalama fitness’te değişme,

olur.

 

Birden fazla lokus düşünüldüğünde, ortalama fitness’in seleksiyonla en yükseğe ulaşması gerekmediği gösterilmiştir (Kojima ve Kelleher 1961). Frekansa bağlı (sabit olmayan) fitness durumunda da keza, seleksiyonun ortalama fitnessi artırması beklenmez.

 

Gen frekansı seleksiyonla değiştiği zaman, bazı bireyler yaşama ve döl verme başarısızlığı anlamında, “genetik ölüm” e maruz kalırlar. Ortalama fitness geriye kalan kısmı ifade eder. Populasyonun genetik ölüme maruz kalan kısmına “load” tabir edilmektedir. Buna göre load, seleksiyondan önceki ve sonraki kompozisyonlar arası farktır:

(IV.8)              

Buraya kadar ele aldığımız iki allelli bir lokus modeli seleksiyonu çalışmak için ne kadar yeterlidir? Fitness ya da seçilme yeteneğini, bir özellik olarak ele almak yerine bir özellikler bütünü olarak ele almak daha doğrudur. Bu özelliklerin her biri üzerine etki eden birçok genin bulunduğu ve bunların interaksiyon halinde olduğu düşünülürse seleksiyonun daha ileri modellerle çalışılması gerektiği de daha iyi anlaşılır. Fitnesin bazı unsurları üzerinde pleyotropik etkili genlerin etkisi olabilir. Meselâ yaşama kabiliyeti üzerinde olumlu, üreme kabiliyeti üzerinde olumsuz etkili olan bir gene sahip bir birey sonuç olarak çok küçük bir toplam fitness değerine sahip olacak demektir (Hartl ve Clark 2007).

 

IV.5- Mutasyon ve Seleksiyonun Birlikte Etkileri

 

Mutasyon ve seleksiyonun birlikte etkilerini tek tek etkilerinin toplamı olarak alacağız; buna eklemeli model denir. Müşterek denge, her iki etkiden ileri gelen toplam değişmenin sıfır olduğu durumdur. Gen frekansında, bir generasyonda, seleksiyondan ileri gelen değişme, Eşitlik (IV.10)’dan,

     

buna ilâveten mutasyondan ileri gelen değişme, eşitlik IV.7’den,

olup, her iki amilin müşterek etkili olacağı durumda denge,    Δp_s+Δp_m=0, olarak verilir. Notasyon karışıklığını önlemek için mutasyon v ’sini y olarak gösterelim:

 

(IV.9)                   

 Bu eşitlik, bazı varsayımlar altında incelenecektir. a alleli istenmeyen bir resesif allel olsun. Fitness değerleri, teamül olarak, AA için w=1, Aa için 1-h.s ve aa için 1-s olarak tanımlansın. y, a’ dan A’ ya mutasyon hızı, genellikle beklendiği gibi, küçük olsun; öyle ki, yq~0. Populasyon, seleksiyonla elimine edilen a genlerinin nisbi miktarı, mutasyonla oluşan a’ların nisbi miktarına eşit olduğu zaman, dengeye ulaşmış olacaktır. Kolaylık için, önce tam dominantlık varsayalım, yani h=0 olsun. Bu durumda

 

ve yq=0 alınabileceğinden . Buradan müşterek denge frekansı

Eşitliğinin çözümünden

ve buradan

bulunur. us~0 kabul edilirse,

(IV.10)                        

olur. Burada dikkat edilmesi gereken bir husus, ortalama fitness değeridir. Tam dominantlık olduğu için (h=0), q’nun denge değerini yerine koyarak ortalama fitness,

 

(IV.11)                        1-q²s=1-(u/s)s=1-u

 

Eğer mutasyon olmasaydı, a alleli tamamen elimine olacaktı, yani q=0 ve populasyonun ortalama fitness değeri 1 olacaktı. Demek ki, mutasyon, populasyonda,

istenmeyen resesif allel a’nın çok küçük değerlerde bulunmasını sağlamaktadır.  Ortalama fitnesste mutasyon yüzünden azalma 1-(1-u)=u olup, buna “mutasyonel load” denir.

 

Tam dominantlık yoksa yani heterozigotlar homozigot AA’lar kadar yaşama şansına sahip değiller ama kısmi dominantlık varsa (h>0), ortalama fitness,

ve ertesi generasyon, seleksiyondan sonra gen frekansı,

olup, buradan seleksiyonla gen frekansında bir generasyonda meydana gelecek değişme,

olur. Mutasyonla seleksiyonun müşterek etkilerinde denge, yq=0 şartı ile

eşitliğinden

q² bulunan terimler ~0 ve ortalama fitness ~1 kabul edilerek, u~=sqh ve buradan da

(IV.12)                        

bulunur. Bu, a allelinin denge frekansının küçük bir değer olduğunu gösterir. Çünkü mutasyon hızı u, sh değerine nazaran çok küçüktür. Bu durumda da, istenmeyen allellerin, populasyonda çok küçük frekanslarda mevcudiyeti, mutasyon ve seleksiyonun bu birlikte etkileri ile açıklanabilmektedir.

            Bu durumda dikkat edilirse ortalama fitness olup, q² ihtiva eden terimleri sıfır kabul edersek 1-2hsq=1-2u bulunur. Bu kısmi dominantlık halinde mutasyonel load 2u kadar demektir. Tam dominantlık halinde u, kısmi dominantlık halinde 2u kadar mutasyonel load demek, populasyonun ortalama fitness değerini azaltmada mutasyonun etkisi mutasyonun ne kadar zararlı olduğuna değil mutasyon hızına bağlıdır. Ortalama fitness değeri üzerine mutasyonun etkisinin mutasyon hızına bağlı olmasına Haldane-Muller prensibi denilir (Hartl ve Clark 2007).

 

Misal: IV.7- (Hartl, 1989’dan) Huntington hastalığı, insanlarda genellikle 35 yaşından sonra neuromuscular sistemde görülen bir dejenerasyondur. Tam dominant AA genotipinin fitness değeri w=1, Aa genotipinin fitness değeri 0.81 ve aa genotipinin ki v=0 bulunmuştur.  Alışılmış notasyonla s=1, hs=h=0.19. Hastalığı önleme bakımından A tam dominanttır. Fitness bakımından ise kısmi bir dominantlık söz konusudur. Çünkü aa genotipli bireyler, hastalık geç yaşlarda ortaya çıkıncaya kadar yaşamakta ve döl vermektedirler. Michigan populasyonunda yapılan bir çalışmada q=0.00005 bulunmuştur. Buna göre mutasyon hızı, IV.20 numaralı eşitlikten, yaklaşık olarak ve populasyonu dengede varsayarak,

u=sqh=0.00005*0.19=95*10^-7

bulunur.

 

                Misal: IV.8- D. melanogasterpopulasyonlarında bir veya daha fazla resesif letal bulunduran otozomların oranı %33 bulunmuştur. Yabani tipten resesif letal mutasyon hızı 5*10^-6 kabul edildiğine ve heterozigotların fitness değerinde %2.5 azalma olduğuna göre, letal resesif bir genin frekansı, denge halinde,

 

 

IV.6- Polimorfizm

 

            Mutasyon ve seleksiyon arasında, resesif ve zararlı bir geni düşük frekanslarda muhafaza eden bir denge olduğunu gördük. Bu denge, anormal veya resesif mutant bireylerin çok düşük oranlarda görünmesini sağlar. Ancak, tabii populasyonlarda mevcut genetik varyasyonun sadece çok küçük bir kısmını, bu çeşit genlerdeki varyasyon oluşturur. Ne nadir ne de zararlı olmayan varyantları determine eden öyle genler vardır ki, bunların, seleksiyon mutasyon dengesiyle açıklanabilenden daha yüksek frekanslarda mevcudiyeti, başka mekanizmalarla açıklanabilir.  Meselâ insanlarda kan gruplarını determine eden genler böyledir. Keza, renk farklılıkları, birçok balık, böcek ve salyangoz populasyonlarında yine böyle varyasyon gösteren genler yüzündendir. Orta frekanslardaki genlerin sebep olduğu bu görülebilir farklar, polimorfizm adını alır.

 

            Terim zamanla, orta frekanstan daha düşük frekanslı, kolayca fark edilsin veya edilmesin, tüm varyantları içine almıştır. Bugün artık polimorfik lokus deyince, düşük frekanslı değişik allellerin mevcut olduğu bütün lokuslar anlaşılmaktadır. Elektroforezis ve proteinlerin aminoasid kompozisyonlarını araştıran diğer metotlar, proteinleri kodlayan birçok lokusun polimorfik olduğunu ortaya koymuştur; birçok organizmada lokusların en az üçte ikisi polimorfik bulunmuştur. Yani, birçok lokus, normal bireyler arasında genetik varyasyona sebep olan allelik farklılıklara sahiptir. “Orta” gen frekansı ile, 0.01-0.99 aralığındaki frekanslar kastedilmektedir. Daha kesin olarak, en yaygın allel 0.99’dan fazla olmazsa o lokus polimorfik sayılmaktadır. Polimorfik varyasyonda, nadir allellerin frekansı, intensitesi çok düşük olan seleksiyon dışında, seleksiyon-mutasyon denge frekansı ile açıklanabilenden daha fazladır.

 

            Demek oluyor ki, polimorfik varyasyonu açıklayabilmek için, seleksiyon-mutasyon dengesinden başka mekanizmalara ihtiyaç vardır. Bu mekanizmaları görmeye başlarken, bunların iki ana başlıkta toplandığını belirtmek gerekir:

 

“Seleksiyonistler”, polimorfizmi seleksiyonla muhafaza edilen durağan bir denge kabul ederken, “neutralistler” polimorfizmin mutasyondan ve küçük populasyonlarda populasyon genişliğindeki şans oynamalarından kaynaklandığını ileri sürerler.

 

            Polimorfizmi açıklayan bazı mekanizmalar şu şekilde özetlenebilir:

 

1- Heterozigotluk Avantajı: Seleksiyon mekanizmaları arasında “stabilizing selection” olarak ele aldığımız heterozigotların fitness bakımından üstünlüğünün, yani üstün dominantlığın, denge frekansını orta seviyelerde tuttuğunu gördük. Tabiatta bunun misalleri çok fazla değildir. Ancak, bu azlığın bir sıkıntı oluşturmadığı, çünkü pratikte araştırılamayacak kadar küçük bir heterozigotluk avantajının dahi polimorfik bir durumu muhafaza etmeye yeteceği ileri sürülmektedir (Falconer, 1981). O zaman az da olsa, bu heterozigotluk üstünlüğünün ne şekillerde ortaya çıktığını görmekte fayda var:

 

Heterozigot üstünlüğünün bir tezahür şekli bir gen etki mekanizması olarak bilinen pleiotropi’dir. Bunun için alleller fitnessin iki unsurunu zıt istikametlerde etkilemelidir. Sickle-cell anemisine yol açan genin heterozigotluk avantajı bu şekilde ortaya çıkar. Bir homozigotun fitness değeri anemi dolayısı ile düşüktür, buna karşılık diğer homozigot normal hemoglobine sahip olduğu halde malarya sıtmasına karşı hassastır. Heterozigotlar, orta derecede anemik olmakla beraber, malarya sıtmasına karşı dayanıklı oldukları için yaşarlar. (Falconer 1981, Hartl ve Clark 1989).

 

Heterozigotluk avantajına diğer bir misal, yabani sıçanlarda warfarin zehrine karşı mukavemettir. Mukavemet geni dominant olduğu için bu gen bakımından homozigot ve heterozigot olanlar mukavimdir. Fakat homozigotlar çok daha fazla miktarda K vitamini ihtiyacı gösterirler. Dolayısı ile zehrin kullanıldığı bölgelerde bir homozigot zehir tarafından, diğer homozigot da K-vitamini yetersizliğinden dolayı düşük fitness değerine sahip olmuşlar ve mukavemet geni 0.34 civarında bir denge frekansına ulaşmıştır. (Graves ve ark.1977’den naklen Falconer 1981).

 

Bir lokusun fitnessin farklı unsurlarını etkileyebildiği çok çeşitli yollar vardır. Unsurlar farklı hayat dönemlerinde olabilir, bir ferdin farklı zamanlarda karşılaştığı farklı çevrelere uyum bakımından heterozigotluk gerçekten avantaj olabilir. Veya bir şekilde farklı çevrelerde yaşayan alt grupların bu farklı çevrelere uyumunda, heterozigotlar daha avantajlı olabilir. Diğer lokuslardaki genler, söz konusu lokustaki allellerin etkilerini modifiye edebilir ve bu modifiye edici genlerin farklı kombinasyonları, söz konusu lokusta bir heterozigotluk üstünlüğü meydana getirebilir.

 

Fitness bakımından üstün dominantlık hasıl eden bütün bu yollar, allellerin  fitnessin farklı unsurlarını farklı yönlerde etkilemesini ve bu unsurların fitnessi vermek üzere kombine edildiği ıskalada bir üstün dominantlığın ortaya çıkmasını gerektirir. Farede iki allelli bir lokusta genotipler meselâ, batın sayısını ve bir batındaki yavru sayısını şöyle etkiliyor olabilirler (Falconer 1981):

 

Özellikler	Genotipler
	A1A1	A1A2	A2A2
Batın Sayısı	6	7	8
Bir Batında Yavru	8	7	6
Fitness (Toplam Yavru)	48	49	48

Görülüyor ki burada, iki unsurun çarpımı olarak tanımlanan fitness bakımından,  bir üstün dominantlık vardır. Her bir unsur müstakil ele alındığında, heterozigotlar ortadadır, entermediyerlik söz konusudur. Ama son satırda, fitness satırında bir üstün dominantlık vardır.

 

Bağlantı dengesizliği de bir çeşit pseudo-üstün dominantlık meydana getirir. İki lokus, tek lokusmuş gibi, çok sıkı şekilde bağlı ise ve dominant genler selektif üstünlüğe sahip ve repulsion fazında bağlı ise, heterozigot (Ab/aB) her iki homozigota (Ab/Ab ve aB/aB) üstün olabilir. Bu çeşit üstün dominantlığı gerçeğinden ayırmak son derece zordur.  Yabani Drosophila populasyonlarında, inversiyonla gen sıraları değişmiş farklı kromozomlar vardır ve inversiyon heterozigotlar, homozigotlara karşı bir üstün dominantlığa sahiptir (Wallace 1968’den naklen Falconer 1981, Hartl ve Clark 1989).

 

Nihayet üstün dominantlık, moleküler seviyede ortaya çıkabilir. Bir enzimi kodlayan lokusta iki allelin ürünleri (allozimler) muhtemelen farklı özelliklere sahiptir. Bu yüzden allozimlerin karışımı heterozigotları her iki homozigottan daha dayanıklı, yani çevre şartlarıyla enzim fonksiyonunda meydana gelen eksikliklere daha az hassas yapabilir. Veya allozimlerin aktivitesi farklıdır; heterozigotların orta aktivitesi, homozigotların yüksek veya düşük aktivitesinden daha tercih edilebilir durumdadır.

 

Üstün dominantlığın, bütün bu mekanizmalara rağmen, misalleri gerçekten çok azdır (Falconer 1981, Hartl ve Clark 1989).

 

 

2- Frekansa Bağlı Seleksiyon: Nadir bir fenotipe sahip olmak, fenotipin kendisinden bağımsız olarak bir avantaj olabilir. Seleksiyonun yönü bu durumda, gen frekansına bağlıdır. Frekansa bağlı seleksiyonun bilinen bir çok örneği vardır:

 

Benzemeyenlerin çiftleşmesinde sözü edilen, bitkilerde kendine kısırlık, tipik bir misaldir. Nadir bir kendine kısırlık alleli taşıyan çiçek tozlarının, aynı allel diğer bitkilerin stigmalarında pek az olduğu için, bir yumurtayı dölleme şansı daha fazladır. Kendine kısırlık, kendine döllemeyi imkânsız kılar, yabancı döllemeye izin verir. Bu yabancı döllemenin ancak yabancı genotiplerde olabilmesi, her bitkinin heterozigot olması sonucunu doğurur.

 

Diğer bir misal, avcı avlanan ilişkisidir. Balık ve kuşlar, avladıkları canlının en yaygın fenotipini yakalarlar. Böylece avlanan canlının nadir fenotipleri selektif olarak daha avantajlı duruma geçerler.

3- Heterojen Çevre: Bir populasyonun mensupları, sabit bir çevreye maruz değildir. Çevre mekândan mekâna değiştiği gibi, zamanla da değişebilir. Bir allel bir çevrede, diğer allel de diğer çevrede daha avantajlı ise, heterozigotlar avantajlı olmasa bile, durağan bir polimorfizm ortaya çıkabilir, yani seleksiyon, her çevre için farklı genotipten bireyleri adapte etme mekanizması olarak tezahür eder.Böylece komşu mahaller arasında gen frekansı tedrici olarak farklılaşır ve uç mahalde bir allelin frekansı yüksek, diğer uçta düşük olur, ancak ara mahallerde sürekli ve tedrici bir fark vardır. Bu populasyon yapısına cline denir. Cline formu, bir mahalde bir alleli, diğerinde diğer alleli tercih eden bir seleksiyon mekanizması ile muhafaza edilirken, polimorfizm, cline’in komşu kısımları arasında çiftleşmeyi mümkün kılan kısmi bir göçle mümkün olur.

 

Heterojen çevre modeli oldukça karmaşıktır çünkü bir çok faktör etkilidir. Meselâ alleller arasında dominantlık ilişkileri, çiftleşmelerin sadece aynı çevre içinde mi olduğu, çevreler arasında da mümkün olup olmadığı, populasyonun hangi oranda hangi çeveye adapte olduğu, çevre farklılığının sadece mekân bakımından mı olduğu, zaman bakımından da bir fark olup olmadığı,.. vb. faktörlerin müstakil ve birlikte etkilerini dikkate almak gerekir.

 

 

4- Nötr (Seleksiyona Bağlı Olmayan) Polimorfizm: Şimdiye kadar polimorfizmi muhafaza eden başlıca kaynak olarak seleksiyonu ele aldık. Oysa bir lokustaki alleller arasında fitness bakımından farkılılıklar önemsenmeyecek kadar küçük olabilir ve bu durumda mişahede edilen polimorfizmi açıklayabilecek faktör mutasyon olabilir. Protein polimorfizmine yol açan site mutasyonları, bir tek defa vukubulmuş olaylar olarak düşünülebilir, zira farklı protein formları nihayet birkaç aminoasit sitesinde farklıdır. Ve geriye mutasyonla aynı aminoasit ikamesi çok küçük bir ihtimalle olabilir. Böylece her mutasyonu bir tek defa olmuş bir olay olarak düşününce, populasyon genişliğini şans faktörü olarak dikkate almak ve mutasyonla birlikte polimorfizme yol açtığını varsaymak mümkündür.

 

Gerçekten de populasyon sonsuz büyüklükte olmadığı zaman böyle bir tek mutasyonla ortaya çıkmış yeni bir allelin sadece yaşama şansı değil, fakat eninde sonunda bütün bir populasyon içinde yayılma ihtimali, çok düşük de olsa, vardır. Populasyon küçüldükçe mutantın kaybolma şansı artar.  Yeni mutantların çok büyük bir kısmı kaybolur, yaşayan küçük kısım ise yabani allellerinin yerine ikame olabilir.

Eğer bu kaybolmayan yeni (mutant) allel bir de selektif avantaja sahipse, yaşama ve yayılma şansı daha da yüksek demektir. Böyle bir selektif avantaja (ya da dezavantaja) sahip olmayan nötr mutantların frekansları, eğer şans eseri yaşarlarsa, populasyon içinde zamanla birlikte zik-zaklar çizen bir frekansa sahip olur ve neticede populasyon polimorfik bir durumda kalır. Selektif olarak küçük bir dezavantaja sahip mutantların dahi küçük populasyonlarda yaşamaları mümkündür.

 

Nötr mutasyon teorisine göre, populasyonda mevcut polimorfizmin bir bölümü, geçmişte mutasyonla ortaya çıkmış ve halen mevcut yaklaşık nötr allellerden dolayıdır. Mutant bir genin, küçük bir populasyonda varolma şansı, bir sonraki bahiste ele alınacaktır.

 

Polimorfizmin burada ele alınanlar dışından daha birçok sebebi olabilir. Meselâ gametik ve zigotik dönemde birbirine ters yönde çalışan seleksiyon mekanizmaları bunlardan birisidir. Gametik dönemde seleksiyon, belirli genlere sahip gametlerin dölleme (veya döllenme) kabiliyetinin daha yüksek olması şeklinde tanımlanabilir; meyoz bölünme esnasında segregasyon oranlarından sistematik sapmalar meydana getiren anormalliklere meiotik drive adı denilmektedir.

 

Daha önce ele aldığımız seleksiyon-mutasyon dengesi ve ona benzer şekilde seleksiyon ve göç arasında bir denge hali polimorfizmin diğer sebepleri olarak düşünülebilecek faktörlerdir.

 

Nihayet geçiş dönemi polimorfizmi (transientpolimorfizm) olarak ifade edilebilecek durumları da gözden ırak tutmamak gerekir. Populasyon belirli bir yönde homozigotlaşmaya doğru giderken ara bir dönemde biz onu gözlüyor olabiliriz. Aslında birçok polimorfizmin, böyle bir geçiş dönemi polimorfizmi mi olduğunu, yoksa stabil bir denge polimorfizmi mi olduğunu söyleyebilmek gerçekten çok zordur.

Çalışma Problemleri

1-      Polimorfizm ne demektir? Bir populasyonda polimorfizmin sebepleri ile ilgili iki temel görüş hangileridir? Karşılaştırmalı olarak anlatınız.

2-      Seleksiyonun ve mutasyonun ortalama fitness üzerine birlikte etkisi için ne söyleyebilirsiniz?

3-      Genetik load ne demektir? Seleksiyonun bu etkisini ortalama fitness bakımından nasıl ifade edersiniz?

4-      Genotiplerin ortalama döl sayısı AA 3, Aa 2 ve aa 1 ise bu seleksiyonun gen frekansını değiştirici etkisi nasıldır? A geninin frekansı artar mı azalır mı? Populasyon seleksiyonla nasıl bir dengeye yönelir?