मानव आनुवंशिकी II: समष्टि आनुवंशिकी — हार्डी–वाइनबर्ग संतुलन और उसके अनुप्रयोग, यादृच्छिक, समवर्गी और सगोत्र संगम, अंतःप्रजनन गुणांक, आनुवंशिक भार, वियुक्त समष्टि, विचलन, आनुवंशिक दूरी और संतुलित तथा संक्रमणकालीन बहुरूपता; और आणविक आनुवंशिकी — DNA, RNA, आनुवंशिक कूट, प्रोटीन संश्लेषण, RFLP, VNTR, STR, SNP, माइटोकॉन्ड्रियल DNA और जीनीय तथा जीनोमीय उत्परिवर्तन

इकाई III आनुवंशिकी की उन दो शाखाओं से समाप्त होती है जो मानवविज्ञानियों को परिवारों की बजाय समष्टियों की तुलना करने देती हैं। समष्टि आनुवंशिकी पूछती है कि प्रजनन समष्टि में विकल्पी आवृत्तियाँ कैसे व्यवहार करती हैं: हार्डी–वाइनबर्ग नियम विश्राम-अवस्था देता है, और संगम प्रतिरूप, अंतःप्रजनन, चयन, विचलन और प्रवासन वे बल हैं जो उसे हिलाते हैं। आणविक आनुवंशिकी चिह्नक देती है — प्रतिबंध खंड, मिनीसैटेलाइट, माइक्रोसैटेलाइट, एकल-न्यूक्लियोटाइड बहुरूपताएँ, माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम — जिनसे वे आवृत्तियाँ अब मापी जाती हैं, और उत्परिवर्तन की वह शब्दावली जिसमें परिवर्तन वर्णित होता है। पाठ्यक्रम हर वह मद गिनाता है जो यह अध्याय लेता है, और अनेक अंकगणित के रूप में पूछे जा सकते हैं: अप्रभावी-रोग आवृत्ति से वाहक आवृत्ति, प्रथम-चचेरे विवाह के लिए अंतःप्रजनन गुणांक, सहप्रभावी तंत्र से विकल्पी आवृत्तियाँ। हर एक जाँचे आँकड़ों से हल किया गया है। मुद्रित पाठ्यक्रम की वर्तनियाँ "polymorphisim" और "Mitrochondrial" polymorphism और mitochondrial हैं।

1. हार्डी–वाइनबर्ग संतुलन: कथन और अनुप्रयोग, हल सहित

जी.एच. हार्डी, एक कैम्ब्रिज गणितज्ञ, और विल्हेम वाइनबर्ग, एक श्टुटगार्ट चिकित्सक, ने 1908 में स्वतंत्र रूप से दिखाया कि बड़ी, यादृच्छिक संगम वाली समष्टि में जहाँ उत्परिवर्तन, चयन या प्रवासन न हो, विकल्पी आवृत्तियाँ पीढ़ी-दर-पीढ़ी नहीं बदलतीं, और जीनप्ररूप आवृत्तियाँ एक पीढ़ी के बाद p और q आवृत्तियों वाले दो विकल्पियों के विस्थल के लिए p² : 2pq : q² के अनुपात में स्थिर हो जाती हैं (p + q = 1, अतः p² + 2pq + q² = 1)। यह नियम समष्टि आनुवंशिकी का शून्य मॉडल है: इससे विचलन कार्यरत बलों में से किसी एक को प्रकट करते हैं। इसके अनुप्रयोग तीन हैं। पहला, किसी अप्रभावी दशा की वाहक आवृत्ति प्रभावित व्यक्तियों की आवृत्ति से निकाली जा सकती है, जो वाहकों से अन्यथा अलग नहीं पहचाने जा सकते। हल: रंजकहीनता 10,000 जन्मों में 1 में होती है। q² = 1/10,000, अतः q = 1/100 = 0.01 और p = 0.99; वाहक 2pq = 2 × 0.99 × 0.01 = 0.0198, लगभग 50 में 1 — अतः हर प्रभावित व्यक्ति पर लगभग 200 वाहक हैं, इसीलिए अप्रभावी रोग बना रहता है। दूसरा, जहाँ जीनप्ररूप पहचाने जा सकें वहाँ विकल्पी आवृत्तियाँ सीधे पढ़ी जा सकती हैं। हल: 500 लोगों के गाँव में MN रक्त-समूह M 180 (36%), MN 240 (48%) और N 80 (16%) हैं। M की आवृत्ति = (2 × 180 + 240) ÷ 1,000 = 600 ÷ 1,000 = 0.6, और N की 0.4; प्रत्याशित हार्डी–वाइनबर्ग जीनप्ररूप गणनाएँ 0.36 × 500 = 180, 0.48 × 500 = 240 और 0.16 × 500 = 80 हैं, अतः गाँव संतुलन में है। तीसरा, लाल–हरा वर्णांधता जैसे X-सहलग्न अप्रभावी के लिए पुरुषों में आवृत्ति q (लगभग 0.08) होने पर प्रभावित स्त्रियों की आवृत्ति q² (0.0064) है, इसीलिए यह दशा पुरुषों में सामान्य और स्त्रियों में दुर्लभ है। तीन विकल्पियों वाला ABO तंत्र नियम को (p + q + r)² = 1 तक बढ़ाता है, और बर्नस्टीन के 1924 के विश्लेषण ने इससे सिद्ध किया कि ABO तीन विकल्पियों वाला एक विस्थल है।

⚠️ वर्गमूल, फिर दुगुना
1 में N की प्रभावित आवृत्ति से: q = 1/√N, वाहक ≈ 2q (क्योंकि p ≈ 1)। 10,000 में 1 → q = 0.01 → वाहक ≈ 0.02 (50 में 1); 2,500 में 1 (यूरोपीयों में सिस्टिक फ़ाइब्रोसिस) → q = 0.02 → वाहक ≈ 0.04 (25 में 1); 40,000 में 1 → q = 0.005 → वाहक 0.01 (100 में 1)। भटकाव वाहक आवृत्ति के रूप में स्वयं q (100 में 1), या विकल्पी आवृत्ति के रूप में q² देता है।

2. संगम प्रतिरूप, अंतःप्रजनन गुणांक, आनुवंशिक भार और वियुक्त समष्टि

यादृच्छिक संगम (पैनमिक्सिया) हार्डी–वाइनबर्ग मान्यता है: कोई भी व्यक्ति विपरीत लिंग के किसी भी अन्य से संगम की समान संभावना रखता है, जीनप्ररूप चाहे जो हो। समवर्गी संगम लक्षणप्ररूप से साथी-चयन है — धनात्मक जब समान समान से विवाह करे (कद, त्वचा-रंग, बधिरता, शिक्षा) और ऋणात्मक जब असमान असमान से; धनात्मक समवर्गिता संबंधित विस्थलों पर समयुग्मजियों की आवृत्ति बढ़ाती है, विकल्पी आवृत्तियाँ बदले बिना। सगोत्र संगम रक्त-संबंधियों के बीच विवाह है — प्रथम चचेरे भाई-बहन, मामा और भांजी (दोनों दक्षिण भारत में सामान्य, जहाँ क्रॉस-कज़िन और मातुल विवाह वरीय हैं), द्वितीय चचेरे — और यह हर विस्थल पर समयुग्मजता बढ़ाता है। इसका माप सीवाल राइट का अंतःप्रजनन गुणांक F (1922) है: प्रायिकता कि किसी व्यक्ति के किसी विस्थल पर दोनों विकल्पी वंश-समरूप हैं, अर्थात किसी साझा पूर्वज के एक विकल्पी की प्रतियाँ। साझा पूर्वज के माध्यम से माता-पिता को जोड़ने वाले n व्यक्तियों के पथ के लिए, सभी पथों पर F = Σ (1/2)^n (× (1 + पूर्वज का F) यदि पूर्वज अंतःप्रजनित हो)। हल: प्रथम चचेरे दो दादा-दादी/नाना-नानी साझा करते हैं। संतान के पिता से एक साझा पूर्वज तक ऊपर और संतान की माता तक नीचे का पथ पिता → पिता के जनक → पूर्वज → माता के जनक → माता चलता है, n = 5 व्यक्ति, जो (1/2)⁵ = 1/32 देता है; दूसरा साझा पूर्वज उतनी ही लंबाई का दूसरा पथ देता है, अतः F = 2 × 1/32 = 1/16 = 0.0625। अतः प्रथम चचेरों की संतान का F = 1/16; दोहरे प्रथम चचेरों, मामा–भांजी या सौतेले भाई-बहनों का 1/8; द्वितीय चचेरों का 1/64; सगे भाई-बहनों या माता-पिता–संतान का 1/4। प्रथम-चचेरे विवाह में अप्रभावी रोग का जोखिम q² की बजाय q² + Fpq है: q = 0.01 के लिए, 0.0001 + 0.0625 × 0.99 × 0.01 = 0.0001 + 0.00062 ≈ 0.00072, यादृच्छिक-संगम जोखिम का लगभग सात गुना। आनुवंशिक भार (मुलर, 1950; क्रो) समष्टि की माध्य फ़िटनेस में उसके सबसे फ़िट जीनप्ररूप की तुलना में कमी है, जो उन हानिकारक अप्रभावी विकल्पियों से होती है जिन्हें हर व्यक्ति ढोता है (अनुमानित 3–5 घातक समतुल्य); उत्परिवर्तनी भार, पृथक्करणी भार (संतुलित बहुरूपता बनाए रखने की लागत, जैसे सिकल सेल में) और प्रतिस्थापनी भार इसके घटक हैं, और सगोत्रता इसे बढ़ी शिशु मृत्यु-दर के रूप में उजागर करती है। आनुवंशिक वियुक्त समष्टि भूगोल, धर्म, जाति या भाषा से जीन प्रवाह के लिए बंद समष्टि है — अंडमानी, पारसी, अश्केनाज़ी यहूदी, अनेक भारतीय जातियाँ — जिसमें विचलन और अंतःप्रजनन अन्यथा दुर्लभ विकल्पियों की आवृत्ति बढ़ाते हैं; डाहलबर्ग का वियुक्त-आकार (1948) चचेरे विवाह की आवृत्ति से प्रभावी प्रजनन समष्टि का अनुमान लगाता है, और वाहलुंड प्रभाव (1928) विषमयुग्मजियों की वह कमी है जो उपविभाजित वियुक्त समष्टियों को एक समष्टि मानकर मिलाने पर दिखती है।

माता-पिता का संबंधसंतान का Fटिप्पणी
माता-पिता–संतान; सगे भाई-बहन1/4 = 0.25अगम्यागमन; सार्वभौम रूप से निषिद्ध
मामा–भांजी; बुआ–भतीजा; सौतेले भाई-बहन; दोहरे प्रथम चचेरे1/8 = 0.125मातुल–भांजी विवाह दक्षिण भारत के भागों में प्रथागत है
प्रथम चचेरे1/16 = 0.0625पाठ्यक्रम का मानक उदाहरण; विश्व भर में सबसे सामान्य सगोत्र विवाह
एक पीढ़ी हटे प्रथम चचेरे1/32 = 0.03125—
द्वितीय चचेरे1/64 = 0.015625व्यवहार में प्रायः सगोत्र नहीं गिने जाते
असंबंधित0यादृच्छिक-संगम आधार
🧠 हर कदम बाहर पर F आधा
भाई-बहन 1/4 → मामा–भांजी 1/8 → प्रथम चचेरे 1/16 → एक पीढ़ी हटे प्रथम चचेरे 1/32 → द्वितीय चचेरे 1/64। पथ में हर अतिरिक्त अर्धसूत्री विभाजन गुणांक आधा करता है। दोनों चचेरों के बीच स्वयं की संबद्धता (नातेदारी) 1/8 है; उनकी संतान का अंतःप्रजनन गुणांक 1/16 — प्रश्न प्रायः संतान का F पूछता है।

3. आनुवंशिक विचलन, आनुवंशिक दूरी और बहुरूपता

आनुवंशिक विचलन छोटी समष्टियों में प्रतिचयन त्रुटि से पीढ़ी-दर-पीढ़ी विकल्पी आवृत्तियों में यादृच्छिक परिवर्तन है — संश्लेषण में सीवाल राइट का योगदान। इसके दो नाटकीय रूप हैं संस्थापक प्रभाव (कुछ व्यक्तियों से शुरू उपनिवेश केवल उनके विकल्पी रखता है: अमिश और एलिस-वैन क्रेवेल्ड सिंड्रोम, अफ़्रीकानेर और वैरिगेट पॉरफ़ाइरिया) और बॉटलनेक (कुछ उत्तरजीवियों तक घटी समष्टि विभिन्नता खोती है, जैसे अंडमानी और, प्रजाति-स्तर पर, मनुष्यों ने खोई)। विचलन, अलगाव और अंतःप्रजनन मिलकर समझाते हैं कि वियुक्त समष्टियाँ अपने पड़ोसियों से यादृच्छिक रूप से क्यों भिन्न हैं, जबकि चयन दिशात्मक, पर्यावरणीय प्रतिरूप समझाता है। आनुवंशिक दूरी वह संख्या है जो बताती है कि दो समष्टियाँ अनेक विस्थलों पर विकल्पी आवृत्तियों में कितनी भिन्न हैं: नेई की मानक दूरी D (1972) प्रति विस्थल संचित कोडॉन भेद मापती है, D = −ln I जहाँ I जीनों की प्रसामान्यीकृत समरूपता है, और कैवली-स्फ़ोर्ज़ा और एडवर्ड्स की जीवा दूरी (1967) आवृत्तियों को गोले पर बिंदु मानती है; दोनों को समष्टियों के वृक्ष (UPGMA, नेबर-जॉइनिंग) में बदला जा सकता है, और कैवली-स्फ़ोर्ज़ा की हिस्ट्री एंड जियोग्राफ़ी ऑफ़ ह्यूमन जीन्स (1994) ने विश्व का मानचित्र इसी तरह बनाया। राइट का स्थिरीकरण सूचकांक F_ST कुल विभिन्नता के उस अनुपात को मापता है जो समष्टियों के बीच है। आनुवंशिक बहुरूपता (फ़ोर्ड, 1940) एक समष्टि में एक विस्थल पर दो या अधिक विकल्पियों का होना है, दुर्लभतम की आवृत्ति इतनी ऊँची (परंपरागत रूप से 1% से ऊपर) कि केवल उत्परिवर्तन से बनाए न रखी जा सके। संतुलित बहुरूपता चयन से बनी रहती है — प्रायः विषमयुग्मजी लाभ: सिकल-सेल विकल्पी HbS, जिसके विषमयुग्मजी (HbA/HbS) फ़ाल्सीपेरम मलेरिया का प्रतिरोध करते हैं जबकि समयुग्मजी एनीमिया से मरते हैं, वहाँ 10–20% तक पहुँचता है जहाँ मलेरिया होलोएंडेमिक है (एलिसन, 1954), और G6PD न्यूनता, थैलेसीमिया और डफ़ी ऋणात्मकता इसके साथी हैं; ABO और HLA तंत्र भी संभवतः संतुलित हैं। संक्रमणकालीन बहुरूपता वह क्षणिक अवस्था है जिसमें दिशात्मक चयन के अंतर्गत एक विकल्पी दूसरे को प्रतिस्थापित कर रहा है — औद्योगीकरण के दौरान पेपर्ड मॉथ का कृष्ण रूप और बाद में उसका ह्रास, या पशुपालकों में फैलता लैक्टेज़ स्थायित्व; आवृत्तियाँ चल रही हैं, थमी नहीं।

⚠️ संतुलित बनाम संक्रमणकालीन
संतुलित = विरोधी बलों द्वारा स्थिर मध्यवर्ती आवृत्ति पर थमा हुआ (विषमयुग्मजी लाभ: सिकल सेल और मलेरिया)। संक्रमणकालीन = एक विकल्पी दूसरे को प्रतिस्थापित करने की राह पर (पेपर्ड मॉथ)। पाठ्यक्रम का "polymorphisim" polymorphism है। जिस विस्थल का दुर्लभतम विकल्पी 1% से कम हो वह परंपरा से बहुरूपी नहीं है — वह उत्परिवर्तन से बना दुर्लभ प्रकार है।

4. आणविक आनुवंशिकी: DNA, RNA, आनुवंशिक कूट और प्रोटीन संश्लेषण

DNA, वॉटसन और क्रिक का द्विकुंडली (1953, फ़्रैंकलिन और विल्किंस के X-किरण आँकड़ों पर), न्यूक्लियोटाइडों की दो प्रतिसमानांतर शृंखलाएँ हैं — डीऑक्सीराइबोज़ शर्करा, फ़ॉस्फ़ेट और चार क्षारों में से एक, एडेनीन, ग्वानीन (प्यूरीन), थाइमीन और साइटोसीन (पिरिमिडीन) — जो पूरक युग्मों के बीच हाइड्रोजन बंधों से जुड़ी हैं, A का T से (दो बंध) और G का C से (तीन)। इसकी प्रतिकृति अर्धसंरक्षी है (मेसेल्सन और स्टाल, 1958), हर रज्जु नए साथी का साँचा बनती है। RNA में राइबोज़ है, थाइमीन की जगह यूरैसिल और यह प्रायः एकल-रज्जुक है: संदेशवाहक RNA जीन का अनुक्रम केंद्रक से राइबोसोम तक ले जाता है, स्थानांतरण RNA अपने प्रतिकोडॉन को कोडॉन से मिलाकर हर अमीनो अम्ल राइबोसोम तक लाता है, और राइबोसोमी RNA स्वयं राइबोसोम बनाता है। केंद्रीय सिद्धांत (क्रिक, 1958) DNA → RNA → प्रोटीन चलता है: RNA पॉलीमरेज़ द्वारा अनुलेखन, फिर यूकैरियोटों में इंट्रॉनों का काटना और कैपिंग तथा टेलिंग, फिर अनुवादन। आनुवंशिक कूट, जिसे निरेनबर्ग, मथाई, खुराना और होली (1961–66) ने खोला, त्रिक पढ़ता है: 64 कोडॉन, जिनमें 61 20 अमीनो अम्लों को निर्दिष्ट करते हैं और तीन (UAA, UAG, UGA) समापन संकेत हैं, AUG (मेथियोनीन) आरंभ; यह अपह्रासित है (अधिकांश अमीनो अम्लों के कई कोडॉन), अनतिव्यापी, अल्पविरामरहित और लगभग सार्वभौम, माइटोकॉन्ड्रिया में कुछ प्रकार हैं। प्रोटीन संरचना प्राथमिक (अमीनो-अम्ल अनुक्रम), द्वितीयक (α-कुंडली और β-चादर), तृतीयक (वलित शृंखला) और चतुर्थक (कई शृंखलाएँ: हीमोग्लोबिन की दो α और दो β) है; सिकल-सेल हीमोग्लोबिन एक एकल क्षार परिवर्तन है, GAG → GTG, जो β-शृंखला की स्थिति 6 पर ग्लूटामिक अम्ल की जगह वैलीन रखता है — पहला "आणविक रोग" (पॉलिंग, 1949; इंग्राम, 1956)। मानव केंद्रकीय जीनोम लगभग 310 करोड़ क्षार-युग्म है जिसमें लगभग 20,000 प्रोटीन-कूटक जीन हैं, अनुक्रम के 2% से कम, शेष इंट्रॉन, नियामक अनुक्रम और पुनरावृत्तियाँ हैं।

🧠 कूट की संख्याएँ
4 क्षार, 3 प्रति कोडॉन, 4³ = 64 कोडॉन; 61 अर्थपूर्ण, 3 समापन (UAA "ओकर", UAG "एम्बर", UGA "ओपल"); 20 अमीनो अम्ल; AUG आरंभ करता है। A:T दो हाइड्रोजन बंध, G:C तीन — अतः GC-समृद्ध DNA ऊँचे तापमान पर पिघलता है। सिकल सेल: GAG → GTG, Glu → Val, β6।

5. आणविक चिह्नक, माइटोकॉन्ड्रियल DNA, और जीनीय तथा जीनोमीय उत्परिवर्तन

चिह्नकक्या हैप्रयोग
RFLP (प्रतिबंध खंड लंबाई बहुरूपता)अनुक्रम प्रकार जो किसी प्रतिबंध एंज़ाइम की कटान-स्थली बनाता या मिटाता है, अतः सदर्न ब्लॉट पर भिन्न लंबाई के खंड दिखते हैंसहलग्नता मानचित्रण के लिए पहले DNA चिह्नक (बॉटस्टीन और अन्य, 1980); सिकल सेल का प्रसवपूर्व निदान
VNTR (अनुक्रमिक पुनरावृत्तियों की परिवर्ती संख्या; मिनीसैटेलाइट)10–100 क्षार-युग्म इकाइयों की पुनरावृत्तियाँ, जिनकी संख्या लोगों में भिन्नएलेक जेफ़्रीज़ की DNA फ़िंगरप्रिंटिंग (1984–85; एंडरबी मामला, 1986–87, और आप्रवासन पितृत्व मामले); पितृत्व परीक्षण
STR (लघु अनुक्रमिक पुनरावृत्तियाँ; माइक्रोसैटेलाइट)2–6 क्षार-युग्मों की पुनरावृत्तियाँ, PCR से टाइप; अत्यधिक बहुरूपीआधुनिक न्यायालयिक DNA प्रोफ़ाइलिंग (CODIS मूल विस्थल, 13 से 2017 में 20); समष्टि अध्ययन; पुरुष वंश-रेखाओं के लिए Y-STR
SNP (एकल न्यूक्लियोटाइड बहुरूपता)एक क्षार जो लोगों में 1% से ऊपर की आवृत्ति पर भिन्न; जीनोम में लगभग एक करोड़ सामान्य SNPजीनोम-व्यापी साहचर्य अध्ययन, वंशानुक्रम (राइख़ और अन्य, 2009 का भारतीय ANI–ASI विश्लेषण), प्राचीन DNA; हैपमैप (2005) और 1000 जीनोम परियोजनाएँ
माइटोकॉन्ड्रियल DNA37 जीनों वाला 16,569 क्षार-युग्मों का वृत्ताकार जीनोम (एंडरसन का कैम्ब्रिज संदर्भ अनुक्रम, 1981), प्रति कोशिका अनेक प्रतियाँ, केवल माता से वंशागत, कोई पुनर्संयोजन नहीं, तेज़ उत्परिवर्ती नियंत्रण क्षेत्र (D-लूप, HVR I और II)मातृ वंश-रेखाएँ और हैप्लोग्रुप; "माइटोकॉन्ड्रियल ईव" (कैन, स्टोनकिंग और विल्सन, 1987); निएंडरथल mtDNA (1997); भारत के M और U हैप्लोग्रुप

उत्परिवर्तन सभी विभिन्नता का अंतिम स्रोत है, और इसे पैमाने से वर्गीकृत किया जाता है। जीन (जीनीय, बिंदु) उत्परिवर्तन एक या कुछ क्षार बदलते हैं: प्रतिस्थापन संक्रमण (प्यूरीन की जगह प्यूरीन, A↔G, या पिरिमिडीन की जगह पिरिमिडीन, C↔T) या अनुप्रस्थन (प्यूरीन की जगह पिरिमिडीन) हैं; प्रभाव से वे मौन या समानार्थी (भिन्न कोडॉन, वही अमीनो अम्ल — कूट की अपह्रासिता), मिसेंस (भिन्न अमीनो अम्ल — सिकल सेल), या नॉनसेंस (समापन कोडॉन — कटा प्रोटीन, जैसे अनेक β-थैलेसीमिया में) हैं; तीन से अभाज्य संख्या के क्षारों के निवेशन और विलोपन फ़्रेमशिफ़्ट करते हैं जो आगे सब कुछ बिगाड़ देते हैं (सिस्टिक फ़ाइब्रोसिस का ΔF508 तीन क्षार हटाता है और इसलिए इन-फ़्रेम है); और त्रिन्यूक्लियोटाइड-पुनरावृत्ति विस्तार (हंटिंग्टन रोग में CAG, फ़्रैजाइल X में CGG) पीढ़ियों में बढ़ते हैं, पूर्वाभास उत्पन्न करते हुए। गुणसूत्रीय (संरचनात्मक) उत्परिवर्तन खंडों को पुनर्व्यवस्थित करते हैं — विलोपन, द्विगुणन, प्रतिलोमन, स्थानांतरण — और जीनोमीय (संख्यात्मक) उत्परिवर्तन गुणसूत्र संख्या बदलते हैं: अवियोजन से असुगुणिता (त्रिगुणसूत्रता, एकगुणसूत्रता), और बहुगुणिता (मनुष्यों में त्रिगुणिता घातक है, यद्यपि पौधों में सामान्य)। मानव जीनों की उत्परिवर्तन दरें प्रति विस्थल प्रति पीढ़ी लगभग 10⁻⁵ से 10⁻⁶ हैं, और हर संतान लगभग 60–70 नए क्षार-परिवर्तन ढोती है; अधिकांश उत्परिवर्तन तटस्थ या हानिकारक हैं, कुछ — लैक्टेज़ स्थायित्व, EPAS1 ऊँचाई-विकल्पी, डफ़ी-शून्य मलेरिया प्रतिरोध — अनुकूलन का कच्चा माल हैं। कायिक उत्परिवर्तन केवल शरीर और उसके क्लोनों (कैंसर) को प्रभावित करते हैं; जनन-रेखा उत्परिवर्तन वंशागत होते हैं।

⚠️ RFLP, VNTR, STR, SNP — आकार और युग
RFLP: कटान-स्थली की उपस्थिति या अनुपस्थिति, सदर्न ब्लॉट, 1980। VNTR: 10–100 bp की मिनीसैटेलाइट पुनरावृत्तियाँ, जेफ़्रीज़ की फ़िंगरप्रिंट, 1985। STR: 2–6 bp की माइक्रोसैटेलाइट पुनरावृत्तियाँ, PCR, वर्तमान न्यायालयिक मानक। SNP: एक क्षार, जीनोम-व्यापी, वर्तमान समष्टि-आनुवंशिक मानक। माइटोकॉन्ड्रियल DNA: 16,569 bp, मातृ, कोई पुनर्संयोजन नहीं — यह दावा करने वाला विकल्प कि यह पुनर्संयोजित होता है या दोनों माता-पिता से वंशागत है, गलत है।

मुख्य बिंदु

  • हार्डी–वाइनबर्ग (1908): उत्परिवर्तन, चयन या प्रवासन के बिना बड़ी, यादृच्छिक-संगम समष्टि में p² + 2pq + q² = 1; 10,000 में 1 की अप्रभावी आवृत्ति q = 0.01 और वाहक 2pq ≈ 0.02 (50 में 1) देती है; MN 36 : 48 : 16 p(M) = 0.6 देता है।
  • संगम: यादृच्छिक (पैनमिक्सिया), समवर्गी (समान से समान समयुग्मजता बढ़ाता है), सगोत्र; राइट का अंतःप्रजनन गुणांक F = Σ(1/2)^n — प्रथम चचेरों की संतान 1/16, मामा–भांजी या दोहरे प्रथम चचेरों की 1/8, द्वितीय चचेरों की 1/64, भाई-बहनों की 1/4; अंतःप्रजनन में अप्रभावी जोखिम = q² + Fpq।
  • आनुवंशिक भार (मुलर 1950) छिपे हानिकारक विकल्पियों की फ़िटनेस-लागत है; वियुक्त समष्टियाँ (डाहलबर्ग का वियुक्त-आकार, वाहलुंड प्रभाव) और विचलन (राइट; संस्थापक प्रभाव, बॉटलनेक) छोटी समष्टियों को यादृच्छिक रूप से गढ़ते हैं; आनुवंशिक दूरी (नेई 1972, D = −ln I; कैवली-स्फ़ोर्ज़ा और एडवर्ड्स 1967) समष्टि-वृक्ष बनाती है; बहुरूपता (फ़ोर्ड 1940, दुर्लभतम विकल्पी 1% से ऊपर) संतुलित (सिकल सेल और मलेरिया, एलिसन 1954) या संक्रमणकालीन (पेपर्ड मॉथ) है।
  • DNA (वॉटसन और क्रिक 1953; A:T दो बंध, G:C तीन; अर्धसंरक्षी प्रतिकृति) → RNA → प्रोटीन; कूट में 64 कोडॉन, 61 अर्थपूर्ण और 3 समापन, AUG आरंभ, अपह्रासित और लगभग सार्वभौम (निरेनबर्ग, खुराना, होली); सिकल सेल β6 पर GAG → GTG, Glu → Val है।
  • चिह्नक: RFLP (1980), VNTR मिनीसैटेलाइट (जेफ़्रीज़ की फ़िंगरप्रिंटिंग 1985), STR माइक्रोसैटेलाइट (PCR; न्यायालयिक मानक), SNP (जीनोम-व्यापी); माइटोकॉन्ड्रियल DNA 16,569 bp, मातृ और अपुनर्संयोजी है; उत्परिवर्तन जीनीय (संक्रमण, अनुप्रस्थन; मौन, मिसेंस, नॉनसेंस, फ़्रेमशिफ़्ट, पुनरावृत्ति विस्तार), गुणसूत्रीय (विलोपन, द्विगुणन, प्रतिलोमन, स्थानांतरण) या जीनोमीय (असुगुणिता, बहुगुणिता) हैं।

अभ्यास प्रश्न (10)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. हार्डी–वाइनबर्ग संतुलन वाली समष्टि में एक अलिंगसूत्री अप्रभावी दशा 10,000 में 1 व्यक्ति को प्रभावित करती है। विषमयुग्मजी वाहकों की आवृत्ति, 2pq, प्रतिशत में दो दशमलव स्थान तक क्या है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 1.98

    q² = 1/10,000 से q = 0.01 और p = 0.99; वाहक 2pq = 2 × 0.99 × 0.01 = 0.0198, लगभग 50 में 1 (ठीक 50.5 में 1)। वाहक प्रभावित व्यक्तियों से लगभग 200 : 1 अधिक हैं।

  2. प्रथम-चचेरे विवाह की संतान का अंतःप्रजनन गुणांक F क्या है? उत्तर भिन्न या दशमलव में दीजिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 1/16

    साझा दादा-दादी/नाना-नानी से होकर दोनों पथों में संतान के अलावा पाँच-पाँच व्यक्ति हैं, हर एक (1/2)⁵ = 1/32 देता है, अतः F = 2/32 = 1/16 = 0.0625। मामा–भांजी और दोहरे प्रथम चचेरे 1/8 देते हैं, द्वितीय चचेरे 1/64।

  3. सिकल-सेल विकल्पी मलेरिया क्षेत्रों में ऊँची आवृत्ति पर बना रहता है क्योंकि विषमयुग्मजी मलेरिया का प्रतिरोध करते हैं जबकि समयुग्मजी गंभीर एनीमिया झेलते हैं। यह उदाहरण है

    1. दिशात्मक चयन के अंतर्गत संक्रमणकालीन बहुरूपता का
    2. छोटी वियुक्त समष्टि में आनुवंशिक विचलन का
    3. हीमोग्लोबिन प्रकार के लिए समवर्गी संगम का
    4. विषमयुग्मजी लाभ से बनी संतुलित बहुरूपता का
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — विषमयुग्मजी लाभ से बनी संतुलित बहुरूपता का

    एलिसन (1954) ने दिखाया कि HbA/HbS विषमयुग्मजी की फ़ाल्सीपेरम मलेरिया से सुरक्षा HbS समयुग्मजियों की हानि को संतुलित करती है, विकल्पी को स्थिर मध्यवर्ती आवृत्ति पर थामते हुए — पाठ्यपुस्तक की संतुलित बहुरूपता।

  4. 500 लोगों के प्रतिदर्श में MN रक्त-समूह लक्षणप्ररूप M 180, MN 240 और N 80 हैं। M विकल्पी की आवृत्ति है

    1. 0.48
    2. 0.42
    3. 0.36
    4. 0.60
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 0.60

    सहप्रभाविता में हर जीनप्ररूप दिखता है: p(M) = (2 × 180 + 240) ÷ (2 × 500) = 600 ÷ 1,000 = 0.60, और q(N) = 0.40। प्रत्याशित हार्डी–वाइनबर्ग गणनाएँ 180 : 240 : 80 प्रेक्षित से मेल खाती हैं, अतः प्रतिदर्श संतुलन में है।

  5. चिह्नक को उसके वर्णन से मिलाइए। (a) RFLP (b) VNTR (c) STR (d) SNP। वर्णन: (1) जेफ़्रीज़ की DNA फ़िंगरप्रिंटिंग में प्रयुक्त 10–100 bp की मिनीसैटेलाइट पुनरावृत्तियाँ (2) 1% से ऊपर आवृत्ति पर एकल-क्षार भेद (3) PCR से टाइप 2–6 bp की माइक्रोसैटेलाइट पुनरावृत्तियाँ (4) प्रतिबंध एंज़ाइम की कटान-स्थली की उपस्थिति में विभिन्नता

    1. a-4, b-3, c-1, d-2
    2. a-1, b-4, c-3, d-2
    3. a-4, b-1, c-2, d-3
    4. a-4, b-1, c-3, d-2
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — a-4, b-1, c-3, d-2

    RFLP (1980) प्रतिबंध-स्थलियों पर टिके हैं, VNTR जेफ़्रीज़ के मिनीसैटेलाइट (1985) हैं, STR आधुनिक न्यायालयिक प्रोफ़ाइलिंग की लघु माइक्रोसैटेलाइट पुनरावृत्तियाँ हैं, और SNP जीनोम-व्यापी प्रयुक्त एकल-क्षार प्रकार हैं।

  6. निम्नलिखित में से कौन-से मानव माइटोकॉन्ड्रियल DNA के गुण हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. यह लगभग 16,569 क्षार-युग्मों और 37 जीनों का वृत्ताकार अणु है
    2. इसका नियंत्रण क्षेत्र तेज़ी से उत्परिवर्तित होता है और मातृ वंश-रेखाओं का पीछा करने में प्रयुक्त है
    3. यह केंद्रकीय DNA की तरह हर पीढ़ी में स्वतंत्र रूप से पुनर्संयोजित होता है
    4. यह केवल माता से वंशागत है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — यह लगभग 16,569 क्षार-युग्मों और 37 जीनों का वृत्ताकार अणु है; B — इसका नियंत्रण क्षेत्र तेज़ी से उत्परिवर्तित होता है और मातृ वंश-रेखाओं का पीछा करने में प्रयुक्त है; D — यह केवल माता से वंशागत है

    पुनर्संयोजन के बिना मातृ वंशागति ही mtDNA को 1987 के "माइटोकॉन्ड्रियल ईव" विश्लेषण जैसे वंश-रेखा अध्ययनों के लिए उपयोगी बनाती है; अनुक्रम, जीन-संख्या और तेज़ उत्परिवर्ती D-लूप सही वर्णित हैं।

  7. β-ग्लोबिन जीन में एकल क्षार प्रतिस्थापन GAG → GTG ग्लूटामिक अम्ल की जगह वैलीन रखता है और सिकल-सेल हीमोग्लोबिन बनाता है। यह उत्परिवर्तन वर्गीकृत है

    1. मिसेंस बिंदु उत्परिवर्तन (एक अनुप्रस्थन)
    2. समापन कोडॉन बनाने वाला नॉनसेंस उत्परिवर्तन
    3. गुणसूत्र संख्या बदलने वाला जीनोमीय उत्परिवर्तन
    4. फ़्रेमशिफ़्ट उत्परिवर्तन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — मिसेंस बिंदु उत्परिवर्तन (एक अनुप्रस्थन)

    एक क्षार बदलता है (कूटक रज्जु पर A → T, प्यूरीन की जगह पिरिमिडीन, अतः अनुप्रस्थन), पठन-फ़्रेम बना रहता है और भिन्न अमीनो अम्ल जुड़ता है — मिसेंस उत्परिवर्तन की परिभाषा; इंग्राम ने 1956 में इसे पहचाना।

  8. आनुवंशिक विचलन, वियुक्त समष्टियों और आनुवंशिक दूरी के बारे में कौन-से कथन सही हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. नेई की मानक आनुवंशिक दूरी (1972) अनेक विस्थलों पर समष्टियों के बीच विकल्पी-आवृत्ति भेदों का सार देती है
    2. विचलन के सबसे प्रबल प्रभाव बहुत बड़ी पैनमिक्टिक समष्टियों में होते हैं
    3. संस्थापक प्रभाव और बॉटलनेक आनुवंशिक विचलन के रूप हैं
    4. वाहलुंड प्रभाव उपविभाजित समष्टियों को मिलाने पर दिखने वाली विषमयुग्मजियों की कमी है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — नेई की मानक आनुवंशिक दूरी (1972) अनेक विस्थलों पर समष्टियों के बीच विकल्पी-आवृत्ति भेदों का सार देती है; C — संस्थापक प्रभाव और बॉटलनेक आनुवंशिक विचलन के रूप हैं; D — वाहलुंड प्रभाव उपविभाजित समष्टियों को मिलाने पर दिखने वाली विषमयुग्मजियों की कमी है

    विचलन प्रतिचयन त्रुटि है और छोटी समष्टियों में सबसे प्रबल है, जहाँ यह विकल्पियों को यादृच्छिक रूप से स्थिर या लुप्त कर सकता है; संस्थापक प्रभाव और बॉटलनेक, नेई की दूरी और वाहलुंड प्रभाव पर कथन सही हैं।

  9. अभिकथन (A): सगोत्र विवाह अलिंगसूत्री अप्रभावी विकारों की घटना को प्रभावी विकारों की तुलना में अधिक बढ़ाता है। कारण (R): अंतःप्रजनन हर विस्थल पर समयुग्मजता बढ़ाता है, और अप्रभावी विकार केवल समयुग्मजियों में प्रकट होता है, जबकि प्रभावी विकार पहले से विषमयुग्मजियों में प्रकट है।

    1. A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
    2. A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है
    3. A सत्य है, पर R असत्य है
    4. A असत्य है, पर R सत्य है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है

    दोनों सत्य हैं और R, A की व्याख्या करता है: अंतःप्रजनन में अप्रभावी समयुग्मजियों की आवृत्ति q² से q² + Fpq तक बढ़ती है — q = 0.01 और F = 1/16 के लिए लगभग सात गुना — जबकि प्रभावी विकल्पी की अभिव्यक्ति समयुग्मजता पर निर्भर नहीं।

  10. लाल–हरा वर्णांधता, X-सहलग्न अप्रभावी, किसी समष्टि में लगभग 8% पुरुषों को प्रभावित करती है। हार्डी–वाइनबर्ग मान्यताओं के अंतर्गत प्रभावित स्त्रियों का प्रत्याशित अनुपात लगभग है

    1. 0.64% (q² = 0.08²)
    2. 4%, पुरुष आवृत्ति का आधा
    3. 8%, पुरुषों के समान
    4. 16%, पुरुष आवृत्ति का दुगुना
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 0.64% (q² = 0.08²)

    X-सहलग्न अप्रभावी के लिए पुरुष आवृत्ति विकल्पी आवृत्ति q के बराबर है, क्योंकि पुरुषों में एक X है; स्त्री को विकल्पी दोनों X गुणसूत्रों पर वंशागत होना चाहिए, प्रायिकता q² = 0.0064, इसीलिए लक्षण स्त्रियों में लगभग बारह गुना दुर्लभ है।