Die Allelfrequenz beschreibt den relativen Anteil eines bestimmten Allels (also einer Variante eines Gens) an einem bestimmten Genort innerhalb einer Population. Sie ist ein Maß dafür, wie häufig ein Allel in einer Population vorkommt und spielt eine zentrale Rolle in der Populationsgenetik, insbesondere bei der Untersuchung der genetischen Vielfalt und der Evolution von Populationen. Die Allelfrequenz wird in der Regel als Prozentsatz oder als Dezimalzahl angegeben und liegt zwischen 0 und 1, wobei 1 bedeutet, dass alle Individuen in der Population das gleiche Allel an diesem Genort tragen.

Die Berechnung der Allelfrequenz ist grundlegend für die Populationsgenetik und basiert auf der Häufigkeit der verschiedenen Genotypen in der Population. Bei einem einfachen Beispiel eines Gens mit zwei Allelen, etwa A und a, lässt sich die Allelfrequenz folgendermaßen berechnen: Wenn die Population N Individuen umfasst und jedes Individuum zwei Allele (eines von jedem Elternteil) besitzt, gibt es insgesamt 2N Allele in der Population. Die Häufigkeit des Allels A ergibt sich dann aus der Anzahl der A-Allele geteilt durch die Gesamtanzahl aller Allele (2N).

Die Summe der Allelfrequenzen aller möglichen Allele an einem Genort beträgt immer 1 (oder 100 %), da sie die gesamte genetische Variation für dieses Gen innerhalb der Population repräsentiert. Wenn beispielsweise das Allel A eine Frequenz von 0,7 (70 %) und das Allel a eine Frequenz von 0,3 (30 %) aufweist, ergibt sich in der Population eine Gesamtsumme von 1,0 (100 %).

Die Allelfrequenz unterliegt zahlreichen Faktoren, die die genetische Zusammensetzung einer Population beeinflussen und letztlich deren evolutionären Verlauf bestimmen können. Dazu zählen:

Natürliche Selektion: Bestimmte Allele können aufgrund von Selektionsvorteilen in einer Population häufiger werden. Wenn ein Allel beispielsweise die Überlebens- oder Fortpflanzungsrate erhöht, wird es tendenziell häufiger in der Population vertreten sein und somit eine höhere Allelfrequenz erreichen.

Genetischer Drift: Zufällige Ereignisse, wie Umweltkatastrophen oder geringe Populationsgrößen, können dazu führen, dass bestimmte Allele zufällig häufiger oder seltener werden. Dieser Effekt ist besonders stark in kleinen Populationen und kann zur Fixierung (100 % Häufigkeit) oder zum Verlust (0 % Häufigkeit) von Allelen führen.

Mutation: Mutationen sind Veränderungen im genetischen Material und können neue Allele in eine Population einbringen oder bestehende Allele verändern. Auch wenn Mutationen in der Regel selten sind, können sie im Laufe der Generationen die Allelfrequenzen verändern und zur genetischen Vielfalt beitragen.

Migration (Genfluss): Wenn Individuen zwischen Populationen wandern und sich mit Mitgliedern einer neuen Population paaren, können sie neue Allele in diese Population einbringen oder bestehende Allelfrequenzen verändern. Genfluss kann die genetische Differenzierung zwischen Populationen verringern und eine Homogenisierung der Allelfrequenzen bewirken.

Nicht-zufällige Paarung: Wenn Individuen bevorzugt Partner mit bestimmten genetischen Merkmalen auswählen (zum Beispiel durch Inzucht oder sexuelle Selektion), kann dies die Verteilung der Allele innerhalb der Population beeinflussen.

Ein häufig verwendetes mathematisches Modell zur Beschreibung der Allelfrequenz in einer idealen Population ohne Einflussfaktoren ist das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Es besagt, dass die Allelfrequenzen in einer idealen, unendlich großen Population ohne Mutation, Selektion, Migration und mit zufälliger Paarung über die Generationen konstant bleiben. Dies bietet einen theoretischen Ausgangspunkt für die Analyse von Populationsdaten, da Abweichungen vom Hardy-Weinberg-Gleichgewicht auf evolutionäre Prozesse oder selektive Einflüsse hinweisen können.

Die Untersuchung der Allelfrequenz ist daher ein zentrales Instrument zur Analyse der genetischen Struktur und der evolutionären Dynamik von Populationen. Sie hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich Populationen an Umweltbedingungen anpassen, wie genetische Vielfalt erhalten bleibt oder verloren geht und wie genetische Unterschiede zwischen Populationen entstehen. Insgesamt liefert die Allelfrequenz wertvolle Einblicke in die Prozesse, die die genetische Zusammensetzung und die Anpassungsfähigkeit von Populationen über die Zeit formen.