群体中的基因课件

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1、群体中的基因研究方向：动物克隆、胚胎干细胞、诱导多能干细胞联系方式： 群体中的基因第十章 群体中的基因群体遗传学群体遗传学( Population Genetics ) ：研究群体的遗传组成及其变化规律的研究群体的遗传组成及其变化规律的 学科。学科。群体中的基因 群体中的遗传平衡群体中的遗传平衡群体中的基因突变和选择突变和选择群体中的基因近亲婚配近亲婚配。群体中的基因群体中的基因第十章 群体中的基因第一节第一节 基本概念基本概念群体群体( (种群、孟德尔式群体种群、孟德尔式群体) )： 生活在某一地区彼此能相互交配的个体群。生活在某一地区彼此能相互交配的个体群。群体遗传学：群体遗传学： 研究群

2、体的遗传组成及其变化规律的学科研究群体的遗传组成及其变化规律的学科医学群体遗传学医学群体遗传学(遗传流行病学遗传流行病学): 通过研究致病基因在群体中的变化而揭示遗传病在群体中的发生、通过研究致病基因在群体中的变化而揭示遗传病在群体中的发生、流行规律的学科流行规律的学科群体中的基因群体中的基因 人群某一个基因位点上有一对等位基因人群某一个基因位点上有一对等位基因A、a; 可形成三种基因型：可形成三种基因型：AA、Aa、aa则：则： p+q=1; AA的基因型频率为的基因型频率为p2； Aa的基因型的基因型频率为频率为2pq; aa的基因型频率为的基因型频率为q2 等位基因等位基因A、a 可形成

3、三种基因型：可形成三种基因型：AA、Aa、aa。这三种基因型个体在群体中的随机婚配组合：这三种基因型个体在群体中的随机婚配组合： AAAA; AAAa; AAaa; AaAa; Aaaa aaaa设：设：A 基因频率基因频率p a 基因频率基因频率q A+aA 基因频率：基因频率：p = aA+aa 基因频率：基因频率：q =A a群体中的基因例：在上述一个具有例：在上述一个具有AA、Aa、aa的群体的群体 中，生殖细胞只有两种：中，生殖细胞只有两种：A、a配子配子 F1代群体的基因型频率代群体的基因型频率: AA : Aa : aa = p2 : 2pq : q2F1代男女性群体随机婚配，产

4、生代男女性群体随机婚配，产生9种组合种组合 A ( p ) a ( q ) A ( p ) a ( q ) 精子精子卵子卵子AA = p2 Aa = pqAa = pq aa = q2亲代群体的基因频率和亲代群体的基因频率和F1代基因型频率代基因型频率群体中的基因F2代基因型频率代基因型频率 AA(p2) Aa(2pq) aa(q2)AA(p2) p4 2p3q p2q2 Aa(2pq) 2p3q 4p2q2 2pq3aa(q2) p2q2 2pq3 q4 群体中的基因F1代婚配类型、频率与代婚配类型、频率与F2代基因型频率代基因型频率 F1代代 F2代基因型频率代基因型频率 类型类型 频率频

5、率 AA Aa aaAA AA p4 p4 AA Aa 4p3q 2p3q 2p3q AA aa 2p2q2 2p2q2 Aa Aa 4p2q2 p2q2 2p2q2 p2q2Aa aa 4pq3 2pq3 2pq3aaaa q4 q4F2代基因型：代基因型： AA = p4+ 2p3q + p2q2 = p2(p2+2pq+q2）= p2 Aa= 2p3q +2p2q2 + 2p2q2 + 2pq3 =2pq(p2 + 2pq+q2)=2pq aa = p2q2 + 2pq3 + q4 =q2(p2+2pq+q2)= q2群体中的基因 F2代群体的基因型频率代群体的基因型频率: AA : A

6、a : aa = p2 : 2pq : q2二、二、Hardy-Weinberg定律的应用定律的应用(一一) Hardy-Weinberg平衡的判定平衡的判定 判定一个群体是否平衡群体判定一个群体是否平衡群体群体中的基因第二节第二节 遗传平衡遗传平衡一、一、Hardy-Weinberg定律定律 在一个随机婚配的大群体中，如果没有在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、迁移和自然选择的发生，则基因频突变、迁移和自然选择的发生，则基因频率和基因型频率代代保持不变率和基因型频率代代保持不变 p (A) + q (a) = 1 p2(AA) + 2pq (Aa) + q2 (aa) = 1符合上述五个

7、条件，则该群体为平衡群体符合上述五个条件，则该群体为平衡群体 群体中的基因 此定律可分为3个部分： 第一部分是前提：理想群体：无穷大，随机 交配，没有突变、没有迁移和自然选择； 第二部分：是结论:基因频率和基因型频率逐 代不变； 第三部分：是关键随机交配一代以后基因型 频率将保持平衡。群体中的基因例例: : 调查调查某一地区某一地区1000人的群体人的群体, 发现镰形细发现镰形细胞贫血症患者胞贫血症患者 (aa) 有有200人，杂合子人，杂合子(Aa)有有200人人, 正常显性纯合子正常显性纯合子 (AA) 600人人, 求这一群体求这一群体A、a基因的频率？并判定该群体是否平衡群体？基因的频

8、率？并判定该群体是否平衡群体？解解: 设设 A基因频率基因频率: p AA基因型频率基因型频率: p2 a基因频率基因频率: q Aa基因型频率基因型频率: 2pq aa基因型频率基因型频率: q2关系式关系式: p(A)= p2 + (2pq) =600/1000+ *200/1000=0.7 q(a) = q2 + (2pq)=200/1000+ *200/1000=0.3群体中的基因上述上述1000人群体是否一个平衡群体？人群体是否一个平衡群体？方法方法1、已知：、已知：p=0.7 q=0.3 p+q=1 p2=0.6 2pq=0.2 q2=0.2 p2+2pq+q2=1 AA=p2 p

9、2=0.72=0.490.6 Aa=2pq 2pq=20.70.3 =0.42 0.2 aa=q2 q2=0.32=0.09 0.2 所以该群体不是平衡群体。所以该群体不是平衡群体。不平衡群体只要随机不平衡群体只要随机交配一代，后代就会达到平衡。交配一代，后代就会达到平衡。群体中的基因子一代子一代基因频率不变基因频率不变：p=0.7 q=0.3子一代（基因型比例发生变化）：子一代（基因型比例发生变化）： p2(AA) = 0.49 2pq(Aa) = 0.42 q2(aa) = 0.09 p=0.7 q=0.3 p2=0.72=0.49=p2 2pq=20.70.3 =0.42=2pq q2=

10、0.32=0.09 =q2此群体平衡此群体平衡 A p(0.7) a q(0.3)A p(0.7) AA p2=(0.49) Aa pq=(0.21) a q(0.3) Aa pq=(0.21) aa q2=(0.09) 精子精子卵子卵子群体中的基因（二）基因频率的计算（二）基因频率的计算在一个平衡群体下：在一个平衡群体下： p = A q= a p+q=1 p2=AA 2pq=Aa q2=aa p2+2pq+q2=11. AR遗传病基因频率的计算遗传病基因频率的计算:例例: 调查一个调查一个60000人的群体人的群体, 发现先天聋哑发现先天聋哑(AR) 病人有病人有5人人, 求该群体的正常和

11、致病基求该群体的正常和致病基因频率以及携带者频率因频率以及携带者频率?解解: 已知已知q2=5/60000 q=5/60000 = 0.009 p= 1-q = 0.991 2pq=20.991 0.009=1.81%群体中的基因2. AD遗传病基因频率的计算遗传病基因频率的计算:例例: 某地区调查某地区调查100000人中有多指患者人中有多指患者 (AD) 2人人, 求这一地区的求这一地区的 p、q？解：解： p2 + 2pq = 2/100000 q2 = 1( p2+2pq ) = 1 2/100000 = 0.99998 q=0.99998 = 99.99% p = 1 99.99%

12、= 0.01%群体中的基因X连锁等位基因的频率基因型各基因型频率各等位基因频率XAXaXAXAp2/22p2/3-XAXa2pq/22pq/32pq/3XaXaq2/2-2q2/3XAYp/2p/3-XaYq/2-q/3群体中的基因3. XR遗传病基因频率的计算遗传病基因频率的计算:例例: 调查某一地区调查某一地区170000个男人个男人, 其中其中119人患红绿人患红绿色盲色盲, 求该地区的求该地区的p、q、携带者和患者频率？、携带者和患者频率？解：解：男性基因型：男性基因型： p(XY) + q( XaY) =1 女性基因型：女性基因型：p2(XAXA)+2pq(XAXa)+q2(XaXa

13、)=1 男性发病率男性发病率 q 119/170000 = 0.07% p = 1q = 1 0.0007 = 99.93% 携带者携带者 2pq= 299.93 %0.07% = 0.14% 女患者女患者 q2 = (0.07%)2 = 0.49%=4.910-5群体中的基因第三节第三节影响遗传平衡的因素影响遗传平衡的因素一、突变一、突变二、选择二、选择三、近亲婚配三、近亲婚配群体中的基因 一一. 突变突变设正向突变（Aa）的频率为u， 回复突变（aA）的频率为v。 群体中f(A)=p，f(a)=q，假设群体很大，无自然选择存在，那么在每一代中，A等位基因以u频率突变成a，a等位基因也以v频

14、率回复突变为A.若upvq时，f（a）增加,即正突变 回复突变，若upvq时，f（A）增加,即正突变 回复突变。群体中的基因若达到平衡时，p = vq up = 0, vq = up, vq = u (1-q) 解这个等式，我们可以得到平衡时q值 vq = u uq vq+uq = u q (v+u) = u q =u/(v+u)同理：p=v/(v+u)群体中的基因 突变率突变率:每代每个配子中某个基每代每个配子中某个基因座的突变频率因座的突变频率 = n10-6基因基因/代代(1-q)au ( 隐性突变率隐性突变率 )v ( 显性突变率显性突变率 )(q)群体中的基因 例如 :人类PTC的尝

15、味能力由基因T决定，突变纯合子tt失去对PTC的尝味能力，此突变既无害也无益，称中性突变。不同人群中等位基因T和t的频率差异可能就来源于突变率差异。如果u=0.6x10-6/代，v= 0.4x10-6/代,则基因t的频率q=u/v+u=0.6/0.6+0.4=0.6,味盲频率（tt）q2=0.36=36%群体中的基因二、选择二、选择 选择是对群体某一基因型个体生存和选择是对群体某一基因型个体生存和生育的选择，故用适合度来衡量生育的选择，故用适合度来衡量。 适合度：适合度：某种基因型个体存活并将其某种基因型个体存活并将其 基因传递给下一代的能力基因传递给下一代的能力. 常用相对生育率（常用相对生

16、育率（f）来代表。）来代表。群体中的基因例例: 丹麦调查丹麦调查108名软骨发育不全性侏儒名软骨发育不全性侏儒的人生育了的人生育了27个小孩个小孩, 而这些患者的正常而这些患者的正常同胞有同胞有457人人, 共生育了共生育了582个孩子个孩子, 求求 f ？ 选择系数（选择系数（selection coefficient，s） 在选择作用下，使适合度降低的百分数在选择作用下，使适合度降低的百分数 S = 1f S + f = 1 适合度适合度f（相对生育率）（相对生育率）0.2 27/108582/457 患者平均生育子女数患者平均生育子女数 正常同胞平均生育子女数正常同胞平均生育子女数群体中

17、的基因 v(显性基因突变率显性基因突变率) = Sp= S ( p2 + 2pq ) = S (2pq) 例例:经调查经调查,某市二十五年来所生的某市二十五年来所生的300000个孩子个孩子, 其中有其中有12人为成骨不全人为成骨不全( AD ), 该病的适合率为该病的适合率为0.4, 求该致病基因的突变求该致病基因的突变率率.解：解：发病率（发病率（2pq）= 12 / 3000000 = 4.010-5 S = 1 f = 1 0.4 = 0.6 v = S (2pq) = 0.6 4.010-5 = 1210-6基因基因/代代1.、突变和选择对显性基因的作用、突变和选择对显性基因的作用群

18、体中的基因2、突变和选择对隐性基因的作用突变和选择对隐性基因的作用 u(隐性基因突变率隐性基因突变率)Sq2例例: : 已知半乳糖血症已知半乳糖血症（AR）的发病率是的发病率是1/20000, 1/20000, 这种病的生育率仅为正常人的这种病的生育率仅为正常人的20%,20%,求突变率求突变率? ? 解解: 已知已知: q2=1/20000 f=0.2 u = Sq2 = (10.2) 1/20000 = 4.010-6/ 代代群体中的基因3、突变和选择突变和选择对对XR基因的作用基因的作用XAY pXaY q被选择被选择（发病率致病基因频率（发病率致病基因频率 q） XAXA p2XAXa

19、 2pq XaXa q2被选择，罕见，可忽略被选择，罕见，可忽略XAuXa u = 1/3Sq( q )( p )群体中的基因例：调查某一地区例：调查某一地区3000000个男性，发现个男性，发现患患DMD (XR) 的男人有的男人有18人人, 患者的相对患者的相对生育率为生育率为0.35, 求突变率求突变率?解解: 已知已知 q = 18/3000000=0.000006 f=0.35 u = 1/3 sq = 1/3 (10.35) 0.000006 = 1.3 10-6基因基因/代代 群体中的基因4、突变和选择、突变和选择对对XD基因的作用基因的作用 XAY XaY XAXA XAXa

20、XaXa (p) (q) (p2) (2pq) (q2) 被淘汰被淘汰被淘汰被淘汰 每代被淘汰的每代被淘汰的XA基因频率基因频率:p v=sp被淘汰被淘汰群体中的基因第三节第三节影响遗传平衡的因素影响遗传平衡的因素一、非随机婚配一、非随机婚配考虑配偶基因型的婚配考虑配偶基因型的婚配近亲婚配近亲婚配(consanguinous mating) 34代以内有共同祖先的人彼此婚配代以内有共同祖先的人彼此婚配亲缘系数亲缘系数 (coefficient of relatinship, r) 两个人从共同祖先获得某一等位基因的概率两个人从共同祖先获得某一等位基因的概率 近婚系数近婚系数 (inbreedi

21、ng coefficient) 近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率因的概率群体中的基因表表: : 亲属级别与亲缘系数亲属级别与亲缘系数P56P56与先证者的亲缘关系与先证者的亲缘关系 亲缘系数亲缘系数 一级亲属一级亲属:（父母、同胞、子女）父母、同胞、子女） 1/2 二级亲属二级亲属: (外外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨祖父母、伯、叔、姑、舅、姨 1/4 三级亲属三级亲属: 姨表兄妹、堂表兄妹姨表兄妹、堂表兄妹 1/8群体中的基因1 21 2 3 4 1 2亲缘系数计算亲缘系数计算例例: 表兄妹有表兄妹有1/8基因相同基因相同aa 1/21

22、/2=1/41/21/2=1/432121a 1、2同时出现同时出现1 a 的的概率概率: 1/4 1/4=1/161/21/2=1/41/21/2=1/432 1、2同时出现同时出现2 a 的概率的概率:12a2 1、2同时出现同时出现1 a 或或2 a的概率的概率: 1/16 +1/16=1/81/4 1/4=1/16群体中的基因( (一一) )近婚系数：近婚系数：近亲婚配所生子女从共同祖先获近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率得一对相同基因的概率1. 1. 常染色体基因近婚系数的计算常染色体基因近婚系数的计算例一例一: : 同胞兄妹结婚同胞兄妹结婚, , 求求F?F? A1A

23、2 A3A4 解解: A1A1: () ( )= 1/16A2A2: () ( )= 1/16A3A3: () ( )= 1/16A4A4: () ( )= 1/16 F = 1/16 4 = 1/4 一级亲属（同胞兄妹）结婚一级亲属（同胞兄妹）结婚子女是纯合子的概率是子女是纯合子的概率是1/41 21 2A1A1A2A2A3A3A4A4?群体中的基因 另一计算方法另一计算方法: : 12: ()2 同时从父母得到祖父同时从父母得到祖父A1A1的概率是的概率是: ()2 ()2 = ()4 同理同理: 得到得到A2A2、AA、AA4的概率也是的概率也是()4同胞兄妹结婚子女是纯合子的概率同胞兄

24、妹结婚子女是纯合子的概率: ()41 21 21 21 2A1A2 A3A4 A1: 11 经经2步步 传递传递 ()2群体中的基因例二例二: : 表兄妹结婚表兄妹结婚, , 求求F?F?A1: 121 需需3步步 ()3 132:()3 是是A1A1的概率是的概率是: ()3 ()3 = ()6 表兄妹结婚子女是表兄妹结婚子女是A1A1、 A2A2、A3A3或或A4A4的概率的概率: ()6 = 1/161 21 2 3 4 1 21 21 2 3 4 1 2A1A2 A3A4群体中的基因2.2.X染色体基因近婚系数的计算染色体基因近婚系数的计算例例: : 表兄妹结婚表兄妹结婚, , 求求F

25、? ?: : 传递机率是传递机率是 0 0: : 传递机率是传递机率是 1 1 : 均为均为1 21 2 3 4 1 2X1Y X2X3群体中的基因 姨表兄妹X染色体基因的近亲系数（自学） 平均近亲系数（自学）群体中的基因四、四、群体中的基因第四节第四节 遗传负荷遗传负荷(genetic load)遗传负荷遗传负荷:导致适合度降低的所有有害基因导致适合度降低的所有有害基因衡量衡量:群体中每个个体平均携带的有害基因群体中每个个体平均携带的有害基因 数量数量. 有害基因数量多，遗传负荷高，该群体受有害基因数量多，遗传负荷高，该群体受遗传病威胁大，群体生存不利。遗传病威胁大，群体生存不利。 有害基因数量少，遗传负荷低，群体生存有害基因数量少，遗传负荷低，群体生存有利。有利。群体中的基因 突变负荷（突变负荷（mutation load） 由于基因突变产生的有害或致死基因而由于基因突变产生的有害或致死基因而使群体适合度降低的现象使群体适合度降低的现象。 分离负荷（分离负荷（segregation load） 基因从选择上有利的杂合子分离成不利基因从选择上有利的杂合子分离成不利的纯合子而使适合度降低的现象。的纯合子而使适合度降低的现象。 遗传负荷遗传负荷突变负荷：基因突变，遗传负荷突变负荷：基因突变，遗传负荷分离负荷：选择，遗传负荷分离负荷：选择，遗传负荷