第七章群体遗传学

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1、医医医医医医 学学学学学学 遗遗遗遗遗遗 传传传传传传 学学学学学学前言任何一个通过有性生殖的物种的个体都不可能孤立的存任何一个通过有性生殖的物种的个体都不可能孤立的存在，总是依附于某个有一群可相互交配的个体所组成的群在，总是依附于某个有一群可相互交配的个体所组成的群体。所以，关于群体的遗传学结构、组成及其相关理论的体。所以，关于群体的遗传学结构、组成及其相关理论的诸多问题是无法仅仅从个体水平的遗传结构来解释的。诸多问题是无法仅仅从个体水平的遗传结构来解释的。所有决定群体的遗传组成及其随时间和空间而变化的规律所有决定群体的遗传组成及其随时间和空间而变化的规律性问题都属于性问题都属于群体遗传学群

2、体遗传学的研究范畴。遗传变异是群体遗传的研究范畴。遗传变异是群体遗传学研究中最基本的研究对象。学研究中最基本的研究对象。主要是探讨遗传病的发病率、遗传方式及致病基因频率和变化的规律，以求了解遗传病在群体中的发生和散布的规律，为预防、监测和治疗遗传病提供重要信息和措施。因此也被称为遗传流行病学.HDNnnAp2122)(21HRNnnaq2122)(23基因基因频率频率公式推导方法：公式推导方法：MN血型定位于血型定位于4q28-q31。有人在一个地区调查。有人在一个地区调查747人人M血型血型 基因型为基因型为MM 223人人 占占31.2%N血型血型 基因型为基因型为NN 129人人 占占1

3、7.3%MN血型血型 基因型为基因型为MN 485人人 占占51.5%设设M的基因频率为的基因频率为p，N的基因频率为的基因频率为q，pq=1 P=MM十十1/2 MN=0.312+0.515/2=0.57 q=NN+1/2MN=0.173+0.515/2=0.43 例如例如1pq1pq2221ppqq1pq2221ppqq应用应用判断一个群体是否为平衡群体判断一个群体是否为平衡群体 一个群体一个群体 100人，人，AA 60人，人，Aa 20人，人，aa 20人。这是一个遗传平衡群体吗？人。这是一个遗传平衡群体吗？假定假定AP，aq，pq=l P22pqq2=l P2AA，q2aa，2pqA

4、a 应用应用基基 因因 型型 数数 量量 频频 率率 AA 60 0.60 Aa 20 0.20 aa 20 0.20 总计总计 100 1.0 先计算基因型频率：先计算基因型频率：AA（D）0.6 Aa（H）0.2 aa（R）0.2判断一个群体是否为平衡群体判断一个群体是否为平衡群体再计算基因频率：根据公式再计算基因频率：根据公式 Ap=0.600.20/2=0.70 aq=0.20+0.20/2=0.30 aq=0.20+0.20/2=0.30 如 果 是 遗 传 平 衡 的 群 体，它 应 当 符 合：如 果 是 遗 传 平 衡 的 群 体，它 应 当 符 合：p p2 2+2pq+q+

5、2pq+q2 2=1=1；p p2 2=0.49 2pq=0.42 q=0.49 2pq=0.42 q2 2=0.09=0.09（理论值理论值）即即 0.49+0.42+0.09=10.49+0.42+0.09=1上述群体基因型频率的上述群体基因型频率的实际值实际值：p p2:2:0.60.6、2pq:0.22pq:0.2、q q2 2:0.2:0.2 故群体是一个遗传不平衡的群体故群体是一个遗传不平衡的群体 F1 F1代基因型代基因型AAAA：AaAa：aaaa的比例变化的比例变化 精子精子 A A（0.700.70）a(0.30)a(0.30)卵子卵子A(0.70A(0.70）AA(0.4

6、9)Aa(0.21)AA(0.49)Aa(0.21)a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)即即AAAA（p p1 1）2 2=0.49=0.49，Aa(2pAa(2p1 1q q1 1)=0.42)=0.42，aa(qaa(q1 1)2 2=0.09=0.09 达到了遗传平衡状态达到了遗传平衡状态 再次随机交配再次随机交配 F2 F2基因型基因型AAAA：AaAa：aaaa的比例变化的比例变化 F2 F2 精子精子 A A（0.700.70）a(0.30)a(0.30)卵子卵子A(0.70A(0.70）AA(0.49)Aa(0.21)AA(

7、0.49)Aa(0.21)a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)即即AAAA（p p2 2）2 2=0.49=0.49，Aa(2pAa(2p2 2q q2 2)=0.42)=0.42，aa(qaa(q2 2)2 2=0.09 =0.09 因此，一个遗传不平衡的群体，只要是因此，一个遗传不平衡的群体，只要是进行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。进行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。22()oee应用应用 例如例如:一个群体中白化病的发病率为一个群体中白化病的发病率为1/20000，求致病基因频率；携带者频率？求致病基因频率；携带者频率？按

8、遗传平衡定律计算：按遗传平衡定律计算：aa=q2=1/20000a=q=1/20000=0.007 A=p=1-q=1-0.007=0.993 Aa=2pq=20.0070.9931/70 在这个群体中：致病基因在这个群体中：致病基因a的频率为的频率为0.007，携带者的频率约为携带者的频率约为1/70。应用应用性性 别别基因型基因型基因型频率基因型频率女女 性性XAXAp2XAXa2pqXaXaq2男男 性性XAYpXaYq应用应用例如：例如：XR等位基因位于等位基因位于X染色体上，男性只有一条染色体上，男性只有一条X染色体染色体 男性的发病率男性的发病率=致病基因频率致病基因频率 女性的发

9、病率女性的发病率=(致病基因频率致病基因频率)2 红绿色盲在男性中占红绿色盲在男性中占7%7%致病基因频率致病基因频率q=0.07,q=0.07,女性红绿色盲女性红绿色盲发病率发病率预期应为预期应为q q2 2=(0.07)=(0.07)2 2=0.0049=0.0049，这与实，这与实际观察到的数值际观察到的数值0.5%0.5%是很相近的是很相近的 女性携带者频率女性携带者频率2pq=2(1-q)q=2q-2q2=2q=20.07=0.14()Af Ip()Bf Iq()f ir1pqr2222()2221pqrppqqqrrpr第二节影响遗传平衡的因素第二节影响遗传平衡的因素Hardy-W

10、einbergHardy-Weinberg平衡定律仅适用于无选择、无突变、平衡定律仅适用于无选择、无突变、随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发，将这自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发，将这些使用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观真实群些使用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观真实群体的情况，最终获得真实群体的遗传结构及其变化的一般体的情况，最终获得真实群体的遗传结构及其变化的一般规律。规律。29影响群体遗传平衡的因素影响群体遗传平衡的因素遗传平衡突变遗传漂变选择迁移近亲婚

11、配30、突变基因通过突变可成为另外的等位基因，这无疑将影响到基因的频率及群体的遗传平衡。由突变引起群体的基因频率改变十分缓慢，每个基因每代的突变率大约为10-510-7。2、选择(selection)：指由于基因型的差别而导致个 体生存能力和生育能力的差别。常用适合度和选择系数来表示。：是指一定环境条件下，某种基因型个体能生存并能将他的基因传给后代的能力。用表示。一般用相对生育率(relative fertility)来衡量。选择的作用常用选择系数(selection coefficient，S)来表示。S 代表在选择作用下，降低的适合度，S 1 f。例如，根据在丹麦的一项调查发现：例如，根据

12、在丹麦的一项调查发现：108108名软骨发名软骨发育不全性侏儒生育了育不全性侏儒生育了2727个孩子，这些侏儒的个孩子，这些侏儒的457457个正常个正常同胞共生育了同胞共生育了582582个孩子。如以正常人的生育率为个孩子。如以正常人的生育率为1 1，侏儒患者的相对生育率（侏儒患者的相对生育率（f f）则为：）则为：f=27/108 f=27/108 582/457=0.20 582/457=0.20 例如，软骨发育不全性侏儒的选择系数例如，软骨发育不全性侏儒的选择系数 S=1-f=1-0.20=0.80S=1-f=1-0.20=0.80、迁移，又称基因流(gene flow)：迁移压力的增

13、强可使某些基因从一个群体有效地散布到另一个群体中。如血型B基因:起源于亚洲,逐渐向西流动,导致B型血在亚洲高频率,跨越欧洲而逐步降低。4、遗传漂变(random genetic drift)：在一个小的群体中，由于所生育的子女数目少，导致的等位基因频率产生相当大的随机波动的现象。遗传漂变没有确定的方向，世代群体间基因频率变化是随机的，因此又称为随机遗传漂变(random genetic drift)。（relationship coefficient,r）2 (1/2)1+1=1/2 近婚系数近婚系数（inbreeding coefficient,F）：是指近亲婚配的一）：是指近亲婚配的一对夫

14、妻可能从共同祖先得到同一基因，有可能把同一基因传对夫妻可能从共同祖先得到同一基因，有可能把同一基因传给他们的子女，子女得到这样一对来源相同且纯合的概率为给他们的子女，子女得到这样一对来源相同且纯合的概率为近婚系数。近婚系数。F=4(1/2)n或或 F=2(1/2)nA1A1A2A2A3A3 A4A4P 1 2 B 1 2 A1A2 A3A4S同胞兄妹同胞兄妹A1 A1A1从从P1B1 S (1/2)2A1从从P1 B2 S (1/2)2 A1从从P1B1B2S (1/2)4同理同理A2A2(1/2)4A3 A3A3从从P2B1 S (1/2)2 A3从从P2 B2 S (1/2)2 A3从从P

15、2B1B2S (1/2)4同理同理A4A4(1/2)4F=4 (1/2)4=1/4 4:表示基因数目（表示基因数目（共同祖先）共同祖先）4：表示路经数表示路经数1234常染色体基因：常染色体基因：4 (1/2)4=1/4 4 (1/2)=(1/2)4=X1YX2X3X1X1X2X2X3X3S(1/2)(1/2)=SX1YX2X3X2X2X3X3 (1/2)SX1YX2X3SX1YX2X345因此，仅就X连锁基因来看，危害性：姨表兄妹婚配舅表兄妹婚配姑表兄妹或堂表兄妹婚配。46、平均近婚系数、平均近婚系数(average inbreeding coefficient)评估近亲婚配对群体的危害时，

16、平均近婚系数(a)有重要的意义，从群体角度探讨近亲婚配基因纯合的可能性的大小。Mi：某型近亲婚配数Fi：某型近亲婚配的近婚系数N：总婚配数若一个群体的平均近婚系数(a)超过0.01即为高值。a=(Mi/N)Fi47例李村，107对夫妇中，有6对属于表兄妹婚配，8对为二级表兄妹婚配。此群体平均近婚系数。此群体平均近婚系数？表兄妹近婚系数F=1/16二级表兄妹近婚系数F=1/64a=(6/107 1/16+8/107 1/64)=0.467%48第三节遗传负荷遗传负荷：指在一个群体中，由于致死基因(lethal gene)或有害基因的存在而使该群体适合度降低的现象。来源于突变负荷和分离负荷。突变负荷：指由于基因的致死突变或有害的基因突变产生而降低了适合度，给群体带来的负荷。取决于突变率和突变基因的选择系数。分离负荷：指由于杂合子(Aa)之间的婚配，在后代中由于分离而产生一部分适合度降低的纯合子(aa)，因而导致群体适合度的降低，造成遗传负荷的增高。影响因素影响因素 近亲婚配近亲婚配 环境环境