群體遺傳分析

1、一、孟德?tīng)栆弧⒚系聽(tīng)柸后w群體 : : 1 1、群體、群體 F( (生態(tài)學(xué)生態(tài)學(xué)) )群體：群體： 某一空間內(nèi)生物個(gè)體的總和包括全部物種某一空間內(nèi)生物個(gè)體的總和包括全部物種 的生物個(gè)體的生物個(gè)體 F種群、地區(qū)群體種群、地區(qū)群體/ /居群居群: : 地理隔離會(huì)造成基因交流障礙，所以群體地理隔離會(huì)造成基因交流障礙，所以群體 遺傳學(xué)研究生活在同一區(qū)域內(nèi)，能夠相互交遺傳學(xué)研究生活在同一區(qū)域內(nèi)，能夠相互交 配的同種生物的個(gè)體群配的同種生物的個(gè)體群 F遺傳學(xué)和進(jìn)化論中研究的群體是孟德?tīng)柸后w：遺傳學(xué)和進(jìn)化論中研究的群體是孟德?tīng)柸后w： 同一物種內(nèi)有相互交配關(guān)系、能自由進(jìn)行同一物種內(nèi)有相互交配關(guān)系、能自由進(jìn)行 基

2、因交流的所有個(gè)體。基因交流的所有個(gè)體。 第第2頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 孟德?tīng)柮系聽(tīng)柸后w群體的本質(zhì)特征是：的本質(zhì)特征是： 群體內(nèi)每個(gè)個(gè)體的群體內(nèi)每個(gè)個(gè)體的配子配子( (或或配子配子) )具有相等的具有相等的 機(jī)會(huì)機(jī)會(huì)配子配子( ( 。 最大的孟德?tīng)柸后w就是整個(gè)物種（不存在生殖隔最大的孟德?tīng)柸后w就是整個(gè)物種（不存在生殖隔 離）。離）。 群體內(nèi)不同個(gè)體的基因型可以不同。由于復(fù)等位基因群體內(nèi)不同個(gè)體的基因型可以不同。由于復(fù)等位基因 的廣泛存在，不同個(gè)體所具有的等位基因也可能不一的廣泛存在，不同個(gè)體所具有的等位基因也可能不一 樣，但群體中所有的基因是一定的。樣，但群體中所有的基因是一定的。 基因庫(kù)基因庫(kù)(g

3、ene pool)(gene pool)指一個(gè)群體中包含的所有基因指一個(gè)群體中包含的所有基因 總數(shù)，這里的總數(shù)，這里的“所有基因所有基因”是指群體內(nèi)存在于所是指群體內(nèi)存在于所 有基因座（有基因座（gene locigene loci）上的全部等位基因。）上的全部等位基因。 生物體在繁殖過(guò)程中，并不能把個(gè)體的基因型傳遞給生物體在繁殖過(guò)程中，并不能把個(gè)體的基因型傳遞給 子代，傳遞給子代的只是基因。子代，傳遞給子代的只是基因。 第第3頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 1 1、基因型頻率：、基因型頻率： 一個(gè)群體內(nèi)某個(gè)特定基因型所占的比例。一個(gè)群體內(nèi)某個(gè)特定基因型所占的比例。 在一個(gè)個(gè)體數(shù)為的二倍體生物群體在一個(gè)個(gè)

4、體數(shù)為的二倍體生物群體( (居群居群) )中中, ,一對(duì)一對(duì) 等位基因等位基因(A,a)(A,a)的三種基因型的頻率表示如下的三種基因型的頻率表示如下: : 基因型頻率基因型頻率個(gè)體數(shù)個(gè)體數(shù) P + H + Q Q = q/N H = h/N P = p/N 符號(hào)符號(hào) N = 100000N = 100000 N N 型型: 16000: 16000 MN MN 型型:48000:48000 M M 型型: 36000: 36000 MNMN血型實(shí)例血型實(shí)例 N N q h p 符號(hào)符號(hào) 1合計(jì)合計(jì) Q = 0.16aa H = 0.48Aa P = 0.36AA MNMN血型實(shí)例血型實(shí)例 基

5、因型基因型 一個(gè)群體即使所有個(gè)體都具有相同繁殖效率一個(gè)群體即使所有個(gè)體都具有相同繁殖效率, ,也只有也只有 在隨機(jī)交配前提下在隨機(jī)交配前提下, , 基因型頻率才能維持不變。基因型頻率才能維持不變。 只要不是隨機(jī)交配，基因型頻率就會(huì)發(fā)生變化。比如只要不是隨機(jī)交配，基因型頻率就會(huì)發(fā)生變化。比如 F2F2通過(guò)自交產(chǎn)生的通過(guò)自交產(chǎn)生的F3F3群體基因型頻率就變了。群體基因型頻率就變了。 第第4頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 基因頻率：群體內(nèi)某個(gè)特定基因座基因頻率：群體內(nèi)某個(gè)特定基因座(locus)(locus)上一個(gè)特定上一個(gè)特定 等位基因占該基因座位所有等位基因總數(shù)的比例，也等位基因占該基因座位所有等位基因總數(shù)

6、的比例，也 稱為等位基因頻率。稱為等位基因頻率。 基因頻率基因頻率基因型頻率基因型頻率 + = a基因基因: A基因基因: 符號(hào)符號(hào) 0.16 0.48 0.36 實(shí)例實(shí)例 1 Q H P 符號(hào)符號(hào) 合計(jì)合計(jì) aa Q+ H = 0.4Aa P + H = 0.6AA 實(shí)例實(shí)例 基因型基因型 一個(gè)群體只要所有個(gè)體都具有相同的繁殖效率，無(wú)論一個(gè)群體只要所有個(gè)體都具有相同的繁殖效率，無(wú)論 隨機(jī)交配還是通過(guò)自交，產(chǎn)生的子代群體內(nèi)基因頻率隨機(jī)交配還是通過(guò)自交，產(chǎn)生的子代群體內(nèi)基因頻率 都維持不變。都維持不變。 在一個(gè)個(gè)體數(shù)為的二倍體生物群體中，一對(duì)等位基在一個(gè)個(gè)體數(shù)為的二倍體生物群體中，一對(duì)等位基 因

7、因(A,a)(A,a)的基因座位共有的基因座位共有2N2N份，兩個(gè)等位基因的頻率表份，兩個(gè)等位基因的頻率表 示如下：示如下： 第第5頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 1. 在一個(gè)完全隨機(jī)交配的群體內(nèi)，如果沒(méi)有其它因素在一個(gè)完全隨機(jī)交配的群體內(nèi)，如果沒(méi)有其它因素 （如突變、選擇、遷移等），那么，基因頻率和基因（如突變、選擇、遷移等），那么，基因頻率和基因 型頻率可以保持恒定，各代不變。型頻率可以保持恒定，各代不變。 這一現(xiàn)象是德國(guó)醫(yī)生這一現(xiàn)象是德國(guó)醫(yī)生 Weinberg W. 和英國(guó)數(shù)學(xué)和英國(guó)數(shù)學(xué) 家哈德家哈德Hardy G.H. 于于1908 年分別發(fā)現(xiàn)的，故稱：哈年分別發(fā)現(xiàn)的，故稱：哈 德魏伯格定律。德魏

8、伯格定律。 設(shè)：在一個(gè)隨機(jī)交配群內(nèi)基因設(shè)：在一個(gè)隨機(jī)交配群內(nèi)基因A的頻率為的頻率為 , 基因基因的的 頻率為頻率為 ， + = 1； 則：三種基因型的頻率為：則：三種基因型的頻率為： 當(dāng)當(dāng) 3 種不同基因型個(gè)體間充分隨機(jī)交配，下一代基因種不同基因型個(gè)體間充分隨機(jī)交配，下一代基因 型頻率和親代完全一樣，不會(huì)發(fā)生改變：型頻率和親代完全一樣，不會(huì)發(fā)生改變： 第第6頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第7頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 72010年2月第第8頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 例：例：我國(guó)某人群中測(cè)定了我國(guó)某人群中測(cè)定了10501050人人對(duì)苯硫脲的嘗味能力對(duì)苯硫脲的嘗味能力, , 其中其中410410人人(TT)(TT)有嘗

9、味能力、雜合的有有嘗味能力、雜合的有500500人人(Tt)(Tt)、味盲、味盲 者有者有140140人人(tt)(tt)。問(wèn)是否是達(dá)到。問(wèn)是否是達(dá)到Hardy-weibergHardy-weiberg平衡？平衡？ 由于：由于：T 基因的頻率基因的頻率 p = (2410500)/(10502) = 0.63 t 的基因頻率的基因頻率 q = (2140500)/(10502) = 0.37 根據(jù)遺傳平衡定律可算出基因型頻率和頻數(shù)理論值根據(jù)遺傳平衡定律可算出基因型頻率和頻數(shù)理論值(C): c c2 2 = 0.4310.0970.2250.109(C O)2/C N = 1050 Nq2 =

10、143.74 2Npq = 489.51 Np2 = 416.75 預(yù)期頻數(shù)預(yù)期頻數(shù)( C ) 1050 = N140500410實(shí)際頻數(shù)實(shí)際頻數(shù)( O ) 合計(jì)合計(jì)ttTtTT 由于在實(shí)際調(diào)查中存在抽樣誤差由于在實(shí)際調(diào)查中存在抽樣誤差,需理應(yīng)卡平方檢驗(yàn)法需理應(yīng)卡平方檢驗(yàn)法 進(jìn)行適合性檢驗(yàn)：進(jìn)行適合性檢驗(yàn)：c c2 = S S (C O)2/C，H0: C O= 2 = 0.431 2 2a a=0.05 = 3.841, ,符合遺傳平衡群體特征。 符合遺傳平衡群體特征。 第第9頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 由于在由于在32/32被淘汰一半后的初始群體中：被淘汰一半后的初始群體中： H1 = 0.181

11、, P1 = 0.814, Q1 = 0.005, p1 = 0.9045, q1 = 0.0955 P2 = 0.8181，Q2 = 0.0091，H2 = 20.0864 = 0.1728 基因頻率不變：基因頻率不變：P= 2, H = 2 , Q = 2, 即已達(dá)平衡。 即已達(dá)平衡。 而且而且: 2 = 0.90452 = 0.8181P ， 2 = 0.09552 = 0.0091Q ，2= 0.1728 H 也就是說(shuō)也就是說(shuō)說(shuō)明群體處于非平衡狀態(tài)。說(shuō)明群體處于非平衡狀態(tài)。 再來(lái)看看經(jīng)過(guò)一次隨機(jī)交配后的子代群體：再來(lái)看看經(jīng)過(guò)一次隨機(jī)交配后的子代群體： p p1 1 = 0.9045 =

12、 0.9045 q q1 1 = 0.0955 = 0.0955 32/32/3232 q q1 12 2=0.0091=0.0091 CCR5/CCR5/3232 p p1 1q q1 1=0.0864=0.0864 配子配子: : 3232 q q1 1 = 0.0955 = 0.0955 CCR5/CCR5/3232 p p1 1q q1 1=0.0864=0.0864 配子配子: : 3232 CCR5/CCR5CCR5/CCR5 p p1 12 2=0.8181=0.8181 配子配子: CCR5: CCR5 p p1 1 = 0.9045 = 0.9045 配子配子: CCR5:

13、CCR5 群體內(nèi)群體內(nèi) 配子配子 群體群體 內(nèi)配子內(nèi)配子 第第10頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) ，如果沒(méi)有其它因，如果沒(méi)有其它因 素干擾，則各代的基因頻率保持不變；素干擾，則各代的基因頻率保持不變； ，不論初始基因頻率和，不論初始基因頻率和 基因型頻率如何，只需經(jīng)過(guò)一代的隨機(jī)交基因型頻率如何，只需經(jīng)過(guò)一代的隨機(jī)交 配就可達(dá)到平衡；配就可達(dá)到平衡； ，基因頻率和，基因頻率和 基因型頻率關(guān)系是：基因型頻率關(guān)系是： P = pP = p2 2，H = 2pqH = 2pq，Q = qQ = q2 2 第第11頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 1 1、遺傳平衡定律是群體遺傳分析的理論基礎(chǔ)。、遺傳平衡定律是群體遺傳分析的理論基

14、礎(chǔ)。 2 2、除自花授粉植物外、除自花授粉植物外, ,高等生物的自然群體一般接高等生物的自然群體一般接 近于隨機(jī)交配近于隨機(jī)交配, ,且都是很大的群體。所以且都是很大的群體。所以, ,遺傳平遺傳平 衡定律基本適用于分析、研究這類群體，具有廣衡定律基本適用于分析、研究這類群體，具有廣 泛的實(shí)用性。泛的實(shí)用性。 3 3、根據(jù)遺傳平衡定律、根據(jù)遺傳平衡定律, ,在隨機(jī)交配條件下在隨機(jī)交配條件下, ,如果沒(méi)有如果沒(méi)有 遷移、選擇和增加突變等因素的遷移、選擇和增加突變等因素的，平，平 衡群體的基因頻率和基因型頻率世世代代保持不衡群體的基因頻率和基因型頻率世世代代保持不 變變, ,即平衡群體的遺傳結(jié)構(gòu)是穩(wěn)

15、定不變的。即平衡群體的遺傳結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的。 4 4、群體的遺傳平衡是有條件的、群體的遺傳平衡是有條件的, ,研究影響遺傳平衡研究影響遺傳平衡 的因素，以及在這些因素作用下群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變的因素，以及在這些因素作用下群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變 化的規(guī)律化的規(guī)律，便可揭示生物進(jìn)化的規(guī)律。，便可揭示生物進(jìn)化的規(guī)律。 第第12頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 群體維持遺傳平衡的主要條件有：群體維持遺傳平衡的主要條件有： 1 1、隨機(jī)交配；、隨機(jī)交配；2 2、大群體；、大群體；3 3、無(wú)選擇；、無(wú)選擇； 4 4、無(wú)突變或正反向突變相抵；、無(wú)突變或正反向突變相抵； 5 5、無(wú)其它基因摻入形式、無(wú)其它基因摻入形式( (主要是遷移主要

16、是遷移) )。 無(wú)無(wú) 突變突變 隨機(jī)隨機(jī)無(wú)無(wú)大大無(wú)無(wú)群體平衡群體平衡穩(wěn)定穩(wěn)定 交配繁殖交配繁殖遷移遷移群體群體選擇選擇因素因素 但是在自然界中，偶爾會(huì)有一些因素發(fā)生變化，如但是在自然界中，偶爾會(huì)有一些因素發(fā)生變化，如 、等，等， 每次這樣的事件都將造成群體遺傳結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)：每次這樣的事件都將造成群體遺傳結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)： 第第13頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第14頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 1、突變壓突變壓 (mutation pressure)：基因突變：基因突變?cè)斐稍斐傻幕幕?因頻率因頻率改變量，等于改變量，等于 基因基因突變突變一是一是為自然選擇提供原始材料為自然選擇提供原始材料，二是，二是直直 接導(dǎo)接導(dǎo)

17、致群體基因頻率改變致群體基因頻率改變。 令令 = 正突變頻率；正突變頻率； = 反突變頻率：反突變頻率： 一對(duì)基因的突變有正突變，也有反突變，所以：一對(duì)基因的突變有正突變，也有反突變，所以： A a 的頻率即的頻率即A的減少率為的減少率為 ()； a A 的頻率即的頻率即A的增加率為的增加率為 ()。 在沒(méi)有其他因素影響時(shí)：設(shè)某一世代中，一對(duì)基在沒(méi)有其他因素影響時(shí)：設(shè)某一世代中，一對(duì)基 因因A, a的頻率分別為的頻率分別為 和和 A 基因基因頻率的影響為：頻率的影響為： D D= 第第15頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) ，并不改變?nèi)后w內(nèi)的基因頻率，并不改變?nèi)后w內(nèi)的基因頻率， ： 由于由于 = = 0，且，

18、且 = 1 所以：所以： 也就是：也就是： = , 改寫(xiě)為改寫(xiě)為 ( ) = vu u q + + = = 同理可得：同理可得： 由于：由于：A A的正突變率為的正突變率為u u；a aA A的的反突變率為反突變率為v v。 群體中群體中 A 的頻率為的頻率為 p ，a 的頻率為的頻率為 q， = 1。 故：故： 。如實(shí)驗(yàn)查明一對(duì)等位基因。如實(shí)驗(yàn)查明一對(duì)等位基因 的正、反突變率，就可利用左邊公的正、反突變率，就可利用左邊公 式計(jì)算出平衡狀態(tài)下的基因頻率。式計(jì)算出平衡狀態(tài)下的基因頻率。 第第16頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 例如例如：Aa 的突變率為的突變率為 1/100萬(wàn)，即萬(wàn)，即 u = 1 10-6

19、 ； aA 的反突變率為的反突變率為 0.5/100萬(wàn)，即萬(wàn)，即 v = 5 10-7 在在 = 的前提下，有的前提下，有 。 所以，根據(jù)公式：所以，根據(jù)公式： = /() 可算出：可算出： p = 0.0000005/(0.00000050.000001) = 也就是在群體中，也就是在群體中，。 這時(shí)的正突變壓這時(shí)的正突變壓 = (110-6) = 10-6 這時(shí)的反突變壓這時(shí)的反突變壓 = (510 ) = 10-6 所以，所以，正反突變壓正反突變壓相等相等 正反突變率正反突變率相等相等 如果等位基因的正反突變率相等如果等位基因的正反突變率相等 (即即 = ), 同時(shí)同時(shí)正反突正反突 變壓

20、也相等變壓也相等 ( = ), 則必然是則必然是 = = 0.5 第第17頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 根據(jù)前面的知識(shí)，根據(jù)前面的知識(shí)，p = qv pu, 且且 = 1。 在在 和和 維持不變的情況下，如果維持不變的情況下，如果 puqv，即，即 A 承受承受 的突變壓的突變壓比比 a 承受的突變壓承受的突變壓大。也就是說(shuō)在群體內(nèi)，與大。也就是說(shuō)在群體內(nèi)，與 a 突變成突變成 A 相比，有更多的相比，有更多的 A 突變成突變成 a。 一個(gè)世代后一個(gè)世代后, 與上一代相比與上一代相比 變小了：變小了：= p 。 的的這個(gè)減量這個(gè)減量(p) 就是就是 的增量的增量(q)：= +q 。 由于基因的突變頻率一

21、般都很低由于基因的突變頻率一般都很低(1/1041/107)，因此，因此, 突變壓差對(duì)基因頻率的明顯改變要經(jīng)過(guò)很多世代突變壓差對(duì)基因頻率的明顯改變要經(jīng)過(guò)很多世代。對(duì)于。對(duì)于 繁殖周期很短的生物，可在較短時(shí)間內(nèi)引起基因頻率的繁殖周期很短的生物，可在較短時(shí)間內(nèi)引起基因頻率的 明顯改變。明顯改變。 第第18頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) (了解) C2 （ =2）C1（ =1） 0.4999000450.49995002n -4.99750000008105-4.998 105n-1n-1 2.00019992 1082108n-1 4.9995002 1055105n-1 第第19頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 的現(xiàn)象的

22、現(xiàn)象。 改變基因頻率改變基因頻率的最主要因素的最主要因素。自然選擇、人工選擇。自然選擇、人工選擇。 其中( () )2 2cccc的白化苗個(gè) 體又會(huì)被淘汰。 ： 。 ： ; ： 綠色基因綠色基因 C 和白化苗基因和白化苗基因 c 的頻率各的頻率各 0.5。經(jīng)。經(jīng) 一代繁殖，子代群體將有一代繁殖，子代群體將有 全部死亡。全部死亡。 剩下的群體中剩下的群體中 、只有只有 由此形成的由此形成的為：為： 第第20頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 前述群體中：白花基因的前述群體中：白花基因的 = 0.4, 紅花基因的紅花基因的 = 0.6 設(shè)：設(shè)：此群體為初始群體，此群體為初始群體，白花基因白花基因 a 的的頻率為頻

23、率為 q0 = 0.4 淘汰淘汰白花白花 (aa，)，隨機(jī)交配的子代群體隱性，隨機(jī)交配的子代群體隱性 基因頻率基因頻率 1 可從雜合子所占的比值中求出。 可從雜合子所占的比值中求出。 = 0.4/1.4 = 0.2857 連續(xù)連續(xù)n n代淘汰后，隱性等位基因頻率為：代淘汰后，隱性等位基因頻率為： nn+1 = n2/(1 + n)； ；n = 1/qn 1/q0： 由于由于 a 只占雜合體基因的一半，只占雜合體基因的一半，所以，所以，a 在總個(gè)體中所在總個(gè)體中所 占的比值為：占的比值為： 第第21頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 經(jīng)n n 代淘汰后，群體內(nèi)三種基因型的頻率為： 例如淘汰至第十代時(shí)： 第十代時(shí)

24、，在100株苗中的白化苗個(gè)體已 不到1株(0.83%) 第第22頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 淘汰顯性性狀可以迅速改變基因頻率，只需自交一淘汰顯性性狀可以迅速改變基因頻率，只需自交一 代，選留具有隱性性狀的個(gè)體即可成功。代，選留具有隱性性狀的個(gè)體即可成功。 例如例如:紅花紅花 白花白花 F1 紅花紅花 F2 : 紅花紅花 : 白花白花 如：一個(gè)隨機(jī)交配群體有紅花株如：一個(gè)隨機(jī)交配群體有紅花株84%、白花株、白花株16%。 白花基因頻率白花基因頻率 = 0.4 紅花基因頻率紅花基因頻率 = 1 = 0.6 如果把全部紅花植株都淘汰如果把全部紅花植株都淘汰 (S=1), 下一代就全是白花植株。下一代就全是白

25、花植株。 這時(shí)，這時(shí)，p = 0、q = 1, 基因頻基因頻 率發(fā)生改變的迅速很快。率發(fā)生改變的迅速很快。 第第23頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) (1)、 。 當(dāng)選擇壓當(dāng)選擇壓 S = 1 時(shí)，根據(jù)時(shí)，根據(jù) nn+1 = n2/(1 + n) : (2)、對(duì)隱性基因的不完全選擇，即、對(duì)隱性基因的不完全選擇，即0S1時(shí)，設(shè)初始時(shí)，設(shè)初始 群體為平衡群體群體為平衡群體 ( 2AA + 2 Aa + 2aa = 1): 基因型基因型AAAaaa全群體全群體 起始頻率起始頻率p022p0q0q021 選擇系數(shù)選擇系數(shù)S00S 選擇后選擇后p022p0q0q02(1-S)1-Sq02 相對(duì)頻率相對(duì)頻率P02/(1

26、-Sq02) 2p0q0/(1-Sq02)q02(1-S)/(1-Sq02)1 q1 = 2p0q0 /(1-Sq02) + q02(1-S)/(1-Sq02) 0.050 -0.0091 q0=0.1 0.0667 -0.0333 q0=0.2 9.9910-7-0.1143-0.1667-0.3556-0.4263 q q0 0 1 1 0.000990.0800.08330.08890.090 q0=0.001q0=0.4q0=0.5q0=0.8q0=0.9 q10 第第24頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) (了解) 由于：由于： nn+1 = n+1 n 基因頻率基因頻率q的改變的改變不同選擇壓不同

27、選擇壓S下選擇所需的世代數(shù)下選擇所需的世代數(shù) q0qnS=1(致死致死)S=0.5S=0.1S=0.01 0.990.511156559 0.5 00.025189 0.0010.000190001800590023900230 當(dāng)當(dāng) 0 很小，比如 很小，比如0.0001時(shí)，分母時(shí)，分母(1 S 02)1，進(jìn)行一 ，進(jìn)行一 個(gè)世代的選擇，引起的基因頻率改變量：個(gè)世代的選擇，引起的基因頻率改變量： nn+1 = n+1 n 下列公式下列公式(以以 代替代替 ，見(jiàn)，見(jiàn)p480)： S = ( 0 n)0 n + 2.3031?log100(1 n)/n(1 0) d d

28、 第第25頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第26頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 。設(shè)。設(shè) A 對(duì)對(duì) a 完全顯性，完全顯性，a 的的 頻率為頻率為 ，Aa 突變率為突變率為 ，aA 突變率為突變率為 。 的變化：突變產(chǎn)生的增量的變化：突變產(chǎn)生的增量 因選擇引起的損失量因選擇引起的損失量 突變產(chǎn)生的增量突變產(chǎn)生的增量與選擇引起的損失量與選擇引起的損失量相等時(shí)相等時(shí): ? ? ? 第第27頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第28頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第29頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第30頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第31頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 一、遺傳平衡定律適用于孟德?tīng)柸后w的復(fù)等位基因分析一、遺傳平衡定律適用于孟德?tīng)柸后w的復(fù)等位基因分析 pi

29、22pApB2pBpipB22pApipA2 基因型頻率基因型頻率 iiIAIBIBiIBIBIAiIAIA基因型基因型 OABBA表現(xiàn)型表現(xiàn)型 O P 基因基因 i 的頻率的頻率 pi = ；由于；由于PAB = 2pApB， pB = PAB/2pA OOAiOAA PPPpPPp+=+= PA + PO= pA2 + 2pApi + pi2 = (pA + pi)2， 等位基因等位基因IA的頻率的頻率 等位基因等位基因 IB 的頻率也可根據(jù)的頻率也可根據(jù)pA和和pi求得：求得： pB = 1-pA-pi 如孟德?tīng)柸后w中某個(gè)基因座有如孟德?tīng)柸后w中某個(gè)基因座有 k 個(gè)等位基因個(gè)等位基因A1、

30、A2、 A、A ，則有，則有 個(gè)純合基因型個(gè)純合基因型AA和和 (1)個(gè)雜合基個(gè)雜合基 因型因型AA，平衡群體中等位基因頻率和基因型頻率的關(guān)系：，平衡群體中等位基因頻率和基因型頻率的關(guān)系： P= p ，P= 2pp ，( = 1, 2, , k； = +1, +2, , ) 例如，例如，ABO血型受單基因控制，該基因座具有血型受單基因控制，該基因座具有 3 個(gè)復(fù)等個(gè)復(fù)等 位基因位基因 (IA、IB和和I)，其中，其中IA和和IB是共顯性，是共顯性，IA和和IB對(duì)對(duì) i 是顯性。是顯性。 人類大群體中人類大群體中ABO血型的基因型和表現(xiàn)型關(guān)系：血型的基因型和表現(xiàn)型關(guān)系： 第第32頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)

31、頁(yè) 設(shè)等位基因設(shè)等位基因A的頻率為的頻率為p，a的頻率為的頻率為q。在孟德?tīng)柸骸Ｔ诿系聽(tīng)柸?體中，異配性別（如人類男性群體）的個(gè)體只有單份等體中，異配性別（如人類男性群體）的個(gè)體只有單份等 位基因，而且只能來(lái)自同配性別（如人類女性群體）的位基因，而且只能來(lái)自同配性別（如人類女性群體）的 配子。配子。 。 而且，異配性別而且，異配性別 群體產(chǎn)生的含等位基群體產(chǎn)生的含等位基 因的兩類配子比例與因的兩類配子比例與 同配性別產(chǎn)生一樣。同配性別產(chǎn)生一樣。 以人類為例：以人類為例：， 。同樣有。同樣有 p+q = 1 的關(guān)的關(guān) 系。所以：系。所以： 性別群體內(nèi)三種基因型性別群體內(nèi)三種基因型AA、Aa和和a

32、a的頻率依次為的頻率依次為 配子配子 配子配子 XAXAXAXaXaXa XAXa XAY YXAYXaY XaY 第第33頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 配子配子 配子配子 如一部分人遷移異地構(gòu)成一個(gè)新群體如一部分人遷移異地構(gòu)成一個(gè)新群體, 性群體內(nèi)性群體內(nèi)PAY = p = 0.7, QaY = q =0.3; 性群體內(nèi)性群體內(nèi) PAA= 0.5, PAa= 0.4, Paa= 0.1。 則則: p = 0.5 + 0.4 = 0.7, q = 0.1 + 0.4 = 0.3。 由于由于PAA 2， ，PAa 2, 該初始群體處于遺傳不平衡該初始群體處于遺傳不平衡 狀態(tài)。狀態(tài)。 對(duì)于伴性遺傳基因，遺傳

33、不平衡狀態(tài)的群體經(jīng)過(guò)一代對(duì)于伴性遺傳基因，遺傳不平衡狀態(tài)的群體經(jīng)過(guò)一代 的自由通婚，也可以建立起遺傳平衡：的自由通婚，也可以建立起遺傳平衡： 第第34頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 第第35頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) （重要概念） 1 1、連鎖不平衡、連鎖不平衡(linkage disequilibrium,LD)(linkage disequilibrium,LD)現(xiàn)象現(xiàn)象 連鎖不平衡是指連鎖不平衡是指 。當(dāng)一個(gè)基因座位上的特定等位基因當(dāng)一個(gè)基因座位上的特定等位基因a a， 與附近連鎖的非等位基因與附近連鎖的非等位基因b b同時(shí)出現(xiàn)的幾率同時(shí)出現(xiàn)的幾率(p(pab ab) )，大于 ，大于 因自由組合而使兩者同

34、時(shí)出現(xiàn)的幾率因自由組合而使兩者同時(shí)出現(xiàn)的幾率(p(pa ap pb b) )時(shí)時(shí), ,就稱這就稱這 兩個(gè)位點(diǎn)處于兩個(gè)位點(diǎn)處于LDLD狀態(tài)狀態(tài)。 設(shè)設(shè)A,aA,a分別為基因座分別為基因座A A上的一對(duì)等位基因；上的一對(duì)等位基因；B,bB,b分別為分別為 基因座基因座B B上的一對(duì)等位基因。上的一對(duì)等位基因。 A A , ,B B 分別為基因 分別為基因A A和和B B的頻的頻 率；率；P PAB AB,P ,PAb Ab,P ,PaB aB,P ,Pab ab分別群體將產(chǎn)生的四種配子 分別群體將產(chǎn)生的四種配子AB,Ab,aBAB,Ab,aB 和和abab的頻率，則群體中這基因座間的連鎖不平衡值的

35、頻率，則群體中這基因座間的連鎖不平衡值D D為：為： D = PD = PAB AB - - A B = P = PAB AB P Pab ab - P- PAb Ab P PaB aB 第第36頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) (了解) （1 1）、突變和重組對(duì)）、突變和重組對(duì)LDLD起著極其重要的作用起著極其重要的作用 重組是打斷重組是打斷LDLD的主要原因的主要原因, ,即即LDLD程度與重組率呈反比。所程度與重組率呈反比。所 以，以，LDLD是由突變產(chǎn)生的多態(tài)性形成的。某一特定等位基因附是由突變產(chǎn)生的多態(tài)性形成的。某一特定等位基因附 近的基因座有新的突變產(chǎn)生時(shí)，近的基因座有新的突變產(chǎn)生時(shí)，LDLD出

36、現(xiàn)。之后隨重組的發(fā)生出現(xiàn)。之后隨重組的發(fā)生, , 兩位點(diǎn)間兩位點(diǎn)間LDLD程度逐漸降低?；蚪M不同位置的重組率不同。程度逐漸降低?；蚪M不同位置的重組率不同。 理論上理論上, ,人群中人群中LDLD強(qiáng)度將隨著時(shí)間和遺傳圖距而降低強(qiáng)度將隨著時(shí)間和遺傳圖距而降低, ,但對(duì)但對(duì) 于緊密連鎖位點(diǎn)間的于緊密連鎖位點(diǎn)間的LD,LD,實(shí)際上隨機(jī)因素起著更重要的作用。實(shí)際上隨機(jī)因素起著更重要的作用。 另外另外, ,雖然也有數(shù)據(jù)顯示雖然也有數(shù)據(jù)顯示, ,隨著遺傳圖距的增加，隨著遺傳圖距的增加，LDLD有減弱的有減弱的 趨勢(shì)趨勢(shì), ,但靠得很近的標(biāo)記并非總呈是現(xiàn)出但靠得很近的標(biāo)記并非總呈是現(xiàn)出LDLD。 （2 2

37、）、遺傳漂變是指群體中世代間基因頻率的隨機(jī)變化。）、遺傳漂變是指群體中世代間基因頻率的隨機(jī)變化。 遺傳漂變的遺傳漂變的“奠基者效應(yīng)奠基者效應(yīng)”, ,也會(huì)導(dǎo)致也會(huì)導(dǎo)致LDLD的出現(xiàn)。但是不斷的出現(xiàn)。但是不斷 的或劇烈的遺傳漂變最終導(dǎo)致了一個(gè)等位基因的固定或丟失的或劇烈的遺傳漂變最終導(dǎo)致了一個(gè)等位基因的固定或丟失, , 群體中某個(gè)等位基因都純合群體中某個(gè)等位基因都純合, ,則造成則造成LDLD的估算無(wú)意義的估算無(wú)意義(=0)(=0)。 （3 3）、其他影響）、其他影響LDLD的因素：人口增長(zhǎng)與群體結(jié)構(gòu)，如增的因素：人口增長(zhǎng)與群體結(jié)構(gòu)，如增 長(zhǎng)可引起長(zhǎng)可引起LDLD程度的降低程度的降低; ;突變率的

38、變化突變率的變化; ;基因轉(zhuǎn)換基因轉(zhuǎn)換 第第37頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 隨著人類全基因組計(jì)劃的完成隨著人類全基因組計(jì)劃的完成, ,越來(lái)越多的人開(kāi)始把目光越來(lái)越多的人開(kāi)始把目光 轉(zhuǎn)向多基因疾病的基因定位、克隆、診斷和治療。轉(zhuǎn)向多基因疾病的基因定位、克隆、診斷和治療。 過(guò)去對(duì)符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的單基因病的研究主要采用過(guò)去對(duì)符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的單基因病的研究主要采用 連鎖分析連鎖分析, ,其數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)受累家系的分析其數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)受累家系的分析, ,而多基因病是受而多基因病是受 多個(gè)微效基因與某些環(huán)境因素共同影響所致。多個(gè)微效基因與某些環(huán)境因素共同影響所致。 RischRisch等認(rèn)為等認(rèn)為, ,多基因

39、疾病中若應(yīng)用連鎖分析定位微效基多基因疾病中若應(yīng)用連鎖分析定位微效基 因因, ,所需要的家系數(shù)目將大得驚人所需要的家系數(shù)目將大得驚人, ,故提出了關(guān)聯(lián)分析故提出了關(guān)聯(lián)分析(test (test of association) of association) 的方法。其中基于連鎖不平衡的關(guān)聯(lián)分析的方法。其中基于連鎖不平衡的關(guān)聯(lián)分析 在定位復(fù)雜疾病基因上顯示出強(qiáng)大的功能。在定位復(fù)雜疾病基因上顯示出強(qiáng)大的功能。 ：人類遺傳：人類遺傳 學(xué)、動(dòng)物遺傳學(xué)、異花授粉植物的遺傳研究與新基因發(fā)現(xiàn)。學(xué)、動(dòng)物遺傳學(xué)、異花授粉植物的遺傳研究與新基因發(fā)現(xiàn)。 LDLD分析的數(shù)學(xué)模型和方法因群體類型和構(gòu)成不同而異，分析的數(shù)學(xué)

40、模型和方法因群體類型和構(gòu)成不同而異， 其中大多數(shù)都是屬于雙等位基因的配對(duì)檢驗(yàn)。到目前為止，其中大多數(shù)都是屬于雙等位基因的配對(duì)檢驗(yàn)。到目前為止， LDLD分析法還在不斷發(fā)展與完善。分析法還在不斷發(fā)展與完善。 第第38頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) (了解) Conservation genetics is the application of genetics to preserve species as dynamic entities capable of coping with environmental change Genetic management of small populations R

41、esolution of taxonomic uncertainties Identifying and defining units of conservation within and between species Use of genetic information for wildlife forensics Address genetic factors that affect extinction risk and genetic management to minimize or mitigate those risks Frankham et al. 2002. Introd

42、uction to Conservation Genetics. Cambridge Univ. Press 第第39頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) Inbreeding and inbreeding depression Loss of genetic diversity and adaptive potential Population fragmentation and loss of gene flow Genetic drift becomes more important than natural selection as main evolutionary force Accumulatio

43、n of deleterious mutations (lethal equivalents) Adaptation to captivity and consequences for captive breeding and reintroductions Taxonomic uncertainties masking true biodiversity or creating false biodiversity Defining ESUs and management units within species Forensic analyses Understand species bi

44、ology Outbreeding depression 第第40頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) Management and reintroduction of captive populations, and the restoration of biological communities Description and identification of individuals, genetic population structure, kin relationships, and taxonomic relationships Detection and prediction of the e

45、ffects of habitat loss, fragmentation and isolation Detection and prediction of the effects of hybridization and introgression Understanding the relationships between adaptation or fitness and the genetic characters of individuals or populations 第第41頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) Phylogeography Distribution of gene line

46、ages in space and time Landscape genetics Combination of landscape ecology and population genetics Dispersion of alleles across a landscape 第第42頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) Conservation Genetics Evolutionary geneticsTaxonomic uncertainties Introgression Population structure thus, genetic differences are opposite to ob

47、served phenotypic differences 第第46頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 462010年2月第第47頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 47 例：例：我國(guó)某人群中測(cè)定了我國(guó)某人群中測(cè)定了10501050人人對(duì)苯硫脲的嘗味能力對(duì)苯硫脲的嘗味能力, , 其中其中410410人人(TT)(TT)有嘗味能力、雜合的有有嘗味能力、雜合的有500500人人(Tt)(Tt)、味盲、味盲 者有者有140140人人(tt)(tt)。問(wèn)是否是達(dá)到。問(wèn)是否是達(dá)到Hardy-weibergHardy-weiberg平衡？平衡？ 由于：由于：T 基因的頻率基因的頻率 p = (2410500)/(10502) = 0.6

48、3 t 的基因頻率的基因頻率 q = (2140500)/(10502) = 0.37 根據(jù)遺傳平衡定律可算出基因型頻率和頻數(shù)理論值根據(jù)遺傳平衡定律可算出基因型頻率和頻數(shù)理論值(C): c c2 2 = 0.4310.0970.2250.109(C O)2/C N = 1050 Nq2 = 143.74 2Npq = 489.51 Np2 = 416.75 預(yù)期頻數(shù)預(yù)期頻數(shù)( C ) 1050 = N140500410實(shí)際頻數(shù)實(shí)際頻數(shù)( O ) 合計(jì)合計(jì)ttTtTT 由于在實(shí)際調(diào)查中存在抽樣誤差由于在實(shí)際調(diào)查中存在抽樣誤差,需理應(yīng)卡平方檢驗(yàn)法需理應(yīng)卡平方檢驗(yàn)法 進(jìn)行適合性檢驗(yàn)：進(jìn)行適合性檢驗(yàn)：

49、c c2 = S S (C O)2/C，H0: C O= 2 = 0.431 2 2a a=0.05 = 3.841, ,符合遺傳平衡群體特征。 符合遺傳平衡群體特征。 第第9頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 48 經(jīng)n n 代淘汰后，群體內(nèi)三種基因型的頻率為： 例如淘汰至第十代時(shí)： 第十代時(shí)，在100株苗中的白化苗個(gè)體已 不到1株(0.83%) 第第22頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 49第第29頁(yè)頁(yè)/共共47頁(yè)頁(yè) 50 一、遺傳平衡定律適用于孟德?tīng)柸后w的復(fù)等位基因分析一、遺傳平衡定律適用于孟德?tīng)柸后w的復(fù)等位基因分析 pi22pApB2pBpipB22pApipA2 基因型頻率基因型頻率 iiIAIBIBiIBIBIAiIAIA基因型基因型 OABBA表現(xiàn)型表現(xiàn)型 O P 基因基因 i 的頻率的頻率 pi = ；由于；由于PAB = 2pApB， pB = PAB/2pA OOAiOAA PPPpPPp+=+= PA + PO= pA2 + 2pApi + pi2 = (pA + pi)2， 等位基因等位基因IA的頻率的頻率 等位基因等位基因 IB 的頻率也可根據(jù)的頻率也可根據(jù)pA和和pi求得：求得： pB = 1-pA-pi 如孟德?tīng)柸后w中某個(gè)基因座有如孟德?tīng)柸后w中某個(gè)基因座有 k 個(gè)等位基因個(gè)等位基因A1、A2、 A、A ，則有，則有 個(gè)純合基因型個(gè)純合基因型AA和和 (1)個(gè)雜合