基因頻率在遺傳規(guī)律計(jì)算題中的應(yīng)用

1、基因頻率在遺傳規(guī)律計(jì)算題中的應(yīng)用在現(xiàn)行高中生物教材中，遺傳和變異這一章節(jié)既是重點(diǎn)內(nèi)容，又是難點(diǎn)內(nèi)容，尤其是遺傳規(guī)律的計(jì)算題。有些計(jì)算題采取傳統(tǒng)的分析親子代之間的遺傳規(guī)律較容易獲得正確答案，但有些遺傳規(guī)律的計(jì)算題通過一板一眼的分析親子代之間基因的傳遞規(guī)律，計(jì)算過程繁瑣，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過摸索我發(fā)現(xiàn)同學(xué)們學(xué)習(xí)完現(xiàn)代生物進(jìn)化論的知識(shí)，可以利用基因頻率來解決有些復(fù)雜的計(jì)算問題?，F(xiàn)代生物進(jìn)化論認(rèn)為：種群是生物進(jìn)化的單位，種群遺傳學(xué)是以種群為單位進(jìn)行研究的遺傳學(xué)，是研究種群基因庫(kù)變化的。英國(guó)數(shù)學(xué)家哈代(CHHardy)和德國(guó)醫(yī)生溫伯格(WWeinberg)分別于1908年和1909年提出關(guān)于基因頻率穩(wěn)

2、定性的見解，他們指出，一個(gè)有性生殖的自然種群中，如果符合以下5個(gè)條件：種群大；種群個(gè)體間的交配是隨機(jī)的，也就是說種群中每一個(gè)個(gè)體與種群中其他個(gè)體的交配機(jī)會(huì)是相等的；沒有突變產(chǎn)生；種群之間不存在個(gè)體的遷移和基因交流，即沒有新的基因的加入；沒有自然選擇，那么種群各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的，或者說是保持著基因的平衡。這就是遺傳平衡定律，也稱哈代溫伯格(HardyWeinberg)定律。如果用p代表顯性基因A的頻率，q代表隱性基因a的頻率，哈代溫伯格定律可以用下列數(shù)學(xué)方程式表示： p+q=1 (p+q)2 =1 p2+2pq+q2=1 p2代表顯性純合子AA的

3、頻率，2pq代表雜合子Aa的頻率；q2代表隱性純合子aa的頻率(參見“普通生物學(xué)生命科學(xué)通論”陳閱增主編高等教育出版社。2003年）下面通過實(shí)例來說明如何在計(jì)算中利用基因頻率。1常染色體上的遺傳 例：果蠅灰身(B)對(duì)黑身(b)為顯性，現(xiàn)將純種灰身果蠅和黑身果蠅雜交，產(chǎn)生的Fl代雌雄果蠅隨機(jī)交配，產(chǎn)生F2代，將F2代中所有黑身果蠅除去，讓灰身果蠅自由交配，產(chǎn)生F3代，問F3代中灰身和黑身果蠅的比例為： A31 B51 C81 D91 本題傳統(tǒng)的計(jì)算方法就是通過上述一系列雜交過程，分析F2代中的基因型為BBBbbb=121，除去黑身果蠅后，所?；疑砉壍幕蛐图捌浔壤秊椋築B和bb，考慮灰身個(gè)體自

4、由交配的可能性，出現(xiàn)如下3種交配方式BB×BB；BB×Bb；Bb×Bb，只有第種交配方式中出現(xiàn)黑身個(gè)體，出現(xiàn)的頻率為××=，灰身個(gè)體的比例為1-=，所以F3代中灰身和黑身個(gè)體之比為81；但是如果引入基因頻率的概念，計(jì)算過程就簡(jiǎn)單得多，可以這樣考慮：將F2代中所有黑身果蠅除去，灰身果蠅的基因型為BBBb=12，該群體中B基因的頻率是，b基因的頻率是，種群中灰身個(gè)體自由交配，雌雄配子結(jié)合幾率相等，只有兩個(gè)含有b基因的雌雄配子結(jié)合，才能產(chǎn)生黑身果蠅bb，而兩個(gè)b基因結(jié)合的幾率(即黑身個(gè)體的基因型)為()2=，灰身個(gè)體的基因型頻率為，所以灰身和黑身個(gè)體

5、之比為81。2伴性遺傳 例：Duchenne肌營(yíng)養(yǎng)不良是由法國(guó)神經(jīng)學(xué)家Duchenne在19世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)的遺傳病，多見于男孩，通常在20歲左右死于呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥。下圖是某個(gè)家族此遺傳病的系譜，請(qǐng)回答下列有關(guān)問題。如果-6現(xiàn)已結(jié)婚、懷孕，她的丈夫患有多指癥(常染色體顯性單基因遺傳病)，其他性狀正常，丈夫的母親正常。他們夫婦很想生育一個(gè)健康的男孩，請(qǐng)問這個(gè)愿望得以實(shí)現(xiàn)的概率是 。先根據(jù)遺傳系譜圖判斷該遺傳病的類型，因?yàn)樵摷易逯谐霈F(xiàn)雙親正常而生出患病孩子，由此判斷該病是由隱性基因控制的遺傳??；同時(shí)題干中告訴大家：該病多見于男孩，由此推斷該致病基因位于性染色體上，如果位于Y染色體上，男患者的父親必

6、定是患者，與題干中提供的信息不符，所以該遺傳病是由X染色體上的隱性基因控制的。根據(jù)遺傳系譜圖提供的信息可以判斷該夫妻的基因型，假設(shè)控制肌營(yíng)養(yǎng)不良的基因是(Aa)，控制多指的基因?yàn)?Bb)，6的父親基因型為XAY，母親2表現(xiàn)型正常，但其兒子-3是患者，由此判斷2的基因型為XAXa，則-6的基因型為XAXA或XAXa，各占12，在手指的性狀上-6的基因型為bb，綜合兩種性狀，-6的基因型為12XAXAbb，12XAXabb；其丈夫是多指患者但丈夫的母親是正常的，由此判斷丈夫的基因型為XAYBb，這對(duì)夫妻想生一個(gè)健康的男孩的概率有兩種計(jì)算方法。方法一兩對(duì)性狀分開考慮：性染色體的基因：XAXA

7、5;XAY×XAY XAXa×XAY×XAY常染色體的基因：bb×Bbbb綜上考慮：生育健康男孩的概率為：（×）×=方法二用基因頻率來考慮：先看性染色體上的基因：-6的基因型為12XAXA，12XAXa，其產(chǎn)生XA配子的概率為，產(chǎn)生Xa配子的概率為，其丈夫的基因型為XAY，產(chǎn)生XA配子的概率為，產(chǎn)生Y配子的概率為，后代健康男孩產(chǎn)生概率為：XA的卵細(xì)胞和Y的精子的結(jié)合概率，即×=； 再看常染色體上的基因，-6的基因型為bb，產(chǎn)生b配子的概率為重，其丈夫的基因型為Bb，產(chǎn)生B配子的概率為，所以產(chǎn)生Bb的后代的概率為，綜合考慮，該夫妻生出健康男孩的概率為：×=。 上述兩道例題既可以采取分析基因一代代地傳遞規(guī)律，即用遺傳定律來解決，也可以用基因頻率來計(jì)算。通過比較，可以看出，利用基因頻率計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行。但不是所有