遺傳的家系和群體分析

1、 第三篇遺傳的家系和群體分析第二章群體遺傳分析相關的實驗群體遺傳學是研究群體的遺傳結構及其變化規(guī)律的遺傳學分支學科 。應用數學和統(tǒng)計學方法研究群體中基因頻率和基因型頻率以及影響這些頻率的選擇效應和突變作用，研究遷移和遺傳漂變等與遺傳結構的關系，由此探討進化的機制。從這個意義上說，群體遺傳學是一門定量地研究生物進化機制的遺傳學科。由于群體遺傳學的理論有它的條件所規(guī)定的范圍，因而它需要在實驗中加以驗證，這樣便產生了實驗群體遺傳學。在實驗室的條件下，對某些已知遺傳結構的群體進行選擇、雜交、隨機漂變、基因型與環(huán)境互作等試驗，以觀察群體適合度和基因頻率的變化。同時由于遺傳病的發(fā)生具有家族性，所以確定患者

2、家庭成員的基因型，并對患者的父母、近親和遠親作再發(fā)風險率的估算是醫(yī)學服務的重要目的。為了正確地做出關于疾病的臨床診斷和準確地估算出再發(fā)風險率，必須考慮特定基因型在不同群體可能存在的差異。因為同一種遺傳病在不同群體的致病基因分布上的差異、生殖適合度對群體中基因分布的影響在臨床診斷和遺傳咨詢中都具有很大的價值。另一方面，由于遺傳性疾病目前多無有效的治療措施，因此預防遺傳病，降低遺傳病在人群中的比例，即降低遺傳病的群體負荷，是改進人類的遺傳素質的關鍵。遺傳負荷是評價一個群體易患某些疾病的指標之一，代表了遺傳病在群體中的嚴重程度，通常用發(fā)生率來表示。發(fā)生率越高，群體中的遺傳有害性越高，人類需要的對應措

3、施越多。以直接法或間接法可測算每一世代每一基因位點的突變率，估算有害基因在群體中的頻率，評價遺傳病的群體負荷，從而采取有效的干預措施，對提高群體的遺傳素質具有相當大的意義。第一節(jié) 群體平衡定律的應用一、血型測定人類紅細胞膜膜上有多種抗原蛋白，根據抗原不同可將人類的血液分為不同的血型系統(tǒng)。ABO血型系統(tǒng)：人類紅細胞膜上存在著A和B兩種抗原（即凝集原A和凝集原B），同時，血清中有抗A和抗B兩種抗體（即凝集素和凝集素）。凝集素可使含有凝集原A的紅細胞凝集，凝集素可使含有凝集原B的紅細胞凝集。在一個人的血清中，只能含有不會使自己紅細胞凝集的抗體。若一個人的紅細胞被抗A血清為A血型，被抗B血清凝集的為B

4、血型，被兩種血清都凝集者為AB型，都不凝集者為O型。ABO血型抗原蛋白由復等位基因控制合成。IA基因產生A抗原，IB基因產生B抗原, I基因不產生抗原。IA基因和IB基因對i是共顯性。故IA、IB、i三個復等位基因可產生6種基因型、4種表現(xiàn)型。如表1。MN血型系統(tǒng)：人類的MN血型系統(tǒng)由一對等位基因MN控制，為共顯性遺傳，產生三種血型。MM基因型的個體是M血型，紅細胞膜上有M抗原，血清中有抗N抗體；NN基因型的個體是N血型，紅細胞膜上有N抗原，血清中有抗M抗體；MN基因型的個體是MN血型，紅細胞膜上有M抗原和N抗原，血清中無抗M及抗N抗體。（一）ABO血型測定1. 采血 用70%的酒精消毒無名指

5、末端，用無毒采血器刺破無名指皮膚，用吸管吸取血液一滴加入盛有0.9%生理鹽水的小試管中，輕輕搖勻成紅細胞懸液。2. 取血清 取一潔凈的雙凹玻片，在其兩端分別用記號筆標記抗A和抗B字樣，取抗A和抗B血清各一滴，滴于相應凹面內。3. 加血樣 分別向抗A和抗B的凹面內加入紅細胞懸液一滴（注意吸管末端不得觸及標準血清）。4. 觀察 分別用兩根牙簽迅速攪勻每一凹面內的液體，室溫靜置5-15分，觀察紅細胞有無凝集現(xiàn)象（混勻的血滴如逐漸變透明并出現(xiàn)紅色顆粒，表明紅細胞已凝集。有時紅細胞因比重關系下沉團聚，但搖動玻片后仍呈混濁狀，則不算凝集，如分辨困難可在顯微鏡下觀察確定）。5. 判斷標準：紅細胞與抗A血清發(fā)

6、生凝集為A血型；紅細胞與抗B血清發(fā)生凝集則為B血型；紅細胞與抗A血清與抗B血清中都發(fā)生凝集則為AB血型；紅細胞與抗A血清與抗B血清中都不發(fā)生凝集則為O血型。（二）MN血型測定測定步驟同ABO血型的測定步驟，用抗M血清和抗N血清取代抗A血清和抗B血清。判斷標準為：紅細胞與抗M血清發(fā)生凝集為M血型；紅細胞與抗N血清發(fā)生凝集為N血型；紅細胞與抗M血清和抗N血清都發(fā)生凝集則為MN血型。表3-2-1 ABO血型、MN血型遺傳特征表 型基因型紅細胞膜上的抗原血清中的天然抗體AIA IA ,IA iA（）抗BBIB IB ,IB iB（）抗AABIA IBA、BOii（）抗B、（）抗AM MMM 抗NNNN

7、N 抗MMNMN MN 二、PTC嘗味PTC（苯硫尿，phenylthiocarbamide,PTC）是一種白色結晶物質，化學分子式 , 由于其含NCS基團，所以有苦澀昧，對人無毒無副作用。人對苯硫尿的嘗味能力屬不完全顯性遺傳，由一對等位基因T和t控制。雜合子的表型介于顯性純合子與隱性純合子之間。能嘗出PTC苦味者稱PTC嘗味者，基因型為顯性基因TT純合子或Tt雜合子，不能嘗出其苦味者為PTC味盲，基因型為隱性基因tt純合子。實驗者可按照從低濃度到高濃度的順序，每人用吸管吸取PTC溶液滴一滴于舌頭上，測定自己對PTC的嘗味能力的閾值。測定標準為：純合嘗味者：能嘗出1/750,000濃度溶液的苦

8、味；雜合嘗味者：能嘗出1/50,000濃度溶液的苦味；味盲：溶液濃度大于1/25,000時，才能嘗出苦味；有人甚至對藥物結晶也嘗不出苦味。三、Hardy-Weinberg定律的檢測（一）基因頻率的計算按下述公式求出顯性基因（p）的頻率和隱性基因（q）的頻率。p=q=n1：TT基因型個體數;n2：Tt基因型個體數；n3：tt基因型個體數；N：班級中個體總人數。（二）基因型頻率的計算用所求得的基因頻率，按Hardy-Weinberg定律公式：p2+2pq+q2=1求出顯性純合子（TTp2）、雜合子（Tt2pq）及隱性純合子（ttq2）的基因型頻率。（三）求各種基因型個體的理論值將所求得的基因型頻率

9、與班級總人數相乘，即得班級中各基因型個體的預期理論人數。（四）卡方（2）檢驗假設我們所在班級的群體是一個遺傳平衡群體，檢測各基因型的理論預期值與實際測得值之間的吻合程度進行驗證?？捎? 檢驗。公式如下：2= O：實際觀察值；E：為預期理論值基因型個體數TTTttt實際觀察值（O）預期理論值（E）2求出的2值若小于20.053.84，df1（自由度1），則說明預期理論值與實際觀察值吻合，即該班級是一個遺傳平衡群體。否則，該群體沒有達到遺傳平衡。同理，可求出MN及ABO血型的基因及基因型頻率。ABO血型為復等位基因控制，達到遺傳平衡時，各基因型頻率滿足于下式：P2q2r22pq2pr2qr=1。(

10、p=IA; q=IB; r=i)第二節(jié)人類性狀的遺傳學分析人類的各種性狀都是由特定的基因控制形成的。由于每個人的遺傳基礎不同，某一特殊的性狀在不同的人體會出現(xiàn)不同的表現(xiàn)。通過一個特定人群的某一性狀的調查，將調查材料進行整理分析，可以初步了解某性狀的遺傳方式、控制性質基因的性質，并能計算出該基因的頻率。一、卷舌性狀的調查 在人群中，有的人能夠卷舌（tongue rolling），即舌的兩側能在口腔中向上卷成筒狀，稱為卷舌者（tongue roller），受顯性基因（T）控制，有的人則不能（圖3-2-1）。大家可相互觀察，或對鏡觀察自己是否具有卷舌能力?；驅ψ约旱募易暹M行調查，繪系譜圖，確定該性狀

11、的遺傳特性。圖3-2-1 卷舌與翻舌二、眼瞼性狀的調查 人群中的眼瞼（eyelid）可分為單重瞼（俗稱單眼皮，又叫上瞼贅皮）和雙重瞼（俗稱雙眼皮）兩種性狀。一些人認為雙眼皮受顯性基因控制，為顯性性狀；單眼皮為隱性性狀。關于這類性狀的性質和遺傳方式，目前尚有爭論，還有待進一步研究；或可以調查一下自己家族中有關成員的眼瞼情況，并繪制成系譜圖，分析其遺傳方式。 三、耳垂性狀的調查 人群中的不同個體的耳朵可明顯區(qū)分為有耳垂（free ear lobe）與無耳垂（attached ear lobe）兩種情況（圖3-2-2）該性狀是受一對等位基因所控制的，有耳垂為顯性性狀，無耳垂為隱性性狀。調查你的家庭各

12、成員的耳垂性狀，是否符合孟德爾式遺傳，調查全班同學的耳垂出現(xiàn)頻率。圖3-2-2 有耳垂與無耳垂 四、額前發(fā)際的調查 在人群中，有些人前額發(fā)際（hair line of the forebead）基本上屬于平線，有些人在前額正中發(fā)際向下延伸呈峰形，即明顯地向前突出，形成V字形發(fā)稱寡婦尖（widows' peak），見圖3-2-3。特征屬顯性遺傳。調查班級中有些同學前額發(fā)際呈峰形，記為“V”，平線者為“一”。圖3-2-3額前V形發(fā)尖第三節(jié) 人類的皮膚紋理分析 人體的手、腳掌面具有特定的紋理表現(xiàn)，簡稱皮紋。人類的皮膚由表皮和真皮構成。真皮乳頭向表皮突起，形成許多排列整齊、平行的乳頭線，此線又

13、稱嵴紋。嵴紋上有許多汗腺的開口。突起的嵴紋相互又形成凹陷的溝。這些凹凸的紋理就構成了人體的指（趾）紋和掌紋。目前，皮紋學的知識和技術，廣泛應用于人類學、遺傳學、法醫(yī)學以及作為臨床某些疾病的輔助診斷。 人體的皮紋既有個體的特異性，又有高度的穩(wěn)定性。皮紋在胚胎發(fā)育第13周開始出現(xiàn)，第19周左右形成，出生后終生不變。而很多染色體疾病患者往往有特殊的皮紋，因此皮紋也可作為診斷某些遺傳病的依據之一。皮紋分析時，將雙手洗凈、擦干，把全手掌在印臺上均勻地涂抹上印油，五指分開按在白紙上。注意用力不宜過猛過重，不能移動手掌或白紙，以免所印皮紋重疊而模糊不清。觀察自己指紋、掌紋、指褶紋和掌褶紋的類型。計數指嵴紋總

14、數（TFRC）。測量雙手的atd角并計算t距比。一、指紋觀察 手指末端腹面的皮紋稱為指紋。根據紋理的走向和三叉點的數目，可將指紋分為三種類型：弓形紋、箕形紋、斗形紋（圖3-2-4）。 圖3-2-4 指紋的類型 1弓形紋（Arch，A） 嵴線由一側至另一側，呈弓形，無中心點和三叉點。根據弓形的彎度分為簡單弓形紋和篷帳式弓形紋。2箕形紋（loop，L） 俗稱簸箕。在箕頭的下方，紋線從一側起始，斜向上彎曲，再回轉到起始側，形狀似簸箕。此處有一呈三方向走行的紋線，該中心點稱三叉點。根據箕口朝向的方位不同，可分為兩種：箕口朝向手的尺側者（朝向小指）稱正箕或尺箕；箕口朝向手的橈側者（朝向拇指）稱反箕或橈箕

15、。3斗形紋（whorl，W） 是一種復雜、多形態(tài)的指紋。特點是具有兩個或兩個以上的三叉點。斗形紋可分絞形紋（雙箕斗）、環(huán)形紋、螺形紋和囊形紋等。根據統(tǒng)計，指紋的分布頻率因人種而異，存在種族、性別的差異。東方人尺箕和斗形紋出現(xiàn)頻率高，而弓形紋和橈箕較少；女性弓形紋多于男性，而斗形紋較男性略少。二、嵴紋計數1指嵴紋計數 弓形紋由于沒有圓心和三叉點，計數為零?；渭y和斗形紋，則可從中心（圓心）到三叉點中心繪一直線，計算直線通過的嵴紋數。斗形紋因有兩個三叉點，可得到兩個數值，只計多的一側數值。雙箕斗分別先計算兩圓心與各自三叉點連線所通過的嵴紋數，再計算兩圓心連線所通過的嵴紋數，然后將三個數相加起來的總

16、數除以2，即為該指紋的嵴紋數（圖3-2-5）。圖3-2-5 指紋的嵴紋計數2指紋總數（TFRC） 為10個手指嵴紋計數的總和。我國男性平均值為148條，女性為138條。三、掌紋觀察掌紋分為五部分：位于拇指下方的大魚際區(qū)；位于小指下方的小魚際區(qū)；從拇指到小指的指根部間的指間區(qū)；由2、3、4、5指基部的三叉點a、b、c、d及其各引出一條主線，即A線、B線、C線和D線（圖3）；atd角：正常人手掌基部的大、小魚際之間，具有一個三叉點，稱軸三叉，用t表示，從指基部三叉點a和三叉點d分別畫直線與三叉點t相連，即構成atd角?？捎昧拷瞧鳒y量atd角度的大小，并確定三叉點t的具體位置。三叉點t的位置離掌心越

17、遠，也就離遠側腕關節(jié)褶線越近，atd角度數越??；而三叉點t的位置離掌心越近，離腕關節(jié)褶線越遠，atd角就越大。我國正常人atd角的平均值為41°（圖4）；t三叉至遠側腕關節(jié)褶紋的距離（t距），比上手掌長度（中指掌面基部褶紋至遠側腕關節(jié)褶紋間的垂直距離）的百分比（圖3-2-6）。圖3-2-6 atd角、t位置變化及t距百分比示意圖四、指褶紋和掌褶紋指手掌和手指屈面各關節(jié)彎曲活動處所顯示的褶紋。實際上褶紋不是皮膚紋理，但由于染色體病患者的指褶紋和掌褶紋有改變，所以列入皮紋，進行觀察討論。1指褶紋 正常人除拇指只有一條指褶紋外，其余四指都有2條指褶紋與各指關節(jié)相對應。但Down綜合征患者（

18、21三體）和18三體患者的第五指（小指）常只有一條指褶紋。2掌褶紋 正常人手掌褶紋主要有三條，分別是：遠側橫褶紋、近側橫褶紋、大魚際褶紋（圖3-2-7）。其中一些特殊的類型包括：通貫掌又稱猿線，由遠側橫褶紋和近側橫褶紋連成一條直線橫貫全掌而形成；變異I型也稱橋貫掌。表現(xiàn)為遠側與近側橫褶紋借助一條短的褶紋連接；變異II型又稱叉貫掌。為一橫貫全掌的褶紋，在其上下各方伸出一個小叉；悉尼掌：表現(xiàn)為遠側橫褶紋通貫全掌，遠側橫褶紋仍呈正常走向。這種掌褶紋多見于澳大利亞正常悉尼人群中，故稱悉尼掌。圖3-2-7 正常人指褶紋和掌褶紋在某些疾病的診斷中，掌褶紋可作為一項輔助診斷的指標。通過認真仔細的分析，才能得

19、出正確結論。第四節(jié) 遺傳度、雜合度、多態(tài)信息量和吻合度測驗一、遺傳度計算在多基因病中,易患性的高低受遺傳基礎和環(huán)境因素雙重影響。其中遺傳基礎所起作用的大小稱為遺傳率或遺傳度。遺傳度一般用百分率(%)來表示。一種多基因病如果完全由遺傳基礎決定其易患性變異和發(fā)病,遺傳率就是100%。對于疾病,遺傳率高,表明遺傳基礎決定疾病的決定性作用大。（一）先天性髖關節(jié)脫位的遺傳度計算對先天性髖關節(jié)脫位的調查發(fā)現(xiàn)，該病的群體發(fā)病率為0.1，在先證者的一級親屬1777人中，有35人患該病，二級親屬4746人中，有16人患該病，三級親屬4220人中，有8人患該病，請根據上述數據，按所給公式估算先天性髖關節(jié)脫位的遺傳度，并將結果填入表3-2-2。, , , 其中親屬易患性對先證者易患性的回歸系數；親屬系數；一般群體易患性平均值與閾值之間的標準差數；先證者親屬易患性平均值與閾值之間的標準差數；一般群體易患性平均值與一般群體中患者易患性平均值之間的標準差數；先證者親屬易患性平均值與先證者親屬中患者易患性平均值之間的標準差數；一般群體發(fā)病率；先證者親屬發(fā)病率；先證者親屬中的病例數；的方差；的標準誤；分別為各級親屬的遺傳度；分別為各級親屬遺傳度的標準誤。、和、均可由一般群體發(fā)病率和先證者親屬發(fā)病率查Falconer表得到。表3-2-2 先天性髖關節(jié)脫位的遺傳度估算一般群體一級親屬二級親屬三