群體遺傳 遺傳學(xué)課件

群體遺傳學(xué)Hardy-Weinberg定律

改變?nèi)后w基因頻率的因素

2021/8/171群體遺傳學(xué)Hardy-Weinberg定律20Hardy-Weinberg定律●基本概念●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)2021/8/172Hardy-Weinberg定律●基本概念2021/8/1●基本概念◆群體遺傳學(xué)（populationgenetics）：研究群體中的基因組組成以及世代間基因組變化的學(xué)科?！羧后w（population）：指孟德?tīng)柸后w，即在特定地區(qū)內(nèi)一群能相互交配并繁育后代的個(gè)體。一個(gè)最大的孟德?tīng)柸后w就是一個(gè)物種?！艋驇?kù)（genepool）：一個(gè)群體中所有個(gè)體的等位基因的總和?！舻任换蝾l率（allelefrequency）：一個(gè)群體中某一等位基因在該基因座上可能出現(xiàn)的等位基因總數(shù)中所占的比率。任一基因座的全部等位基因頻率之和等于1。2021/8/173●基本概念◆群體遺傳學(xué)（population例題：某一1000人群中MN血型的分布是MMNN250500250M的頻率：(250X2+500)/1000x2=0.5N的頻率：(250X2+500)/1000x2=0.52021/8/174例題：某一1000人群中MN血型的分布是2021/8/174●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)◆計(jì)算群體的基因和基因型頻率◆檢驗(yàn)群體中決定某性狀的基因及基因型頻率是否處于Hardy-Weinberg平衡2021/8/175●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)◆2021/8/1762021/8/1762021/8/1772021/8/177◆基因型頻率：一個(gè)群體中不同基因型所占的比率。全部基因型頻率的總和等于1?！羧后w遺傳結(jié)構(gòu)：群體中各種等位基因的頻率以及由不同的交配體制所產(chǎn)生的各種基因型在數(shù)量上的分布?！鬑ardy-Weinberg定律：在一個(gè)大的隨機(jī)交配的群體內(nèi)，基因型頻率在沒(méi)有遷移、突變和選擇的理想條件下，世代相傳保持不變。由英國(guó)數(shù)學(xué)家Hardy，G.H和德國(guó)醫(yī)學(xué)家Weinberg，W于1908年提出。2021/8/178◆基因型頻率：一個(gè)群體中不同基因型所占的比率。全平衡群體：在生物個(gè)體隨機(jī)交配，且沒(méi)有突變，選擇情況下，群體的基因型頻率世代保持不變這樣的一個(gè)群體稱為平衡群體。隨機(jī)交配一代，基因型頻率發(fā)生改變的群體不是平衡群體。一個(gè)非平衡群體，隨機(jī)交配一代以后，成為平衡群體。2021/8/179平衡群體：在生物個(gè)體隨機(jī)交配，且沒(méi)有突變，選擇情況下，群體的改變?nèi)后w基因頻率的因素●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-3）●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力●突變與選擇對(duì)常染色體上等位基因頻率的聯(lián)合效應(yīng)●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)●遷移造成群體間的基因流（geneflow）●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響群體在世代過(guò)程中等位基因頻率的變化，稱為微進(jìn)化（microevolution），即發(fā)生在物種內(nèi)的遺傳變化。大進(jìn)化（macroevolution）指從現(xiàn)有物種中產(chǎn)生新物種的過(guò)程，是微進(jìn)化的擴(kuò)展、累積的結(jié)果。2021/8/1710改變?nèi)后w基因頻率的因素●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-3）

設(shè)初始頻率為：a=q；A=1-q，

突變率：A→正突變→a（u）；a→回復(fù)突變→A（v）每代中有（1-q）u的A→aqv的a→A當(dāng)＞qv，a的頻率增加＜qv，A的頻率增加處于平衡時(shí)：

2021/8/1711●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-軟骨發(fā)育不全遺傳病侏儒108人生27個(gè)子女，確定相對(duì)生育率，正常對(duì)照457人生582個(gè)子女，侏儒侏儒相對(duì)生育率是：27/108582/457=0.20代表適合度2021/8/1712軟骨發(fā)育不全遺傳病侏儒108人生27個(gè)子女，確定相對(duì)生育率，●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力◆基本概念◆選擇作用于基因型依賴的（genotype-dependent）適合度差異時(shí)，群體中等位基因和基因型頻率的變化（13-5）?！粲?jì)算自然選擇對(duì)基因型頻率的影響（13-6）2021/8/1713●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力◆基本概念2021/8◆基本概念

適合度（fitness，w）：群體中一個(gè)個(gè)體相對(duì)于其他個(gè)體存活并傳遞其基因到下一代的能力。適合度具有兩個(gè)基本成分：存活力（viability）和生殖成功（reproductivesuccess）。

選擇系數(shù)（selectioncoefficient，s）：在選擇的作用下降低的適合度。

自然選擇（naturalselection）：自然界中逐漸淘汰適合度低的個(gè)體，選擇適合度高的個(gè)體作為下一代親本的過(guò)程（13-4）。2021/8/1714◆基本概念

適合度（fitness，w）：群體選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)基因頻率的改變AAAaaa合計(jì)a頻率初始頻率P22pqq21q0適合度111-s選擇后頻率P22pqq2(1-s)1-sq2相對(duì)頻率P2

2pq

q2(1-s)1q1=q(1-sq)

1-sq21-sq21-sq21-sq2a頻率的改變q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2

2021/8/1715選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)基因頻率的改變當(dāng)有害隱性基因純合致死時(shí)q0qns=1s=0.50.990.501110.500.108200.100.01901850.010.00190018050.0010.00019000180050.00010.00001900002021/8/1716當(dāng)有害隱性基因純合致死時(shí)q0qn當(dāng)純合隱性個(gè)體致死或不能生育時(shí)，隱性基因a的頻率q改變?nèi)缦拢簈1=1/1+q0q2=1/1+2q0q3=1/1+3q0…q4=1/1+nq0n=1/qn－1/q02021/8/1717當(dāng)純合隱性個(gè)體致死或不能生育時(shí)，隱性基因a的頻率q改變?nèi)缦拢哼x擇對(duì)顯性個(gè)體不利時(shí)基因A頻率p的改變AAAaaa合計(jì)A頻率初始頻率P22pqq21p0適合度1-s1-s1選擇后頻率P2(1-s)2pq(1-s)q21-sq(2-p)相對(duì)頻率p2(1-s)

2pq(1-s)

q2p-sp1-sq(2-p)1-sq(2-p)1-sq(2-p)1-sp(2-p)選擇一代后p的改變:p-sp/1-sq(2-p)-p=-sq(1-p)2/1-sp(2-p)

2021/8/1718選擇對(duì)顯性個(gè)體不利時(shí)基因A頻率p的改變選擇對(duì)雜合個(gè)體有利時(shí)基因頻率的改變AAAaaa合計(jì)初始頻率P22pqq21適合度1-s11-t選擇后頻率P2(1-s)2pqq2(1-t)1-sp2-tq2相對(duì)頻率P2(1-s)/1-sp2-tq22pq/1-sp2-tq2q2(1-t)/1-sp2-tq2q的改變：pq(ps-qt)/1-sp2-tq2平衡時(shí)：q=s/s+t

2021/8/1719選擇對(duì)雜合個(gè)體有利時(shí)基因頻率的改變突變與選擇情況下基因頻率的改變a頻率的改變：q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2當(dāng)很小時(shí)，1-sq2近似等于1。當(dāng)選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)，a基因的頻率q每代減少sq2(1-q)新產(chǎn)生的隱性突變基因(Aa)的頻率pu=u(1-q)平衡時(shí)：sq2=uq2=u/s2021/8/1720突變與選擇情況下基因頻率的改變a頻率的改變：q1-q0=-s人類全色盲是常染色體隱性遺傳，約80000人中有1個(gè)患者，患者的生存率是0.5,計(jì)算平衡時(shí)的突變率。q2=1/80000,s=0.5u=sq2

=1/80000X0.5=0.6x10-62021/8/1721人類全色盲是常染色體隱性遺傳，約80000人中有1個(gè)患者，患●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)

◆遺傳漂變（geneticdrift）：群體內(nèi)由于不能隨機(jī)交配造成的等位基因頻率的隨機(jī)波動(dòng).

或：由于抽樣誤差產(chǎn)生的基因頻率的改變。

◆遺傳漂變的效應(yīng)∶對(duì)適合度無(wú)影響的新等位基因一般迅速?gòu)娜后w中丟失（紅、綠線）；極少新等位基因的頻率增加（蘭線）（13-7）

◆奠基者效應(yīng)（foundereffect）：遺傳漂變的一種形式，指由帶有親代群體中部分等位基因的少數(shù)個(gè)體重新建立新的群體。2021/8/1722●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)◆遺傳漂變（2021/8/17232021/8/1723●遷移造成群體間的基因流（geneflow）◆設(shè)有一個(gè)大群體A，每代有部分（m）個(gè)體從B遷入，某一等位基因在A群體中的頻率為qo，B群體中為qm，則混合后的群體基因頻率為

...(1-m)n=qn-Q/q0-Q2021/8/1724●遷移造成群體間的基因流（geneflow）◆Rh血型的一個(gè)等位基因R；非洲黑人q0=0.630美國(guó)白人Q0=0.028美國(guó)黑人q10=0.446計(jì)算200－300年以來(lái)，每代由白人導(dǎo)入黑人的群體中的基因占黑人群體的比例。(1-m)10=q10-Q/q0-Q=0.446-0.028/0.630-0.028m=0.036白人每代遷入基因比例0.0362021/8/1725Rh血型的一個(gè)等位基因R；2021/8/1725●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）由于新的突變,人群中總有新的疾病產(chǎn)生；由于等位基因頻率的變化趨于突變與選擇的平衡，各種疾病持續(xù)存在于所有生物中；病原體和害蟲(chóng)與其宿主的相互作用，特別是人類的活動(dòng)使疾病和害蟲(chóng)雖處于長(zhǎng)期的控制中卻仍然頻繁而劇烈地復(fù)發(fā)。2021/8/1726●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響◆病原體對(duì)藥物抗性◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化

細(xì)菌性病原體對(duì)抗菌素的抗性迅速進(jìn)化的主要原因：短的世代周期，繁殖率高；大的群體密度，如肺?。═B）細(xì)菌可能超過(guò)109/cm3，確保稀有的抗性突變出現(xiàn)在群體中；抗菌素提供的強(qiáng)選擇壓增加每一代的進(jìn)化率。

TB細(xì)菌抗性的進(jìn)化（13-9）2021/8/1727◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化

細(xì)菌性病原體對(duì)抗菌素的◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化

節(jié)肢動(dòng)物門(mén)對(duì)DDT抗性的增加：抗性始于1908年，1940年開(kāi)始噴灑DDT，到1984年已報(bào)道了450個(gè)以上的昆蟲(chóng)抗性種（13-10）

DDT對(duì)蚊子（A.aegypti）群體中基因型頻率的影響抗性基因R為顯性突變，S為野生型易感等位基因，對(duì)雜合子SR有利的選擇使群體中R等位基因頻率迅速增加。1964年，在泰國(guó)的曼谷噴灑DDT控制蚊蟲(chóng)，一年內(nèi)，蚊蟲(chóng)群體中出現(xiàn)DDT抗性基因型，頻率迅速增加，至1967年，RR基因型頻率接近100%（13-11）。許多農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的進(jìn)化方式類似于感染性細(xì)菌對(duì)抗菌素的進(jìn)化方式。昆蟲(chóng)對(duì)昆蟲(chóng)殺蟲(chóng)劑（insecticide）抗性的選擇和迅速進(jìn)化方式了解最清楚。2021/8/1728◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化

節(jié)肢動(dòng)◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）

RR基因型的增加，DDT不能再控制蚊蟲(chóng)；停止噴灑DDT，R等位基因頻率迅速減少，1969年，RR基因型幾乎消失，可見(jiàn)RR基因型的適合度低于SS基因型，即純合抗性基因型對(duì)個(gè)體付出了適合度代價(jià)（fitnesscosts）

大鼠群體在施用Warfarin時(shí)，三種基因型的相對(duì)頻率為：0.37（SS），1.0（SR），0.68（RR）；沒(méi)有施用Warfarin時(shí)，RR的適合度低于SS。

適合度代價(jià)是未用殺蟲(chóng)劑前抗性等位基因出現(xiàn)的頻率很低，甚至不能檢測(cè)到的主要原因。2021/8/1729◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）第三節(jié)

基因組的起源與進(jìn)化●生命的起源與進(jìn)化●基因組的進(jìn)化2021/8/1730第三節(jié)

基因組的起源與進(jìn)化●生命的起源與進(jìn)化2021/●生命的起源與進(jìn)化◆生命起源的推測(cè)：◆生物進(jìn)化的歷程◆人類的起源與進(jìn)化2021/8/1731●生命的起源與進(jìn)化◆生命起源的推測(cè)：2021/8/173◆生命起源的推測(cè)：

生命歷程的第一步，必須有能自我復(fù)制的replicator分子

核酶（ribozyme）的發(fā)現(xiàn)推測(cè)RNA是最初的replicator

RNAworld

47億年前最早的生物－－現(xiàn)有細(xì)胞的前體出現(xiàn)。2021/8/1732◆生命起源的推測(cè)：

生命歷程的第一步，必須有◆生物進(jìn)化的歷程

化石記錄指出,至今所發(fā)現(xiàn)的確切的細(xì)胞于35億年前出現(xiàn)在澳大利亞（13-12）

最早的細(xì)胞迅速進(jìn)化成三界：細(xì)菌、古菌（archaea）和真核生物（13-13）2021/8/1733◆生物進(jìn)化的歷程

化石記錄指出,至今所發(fā)現(xiàn)的

◆人類的起源與進(jìn)化

人類35億年前從靈長(zhǎng)類進(jìn)化而來(lái)（13-14）

Wilson及其同事通過(guò)比較來(lái)自不同地區(qū)的女人（如非洲的美國(guó)人,亞洲人，新幾內(nèi)亞人，澳大利亞人等）的mtDNA序列，提出現(xiàn)代人于200000年前起源于非洲（13-15）2021/8/1734◆人類的起源與進(jìn)化

人類35億年前從靈長(zhǎng)類進(jìn)化而來(lái)（13●基因組的進(jìn)化◆DNA的變化（第十二章）是基因組進(jìn)化的基礎(chǔ)◆復(fù)制使基因組增大?！衾没蚪M間遺傳差異構(gòu)建分子種系發(fā)生樹(shù)2021/8/1735●基因組的進(jìn)化◆DNA的變化（第十二章）是基因組進(jìn)化的基◆DNA的變化（第十二章）是基因組進(jìn)化的基礎(chǔ)

真正中性的突變不受自然選擇的影響，通過(guò)遺傳漂變維持在群體中或被淘汰。

負(fù)選擇（negativeselection）淘汰群體中有害的突變。

一些對(duì)生物有利的極稀有的突變通過(guò)正選擇（positiveselection）增加等位基因頻率，并固定在群體中。2021/8/1736◆DNA的變化（第十二章）是基因組進(jìn)化的基礎(chǔ)

◆復(fù)制使基因組增大。

四個(gè)層次水平的復(fù)制增加基因組大?。?3-16）

轉(zhuǎn)座引起的復(fù)制（13-17）

來(lái)自不等交換的復(fù)制（13-18）

隨機(jī)遺傳漂變和突變使復(fù)制序列成為假基因→基因組中的隨機(jī)DNA序列。

選擇造成的復(fù)制基因的多樣性，能產(chǎn)生新基因。2021/8/1737◆復(fù)制使基因組增大。

四個(gè)層次水平的復(fù)制增加基因組大小◆利用基因組間遺傳差異構(gòu)建分子種系發(fā)生樹(shù)

分子鐘（molecularclock）：分子進(jìn)化過(guò)程中，特定的分子（核苷酸或蛋白質(zhì)）在所有譜系中的變化速率是恒定的。分子鐘是構(gòu)建分子種系發(fā)生樹(shù)的理論基礎(chǔ)。如流感病毒A血細(xì)胞凝集素（hemagglutinin）基因的分子樹(shù)（13-19）。

分子種系發(fā)生樹(shù)（molecularphylogenetictree）：同源基因或蛋白質(zhì)之間的關(guān)系的圖解。如人的血紅蛋白基因的種系發(fā)生樹(shù)（13-20）。

分子種系發(fā)生樹(shù)的構(gòu)建利用遺傳學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建種系發(fā)生樹(shù)的方法很多，如MaximumParsimony法、Maximumlikelihood法和UPGMA法等，均有相關(guān)軟件。以UPGMA（Unweightedpairgroupmethodusingarithmeticaverages）方法為例。從所比較的物種對(duì)間的最小遺傳距離表開(kāi)始（13-21）2021/8/1738◆利用基因組間遺傳差異構(gòu)建分子種系發(fā)生樹(shù)

分子鐘

分子種系發(fā)生樹(shù)的應(yīng)用實(shí)例

HIV從牙科醫(yī)生到他的病人的傳遞（13-22）尼安德詩(shī)人（Homoneanderthals）與現(xiàn)代人的關(guān)系（13-23）線粒體的起源（13-24）2021/8/1739

分子種系發(fā)生樹(shù)的應(yīng)用實(shí)例2021/8/17392021/8/17402021/8/17402021/8/17412021/8/17412021/8/17422021/8/17422021/8/17432021/8/17432021/8/17442021/8/17442021/8/17452021/8/17452021/8/17462021/8/17462021/8/17472021/8/17472021/8/17482021/8/17482021/8/17492021/8/17492021/8/17502021/8/17502021/8/17512021/8/17512021/8/17522021/8/17522021/8/17532021/8/17532021/8/17542021/8/17542021/8/17552021/8/17552021/8/17562021/8/17562021/8/17572021/8/17572021/8/17582021/8/17582021/8/17592021/8/17592021/8/17602021/8/1760

群體遺傳學(xué)Hardy-Weinberg定律

改變?nèi)后w基因頻率的因素

2021/8/1761群體遺傳學(xué)Hardy-Weinberg定律20Hardy-Weinberg定律●基本概念●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)2021/8/1762Hardy-Weinberg定律●基本概念2021/8/1●基本概念◆群體遺傳學(xué)（populationgenetics）：研究群體中的基因組組成以及世代間基因組變化的學(xué)科?！羧后w（population）：指孟德?tīng)柸后w，即在特定地區(qū)內(nèi)一群能相互交配并繁育后代的個(gè)體。一個(gè)最大的孟德?tīng)柸后w就是一個(gè)物種?！艋驇?kù)（genepool）：一個(gè)群體中所有個(gè)體的等位基因的總和?！舻任换蝾l率（allelefrequency）：一個(gè)群體中某一等位基因在該基因座上可能出現(xiàn)的等位基因總數(shù)中所占的比率。任一基因座的全部等位基因頻率之和等于1。2021/8/1763●基本概念◆群體遺傳學(xué)（population例題：某一1000人群中MN血型的分布是MMNN250500250M的頻率：(250X2+500)/1000x2=0.5N的頻率：(250X2+500)/1000x2=0.52021/8/1764例題：某一1000人群中MN血型的分布是2021/8/174●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)◆計(jì)算群體的基因和基因型頻率◆檢驗(yàn)群體中決定某性狀的基因及基因型頻率是否處于Hardy-Weinberg平衡2021/8/1765●Hardy-Weinberg定律與群體遺傳結(jié)構(gòu)◆2021/8/17662021/8/1762021/8/17672021/8/177◆基因型頻率：一個(gè)群體中不同基因型所占的比率。全部基因型頻率的總和等于1?！羧后w遺傳結(jié)構(gòu)：群體中各種等位基因的頻率以及由不同的交配體制所產(chǎn)生的各種基因型在數(shù)量上的分布?！鬑ardy-Weinberg定律：在一個(gè)大的隨機(jī)交配的群體內(nèi)，基因型頻率在沒(méi)有遷移、突變和選擇的理想條件下，世代相傳保持不變。由英國(guó)數(shù)學(xué)家Hardy，G.H和德國(guó)醫(yī)學(xué)家Weinberg，W于1908年提出。2021/8/1768◆基因型頻率：一個(gè)群體中不同基因型所占的比率。全平衡群體：在生物個(gè)體隨機(jī)交配，且沒(méi)有突變，選擇情況下，群體的基因型頻率世代保持不變這樣的一個(gè)群體稱為平衡群體。隨機(jī)交配一代，基因型頻率發(fā)生改變的群體不是平衡群體。一個(gè)非平衡群體，隨機(jī)交配一代以后，成為平衡群體。2021/8/1769平衡群體：在生物個(gè)體隨機(jī)交配，且沒(méi)有突變，選擇情況下，群體的改變?nèi)后w基因頻率的因素●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-3）●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力●突變與選擇對(duì)常染色體上等位基因頻率的聯(lián)合效應(yīng)●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)●遷移造成群體間的基因流（geneflow）●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響群體在世代過(guò)程中等位基因頻率的變化，稱為微進(jìn)化（microevolution），即發(fā)生在物種內(nèi)的遺傳變化。大進(jìn)化（macroevolution）指從現(xiàn)有物種中產(chǎn)生新物種的過(guò)程，是微進(jìn)化的擴(kuò)展、累積的結(jié)果。2021/8/1770改變?nèi)后w基因頻率的因素●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-3）

設(shè)初始頻率為：a=q；A=1-q，

突變率：A→正突變→a（u）；a→回復(fù)突變→A（v）每代中有（1-q）u的A→aqv的a→A當(dāng)＞qv，a的頻率增加＜qv，A的頻率增加處于平衡時(shí)：

2021/8/1771●突變能產(chǎn)生新的等位基因，但改變基因頻率的速率很慢（13-軟骨發(fā)育不全遺傳病侏儒108人生27個(gè)子女，確定相對(duì)生育率，正常對(duì)照457人生582個(gè)子女，侏儒侏儒相對(duì)生育率是：27/108582/457=0.20代表適合度2021/8/1772軟骨發(fā)育不全遺傳病侏儒108人生27個(gè)子女，確定相對(duì)生育率，●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力◆基本概念◆選擇作用于基因型依賴的（genotype-dependent）適合度差異時(shí)，群體中等位基因和基因型頻率的變化（13-5）?！粲?jì)算自然選擇對(duì)基因型頻率的影響（13-6）2021/8/1773●自然選擇是進(jìn)化的潛在動(dòng)力◆基本概念2021/8◆基本概念

適合度（fitness，w）：群體中一個(gè)個(gè)體相對(duì)于其他個(gè)體存活并傳遞其基因到下一代的能力。適合度具有兩個(gè)基本成分：存活力（viability）和生殖成功（reproductivesuccess）。

選擇系數(shù)（selectioncoefficient，s）：在選擇的作用下降低的適合度。

自然選擇（naturalselection）：自然界中逐漸淘汰適合度低的個(gè)體，選擇適合度高的個(gè)體作為下一代親本的過(guò)程（13-4）。2021/8/1774◆基本概念

適合度（fitness，w）：群體選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)基因頻率的改變AAAaaa合計(jì)a頻率初始頻率P22pqq21q0適合度111-s選擇后頻率P22pqq2(1-s)1-sq2相對(duì)頻率P2

2pq

q2(1-s)1q1=q(1-sq)

1-sq21-sq21-sq21-sq2a頻率的改變q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2

2021/8/1775選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)基因頻率的改變當(dāng)有害隱性基因純合致死時(shí)q0qns=1s=0.50.990.501110.500.108200.100.01901850.010.00190018050.0010.00019000180050.00010.00001900002021/8/1776當(dāng)有害隱性基因純合致死時(shí)q0qn當(dāng)純合隱性個(gè)體致死或不能生育時(shí)，隱性基因a的頻率q改變?nèi)缦拢簈1=1/1+q0q2=1/1+2q0q3=1/1+3q0…q4=1/1+nq0n=1/qn－1/q02021/8/1777當(dāng)純合隱性個(gè)體致死或不能生育時(shí)，隱性基因a的頻率q改變?nèi)缦拢哼x擇對(duì)顯性個(gè)體不利時(shí)基因A頻率p的改變AAAaaa合計(jì)A頻率初始頻率P22pqq21p0適合度1-s1-s1選擇后頻率P2(1-s)2pq(1-s)q21-sq(2-p)相對(duì)頻率p2(1-s)

2pq(1-s)

q2p-sp1-sq(2-p)1-sq(2-p)1-sq(2-p)1-sp(2-p)選擇一代后p的改變:p-sp/1-sq(2-p)-p=-sq(1-p)2/1-sp(2-p)

2021/8/1778選擇對(duì)顯性個(gè)體不利時(shí)基因A頻率p的改變選擇對(duì)雜合個(gè)體有利時(shí)基因頻率的改變AAAaaa合計(jì)初始頻率P22pqq21適合度1-s11-t選擇后頻率P2(1-s)2pqq2(1-t)1-sp2-tq2相對(duì)頻率P2(1-s)/1-sp2-tq22pq/1-sp2-tq2q2(1-t)/1-sp2-tq2q的改變：pq(ps-qt)/1-sp2-tq2平衡時(shí)：q=s/s+t

2021/8/1779選擇對(duì)雜合個(gè)體有利時(shí)基因頻率的改變突變與選擇情況下基因頻率的改變a頻率的改變：q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2當(dāng)很小時(shí)，1-sq2近似等于1。當(dāng)選擇對(duì)純合隱性個(gè)體不利時(shí)，a基因的頻率q每代減少sq2(1-q)新產(chǎn)生的隱性突變基因(Aa)的頻率pu=u(1-q)平衡時(shí)：sq2=uq2=u/s2021/8/1780突變與選擇情況下基因頻率的改變a頻率的改變：q1-q0=-s人類全色盲是常染色體隱性遺傳，約80000人中有1個(gè)患者，患者的生存率是0.5,計(jì)算平衡時(shí)的突變率。q2=1/80000,s=0.5u=sq2

=1/80000X0.5=0.6x10-62021/8/1781人類全色盲是常染色體隱性遺傳，約80000人中有1個(gè)患者，患●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)

◆遺傳漂變（geneticdrift）：群體內(nèi)由于不能隨機(jī)交配造成的等位基因頻率的隨機(jī)波動(dòng).

或：由于抽樣誤差產(chǎn)生的基因頻率的改變。

◆遺傳漂變的效應(yīng)∶對(duì)適合度無(wú)影響的新等位基因一般迅速?gòu)娜后w中丟失（紅、綠線）；極少新等位基因的頻率增加（蘭線）（13-7）

◆奠基者效應(yīng)（foundereffect）：遺傳漂變的一種形式，指由帶有親代群體中部分等位基因的少數(shù)個(gè)體重新建立新的群體。2021/8/1782●遺傳漂變對(duì)進(jìn)化平衡的不可預(yù)測(cè)效應(yīng)◆遺傳漂變（2021/8/17832021/8/1723●遷移造成群體間的基因流（geneflow）◆設(shè)有一個(gè)大群體A，每代有部分（m）個(gè)體從B遷入，某一等位基因在A群體中的頻率為qo，B群體中為qm，則混合后的群體基因頻率為

...(1-m)n=qn-Q/q0-Q2021/8/1784●遷移造成群體間的基因流（geneflow）◆Rh血型的一個(gè)等位基因R；非洲黑人q0=0.630美國(guó)白人Q0=0.028美國(guó)黑人q10=0.446計(jì)算200－300年以來(lái)，每代由白人導(dǎo)入黑人的群體中的基因占黑人群體的比例。(1-m)10=q10-Q/q0-Q=0.446-0.028/0.630-0.028m=0.036白人每代遷入基因比例0.0362021/8/1785Rh血型的一個(gè)等位基因R；2021/8/1725●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）由于新的突變,人群中總有新的疾病產(chǎn)生；由于等位基因頻率的變化趨于突變與選擇的平衡，各種疾病持續(xù)存在于所有生物中；病原體和害蟲(chóng)與其宿主的相互作用，特別是人類的活動(dòng)使疾病和害蟲(chóng)雖處于長(zhǎng)期的控制中卻仍然頻繁而劇烈地復(fù)發(fā)。2021/8/1786●人類活動(dòng)對(duì)病原體及作物害蟲(chóng)進(jìn)化的影響◆病原體對(duì)藥物抗性◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化

細(xì)菌性病原體對(duì)抗菌素的抗性迅速進(jìn)化的主要原因：短的世代周期，繁殖率高；大的群體密度，如肺?。═B）細(xì)菌可能超過(guò)109/cm3，確保稀有的抗性突變出現(xiàn)在群體中；抗菌素提供的強(qiáng)選擇壓增加每一代的進(jìn)化率。

TB細(xì)菌抗性的進(jìn)化（13-9）2021/8/1787◆病原體對(duì)藥物抗性的進(jìn)化

細(xì)菌性病原體對(duì)抗菌素的◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化

節(jié)肢動(dòng)物門(mén)對(duì)DDT抗性的增加：抗性始于1908年，1940年開(kāi)始噴灑DDT，到1984年已報(bào)道了450個(gè)以上的昆蟲(chóng)抗性種（13-10）

DDT對(duì)蚊子（A.aegypti）群體中基因型頻率的影響抗性基因R為顯性突變，S為野生型易感等位基因，對(duì)雜合子SR有利的選擇使群體中R等位基因頻率迅速增加。1964年，在泰國(guó)的曼谷噴灑DDT控制蚊蟲(chóng)，一年內(nèi)，蚊蟲(chóng)群體中出現(xiàn)DDT抗性基因型，頻率迅速增加，至1967年，RR基因型頻率接近100%（13-11）。許多農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的進(jìn)化方式類似于感染性細(xì)菌對(duì)抗菌素的進(jìn)化方式。昆蟲(chóng)對(duì)昆蟲(chóng)殺蟲(chóng)劑（insecticide）抗性的選擇和迅速進(jìn)化方式了解最清楚。2021/8/1788◆殺蟲(chóng)劑（pesticide）抗性的進(jìn)化

節(jié)肢動(dòng)◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）

RR基因型的增加，DDT不能再控制蚊蟲(chóng)；停止噴灑DDT，R等位基因頻率迅速減少，1969年，RR基因型幾乎消失，可見(jiàn)RR基因型的適合度低于SS基因型，即純合抗性基因型對(duì)個(gè)體付出了適合度代價(jià)（fitnesscosts）

大鼠群體在施用Warfarin時(shí)，三種基因型的相對(duì)頻率為：0.37（SS），1.0（SR），0.68（RR）；沒(méi)有施用Warfarin時(shí)，RR的適合度低于SS。

適合度代價(jià)是未用殺蟲(chóng)劑前抗性等位基因出現(xiàn)的頻率很低，甚至不能檢測(cè)到的主要原因。2021/8/1789◆抗性的生物學(xué)代價(jià)（biologicalcosts）第三節(jié)

基因組的起源與進(jìn)化●生命的起源與進(jìn)化●基因組的進(jìn)化2021/8/1790第三節(jié)

基因組的起源與進(jìn)化●生命的起源與進(jìn)化2021/●生命的起源與進(jìn)化◆生命起源的推測(cè)：◆生物進(jìn)化的歷程◆人類的起源與進(jìn)化2021/8/1791●生命的起源與進(jìn)化◆生命起源的推測(cè)：2021/8/173◆生命起源的推測(cè)：

生命歷程的第一步，必須有能自我復(fù)制的replicator分子

核酶（ribozyme）的發(fā)現(xiàn)推測(cè)RNA是最初的replicator

RNAworld

47億年前最早的生物－－現(xiàn)有細(xì)胞的前體出現(xiàn)。2021/8/1792◆生命起源的推測(cè)：

生命歷程的第一步，必須有◆生物進(jìn)化的歷程

化石記錄指出,至今所發(fā)現(xiàn)的確切的細(xì)胞于35億年前出現(xiàn)在澳大利亞（13-12）

最早的細(xì)胞迅速進(jìn)化成三界：細(xì)菌、古菌（archaea）和真核生物（13-13）2021/8/1793◆生物進(jìn)化的歷程

化石記錄指出,至今所發(fā)現(xiàn)的