群體遺傳學(xué)與進化論

關(guān)于群體遺傳學(xué)與進化論第1頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

生物的存在及進化是以群體為單位。群體遺傳學(xué)是研究一群個體的遺傳規(guī)律。它涉及群體中的遺傳變異方式及這些方式怎樣發(fā)生改變或進化的。群體遺傳學(xué)研究的對象不再是細胞或個體，而是孟德爾式群體（Mendelianpopulation）。第2頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五孟德爾群體是由一群可交配繁殖的個體組成，這些個體具有共同基因庫（genepool）中某些套基因?；驇焓怯擅系聽柸后w中的各個體的基因的總和。第3頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五群體遺傳學(xué)需要研究是基因在群體中的行為。它涉及到對環(huán)境的研究，也涉及到進化機制的研究。進化雖可以從很多不同的角度，用各種不同的方法加以研究，但歸根結(jié)蒂，它就是一個基因頻率變動的過程。所以群體遺傳學(xué)的中心任務(wù)就是研究基因頻率變化的動力學(xué)。

第4頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五群體遺傳的理論基礎(chǔ)是建立在遺傳學(xué)和進化論上。在三十年代由三位杰出的學(xué)者在以上基礎(chǔ)上建立群體遺傳學(xué)，

R.A.Fisher（1928年出版了《自然選擇的遺傳學(xué)理論》）

S.Wright(1931年在Genetics刊物發(fā)表了著名論文《在孟德爾式群體中的進化》)J.B.S.Haldame

(1932年出版了《進化的原因》一書)第5頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)群體的遺傳結(jié)構(gòu)為了研究孟德爾式群體的遺傳組成，群體遺傳學(xué)必須首先討論群體的基因庫。群體的基因庫是一群有性生殖的個體中所有基因的總和。

基因庫可用基因頻率和基因型頻率來描述。第6頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五一、群體的遺傳結(jié)構(gòu)

1.基因頻率(genefrequency)：一個二倍體中某基因座位上，某一等位基因在該位點所有等位基因中所占的比率。

2.基因型頻率(geotypefrequency)：群體中特定類型的基因型個體的數(shù)目，占個體總數(shù)目的比率。高加索人中有43%的人是紅色頭發(fā)，那么在這個群體中紅發(fā)的頻率就是43%。計算一個特定基因座的基因型頻率，可以統(tǒng)計群體中帶有一種特殊基因型的個體數(shù)。這個特定座位上各種基因型頻率之和應(yīng)為1。

第7頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

E.B.Ford在英國收集了497只虎蛾，統(tǒng)計它們的基因型分別為：BB=452，Bb=43，bb=2。它們的基因型頻率分別是

P=f(BB)=452÷497=0.909H=f(BB)=43÷497=0.087Q=f(bb)=2÷497=0.004

合計：1.000第8頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

基因頻率（genefrequencies）又稱等位基因頻率?；蝾l率的使用常優(yōu)于基因型頻率。

在有性生殖的生物中形成配子時，配子只含等位基因，而并無基因型。在代代相傳的過程中只有等位基因是連續(xù)的，而基因庫的進化也是通過等位基因頻率的改變。首先等位基因總是比基因型少一些，這樣使用基因頻率基因庫就可以用較少的參數(shù)來描述。若一個座位有3個等位基因，那么就要用6種基因型頻率來描述基因庫，若用基因頻率的話用3種就可以了。第9頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五假設(shè)有個群體有1000個二倍體個體，其中353個為AA，494為Aa和153為aa，每個AA型個體有2個A等位基因，而Aa雜合子中只有一個A等位基因，因此在此群體中A等位基因的數(shù)應(yīng)為：

2×AA的數(shù)+Aa的數(shù)=（2×353）+494=1200。由于每個2倍體個體在此座位上有兩個等位基，所以群體中等位基因的總數(shù)應(yīng)是個體數(shù)的2倍，即1000×2。用這個等式來表示基因頻率是1200÷2000=0.06當(dāng)一個座位上存在兩個等位基因時我們可用下列方式來計算基因頻率：

兩個等位基因的頻率，一般用p、q表示。

2×個體總數(shù)第10頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五設(shè)：在Ｎ個個體的群體中，在常染色體有一對等位基因Ａ、a，其可能的基因型為：AA、Aa、aa。如果群體有n1AA＋n2Aa＋n3aa個體，n1＋n2＋n3=N.

于是此3種基因型的頻率為：

AA：D=n1/NAa:H=n2/Naa:R=n3/N∵D+H+R=1，D—顯性；H—雜合；R—隱性.∴等位基因A的頻率為p=(2n1+n2)/2N=D+H/2‥‥①

同理,等位基因a的頻率q=(2n3+n2)/2N=R+H/2‥②所以p+q=1.同時公式反映出了基因頻率與基因型頻率的關(guān)系。例：P4621)中國漢族人群中PTC嘗味能力分布。

2）MN血型在中國人中的分布第11頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第12頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五TT的基因型頻率＝490/1000=0.49tt的基因型頻率＝90/1000=0.09Tt的基因型頻率＝420/1000=0.42T的基因頻率＝1400/(1000×2)＝0.07t的基因頻率＝600/(1000×2)＝0.03根據(jù)公式①②P(T)=D+1/2H=0.49+1/2×0.42=0.7P(t)=R+1/2H=0.09+1/2×0.42=0.03第13頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五復(fù)等位基因的基因頻率假設(shè)現(xiàn)在在一個座位上有3個等位基因A1，，A2和A3，我們想確定這些基因的頻率。我們可采用與二個等位基因相同的方法，即每種等位數(shù)除以群體中這個座位上等位基因的總數(shù)：第15頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五牛奶草甲蟲遺傳變異的研究資料為例：WalterEanes和他的同事們測定了編碼葡萄糖磷酸變位酶（PGM）這一座位上的基因頻率。此座位上發(fā)現(xiàn)有3個等位基因，每個等位基因編碼了此酶的不同分子變異體，在一個群體中基因型的數(shù)目收集如下：AA=4，AB=41，BB=84，AC=25，BC=88，CC=32，共計274個甲蟲。它們的等位基因頻率是：在以上計算中某等位基因純合體乘2，雜合體不乘2，相加以后除以2倍群體中具有此座位個體數(shù)。注意分子的部分不能將各種雜合體數(shù)都加上，而只能加帶有我們所計算的那個等位基因的雜合體。用以上同樣的方法我們可以計算出具有更多等位基因的基因頻率。第16頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五不同民族中的基因頻率不一致！群體中，基因頻率非常重要，可作為衡量一個群體的遺傳組成！第17頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五X-連鎖座位上的基因頻率計算X-連鎖座位上的基因頻率是較為復(fù)雜的，因為雄性只有單個的X-連鎖等位基因。但我們?nèi)钥梢杂糜嬎愠Ｈ旧匣蝾l率相同的方法來計算。在雌性純合體中帶有兩個相同的X-連鎖等位基因，而在雌性異合體中也只有一個特定的等位基因。而在所有雄性中只有一個。第18頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五新疆維、漢兩民族載脂蛋白E基因多態(tài)性及其

與血脂關(guān)系的研究王新利王國荃徐臻榮肖碧玉張桂芝姜瑞中華醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)雜志

1999年第2期第19頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五載脂蛋白E(ApoE)是血漿中乳糜微粒(CM)、極低密度脂蛋白(VLDL)及中間密度脂蛋白(IDL)與肝臟ApoE受體或ApoB.E受體結(jié)合的連接物，在調(diào)節(jié)血脂和脂蛋白在體內(nèi)代謝方面起著非常重要的作用。

ApoE是由人類第19號染色體長臂上的1個基因位點的3個常見等位基因所編碼，由于具有共顯性遺傳的特點，人群中有6種不同的基因型，相對應(yīng)的也有6種表型，3種純合子(E2/2，E3/3，E4/4)和3種雜合子(E2/4,E2/3,E3/4)第20頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五編碼ApoE的3種常見等位基因的相對頻率存在明顯的種族差異。對新疆維族及漢族人群的ApoE基因多態(tài)性采用聚合酶連反應(yīng)結(jié)合限制性片段長度多態(tài)性(PCR-RFLP)分析的方法進行了測定，并對兩民族ApoE基因多態(tài)性與血脂的關(guān)系進行了對比分析。

第21頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五ApoE基因型檢測全部受試者采早晨空腹肘靜血，ACD抗凝血0.5ml，非抗凝血3ml(用于測量血脂)。(1)取ACD抗凝血，采用蛋白酶K消化，酚、氯仿抽提，異丙醇沉淀DNA。75%乙醇漂洗2遍，DNA溶于200μlTE(pH=8.0)中。(2)引物按Emi等[4]報道設(shè)計。F4為5′-ACAGAATTCGCCCCGGCCTGCTACA-C-3′，F(xiàn)6為5′-TAAGCTTGGCACGGCT-GTCCAAGGA-3′。第22頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(3)DNA擴增：PCR反應(yīng)體積50μl，含10×Buffer5μl，4×dNTP200μmol，引物各25pmol，基因組DNA約0.5μg及10%DMSO。首先96℃預(yù)變性10分鐘，而后加入2UTaq酶(華美公司提供)，按94℃變性40秒，復(fù)性61℃40秒，延伸71℃1分鐘，循環(huán)30次(DNAAmplier,BoiRadGenecyclerTM)，最后1個循環(huán)72℃延伸5分鐘。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳，紫外線透射燈下進行檢測，在244bp處出現(xiàn)熒光帶，為特異性PCR產(chǎn)物。PCR擴增ApoE第4外顯子中的部分片段1～6是PCR產(chǎn)物；M是PCRmarker

第23頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(4)限制性內(nèi)切酶酶切PCR產(chǎn)物：PCR擴增產(chǎn)物中加入10UHhaⅠ(Promega公司產(chǎn)品)，37℃酶切4小時，酶切產(chǎn)物直接進行聚丙烯酰胺凝膠電泳分離。凝膠濃度為8%，于200V恒壓下垂直電泳3小時(電泳儀為BioRadPower/DAC3000)，0.5μg/ml溴乙啶中染色30分鐘。紫外線透射燈下觀察結(jié)果。純合子E2/2在91bp和83bp出現(xiàn)熒光條帶；E3/3在91bp和48bp出現(xiàn)熒光條帶；E4/4在72bp和48bp出現(xiàn)熒光條帶。雜合子E4/2出現(xiàn)91bp、83bp、72bp和48bp條帶；E3/2出現(xiàn)91bp、83bp和48bp條帶；E4/3出現(xiàn)91bp，72bp和48bp條帶。HhaⅠ酶切ApoEPCR產(chǎn)物的實驗圖1～6分別代表基因型E4/4、E4/2、E4/2、E3/2、E2/2、E3/3；M為PGEM-72f(+)/Hae111DNA參數(shù)第24頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五維吾爾族和漢族ApoE基因型及等位基因頻率分布比較基因型分析中兩民族均以E3/3型最常見，但在維吾爾族中E3/4次之，而在漢族為E3/2次之，兩組比較存在統(tǒng)計學(xué)差異。

第25頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五維吾爾族ApoE不同等位基因血脂、脂蛋白比較

漢族ApoE不同等位基因血脂、脂蛋白比較

第26頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五維、漢兩民族血脂檢測值按ApoE不同等位基因分為ε2攜帶組(E2/2、E3/2)、ε3純合組(E3/3)、ε4攜帶組(E4/4、E4/3)進行分析，不論維吾爾族還是漢族均以ε4攜帶組TC及LDL-C最高，ε3攜帶組居中，ε2攜帶組最低。

第27頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五正常人群中ApoE的6種基因型分布不勻等，以E3/3發(fā)生頻率最高，超過50%，含ε3的雜合子(E4/3，E3/2)居中，E2/2、E4/4和E2/4發(fā)生頻率最低。因此一般認(rèn)為等位基因ε3為野生型，ε2，ε4是發(fā)生在兩個不同部位單一核苷酸突變的結(jié)果。近年來，世界范圍內(nèi)大樣本群體調(diào)查發(fā)現(xiàn)ApoE基因型分布在歐美高加索人種以E3/3為最常見，其次為E3/4。而亞洲蒙古人種雖以E3/3為最常見，但其次為E2/3。結(jié)果顯示，150名漢族ApoE基因型分布與亞洲蒙古人種相似，而163名維吾爾族ApoE基因型分布與高加索人相似，以E3/3為最常見，其次為E3/4。

民族識別與鑒定！第28頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五對來自不同國家、不同人群的研究發(fā)現(xiàn)，在血脂正常的人群中，不同ApoE表型者的血漿TC、LDL-C水平高低依次是E4E4＞E4E3＞E3E3＞E3E2＞E2E2。這種ApoE表型影響個體間血漿TC、LDL-C的作用并不受環(huán)境和其他遺傳背景的干擾。不同ApoE表型間體內(nèi)血脂差異，可能與ApoE不同異構(gòu)體間它們的受體結(jié)合活性及自身在體內(nèi)代謝速率存在明顯差異有關(guān)。ApoE表型不同對腸道的膽固醇吸收率也存在明顯差異。ApoE4攜帶者，小腸吸收膽固醇增加。所以，ApoE4攜帶者采用飲食療法治療高脂血癥獲益最明顯。高血脂癥的防治！第29頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)隨機交配的大群體一、隨機交配1.概念：在有性生殖的生物中，一種性別的任何一個個體有同樣的機會和另一性別的個體交配的方式。2.例如：一對等位基因，三種基因型AA(D)、Aa(H)、aa(R)之間的隨機交配，不同交配類型及頻率:(D+H+R)2=(D2+H2+R2+2DH+2DR+2HR)=1第30頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、Hardy-Weinberg定律1908年[英]Hardy、[德]Weinberg分別獨立發(fā)現(xiàn)。1.Hardy-Weinberg定律：又稱為基因型頻率的平衡定律，當(dāng)一個大的孟德爾群體中的個體間進行隨機交配，同時沒有選擇、沒有突變、沒有遷移和遺傳漂變發(fā)生，下一代基因型頻率將和前一代基因型頻率一樣，于是這個群體被稱為處于隨機交配系統(tǒng)下的平衡中。第31頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五2.分析：設(shè)常染色體上的一對等位基因A和a的頻率分別為p和q，且p+q=1.隨機交配的三種基因型：♀pAqa♂pAp2pqqapqq2

基因型頻率：AA:D=p2;Aa:H=2pq;aa:R=q2A基因的頻率＝AA的頻率＋1/2Aa的頻率＝p2+1/2pq=p2+pq=p(p+q)=p同理q基因的頻率保持不便第32頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五設(shè)沒有選擇、突變、遷移、漂變等影響，其各種基因型隨機結(jié)合，產(chǎn)生的子代的基因型頻率仍然為：

AA:P2=DAa:2pq=Haa:q2=R——群體基因型平衡第33頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五3.舉例：隨機交配大群體常染色體等位基因A、a，三種基因型(原代)：

AAD00.18AaH00.04aaR0o.78

則基因頻率：p0=D0+(1/2)H0=0.18+0.02=0.20q0=R0+(1/2)H0=0.02+0.78=0.80

隨機交配♀0.20(A)0.80(a)♂0.20(A)0.04(AA)0.16(Aa)0.80(a)0.16(Aa)0.64(aa)

則AA:p2=0.04Aa:2pq=0.32aa:q2=0.64

子代與原代基因型頻率不同。但基因頻率一致：

p1=0.04+(1/2)0.32=p02+(1/2)(2p0q0)=P0

q1=0.64+(1/20.32)=q02+(1/2)(2p0q0)=q0

第34頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五讓子代再隨機交配：隨機交配♀0.20(A)0.80(a)♂0.20(A)0.04(AA)0.16(Aa)0.80(a)0.16(Aa)0.64(aa)

則AA:p2=0.04Aa:2pq=0.32aa:q2=0.64與子一代相同4.Hardy-Weinberg定律的要點：

①若沒有突變、選擇、遷移、漂變等的影響，群體的基因頻率世代保持不變。②無論群體的起始基因型頻率如何，經(jīng)過一個世代的隨機交配后，群體基因型的頻率達到平衡。平衡群體的基因型頻率的值取決于基因頻率的值，即：

(pA+qa)2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)③只要系統(tǒng)保持隨機交配，基因型頻率的值始終保持不變。第35頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、平衡群體的一些基本性質(zhì)

(1)二倍體群體中，雜合體的比例只有當(dāng)p=q=1/2時達到最大；

推導(dǎo)：p+q=1(p+q)2=1(p2+q2-2pq)+4pq=14pq=1-(p-q)2

當(dāng)p-q=0,即p=q=0.5時，2pq有最大值：2pq=1/2=0.5(2)雜合體的頻率是兩個純合體頻率的乘積的方根的兩倍；推導(dǎo)：H=2p×q=2p2×q2=2D×H

或者：H2=4DR或H/D×H=2，可用于驗證群體是否達到平衡。第36頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

(3)群體點在齊次坐標(biāo)中的運動軌跡為一個拋物線H2=4DR;∵[D+H+R=1為定值(坐標(biāo)系中等邊三角形的高)]

平衡群體在齊次坐標(biāo)系中為拋物線H2=4DR。第37頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五程遺傳［IERGDITAS（Beijing)6（3)-39-401984群體遺傳學(xué)中的齊次坐標(biāo)第38頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(4)平衡群體中Aa×Aa交配的頻率為AA×aa交配頻率的兩倍。

Aa×Aa=H2=(2pq)2=2(2p2q2)=2(2DR)=2(AA×aa)(5)如果q→0則p→1而q2→0，因此：

R≈0H=2pq≈2qD≈1-2q

說明：一個群體中一個隱性基因的頻率q很低，則隱性純合體基因型的頻率q2更低。

**隱性基因絕大多數(shù)處于雜合狀態(tài)。

eg：尿黑酸尿癥發(fā)病率q2=10-6,隱性基因頻率q=10-3,群體中雜合體的頻率H≈2q=2×10-3.第39頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五四、平衡定律的推廣1.常染色體復(fù)等位基因的平衡如果常染色體一個基因位點有3個等位基因A、a’、a

在群體中遺傳，其頻率分別為p,q,r且p+q+r=1。平衡時：(Aa’a)2=AAAa’Aaa’a’aa’aa

pqrp22pq2prq22qrr2

即：(p+q+r)2=p2+2pq+2pr+q2+2qr+r2

基因頻率可以由基因型頻率求得：

P=p2+(2pq+2pr)/2;q=q2+(2pq+2qr)/2;r=r2+(2pr+2qr)/2例如：果蠅D.willistoni的Lap-5基因的座位上有三個復(fù)等位基因“98”“100”“103”。第40頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五返回第41頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五如若群體中有k個復(fù)等位基因：有k個復(fù)等位基因A1,A2,…Ai,…Ak

相應(yīng)的基因頻率p1,p2,…pi,…pk基因頻率與基因型頻率的關(guān)系：

(∑piAi)2=∑pi2AiAi+2∑pipjAiAj(0<i,jk,其中i<j)其中AiAi表示純合體，共有k種；AiAj為雜合子，有k(k-1)/2種。i=1k第42頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五例子：人類的ABO血型。說明平衡群體中3個復(fù)等位基因IAIBi基因頻率的計算和平衡的檢驗。設(shè)復(fù)等位基因IAIBi的頻率分別為p、q、r。平衡群體中其表表型、基因型及其頻率有：基因頻率：ir=√OIBq=1-(p+r)=1-√(p2+2pr+r2)=1-√A+OIAp=1-(q+r)=1-√(q2+2qr+r2)=1-√B+O第43頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五判斷群體是否達到平衡,具體事例：r=√O=√0.30766=0.55486q=1-(√A+O)=1-(√0.32000+0.30766)=0.20594p=1-(√B+O)=1-(√0.27116+0.30766)=0.22392實際結(jié)果需要作2檢驗第44頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五2.伴性基因的平衡遺傳平衡定律也適用于性連鎖基因。

Ⅰ.判定在X染色體上等位基因達到平衡的標(biāo)準(zhǔn)：在隨機交配條件下，下列情況達到了H-W平衡：雄體雌體

XAXa

和XAXAXAXaXaXapqp22pqq2

或者雌雄群體基因頻率相等。第45頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五Ⅱ.X染色體上等位基因由不平衡到平衡的方式和途徑：**不平衡群體經(jīng)過多個世代的隨機交配，振蕩的方式快速地接近平衡。

1.每隨機交配一次，雌雄群體中基因頻率的差值減少一半

d=qxx-qx=-(q`xx-q`x)/2=-d`/22.所以px與pxx間的差異越大，實現(xiàn)平衡的時間就越長；反之則短。

3.在建立平衡的過程中，雌雄兩性群體中的基因頻率隨著隨機交配世代的增加而交互遞減。第46頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五Ⅲ.經(jīng)過隨機交配群體達到平衡以后，基因的頻率分別為：

a基因：q=(qx+2qxx)/3=(q`x+2q`xx)/3=常數(shù)

A基因：p=(px+2pxx)/3=(p`x+2p`xx)/3=常數(shù)qxx-q=-(q`xx-q)/2;qx-q=-(q`x-q)/2

原因：伴性遺傳基因以振蕩式接近平衡點的性質(zhì)，是由于雄體和雌體的性染色體組成不同，群體中伴性基因有2/3存在于雌體中，1/3存在于雄體中。例子：求色盲基因頻率，根據(jù)男性群體的某調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)其色盲的患者為7%，既表示qx=qxx=0.07,預(yù)期女性中有q2=(0.07)2=0.49%隱性伴性遺傳：[男性發(fā)病率:女性發(fā)病率=q:q2=1:q]顯性伴X遺傳：[男性:女性發(fā)病率=p:(p2+2pq)=1:(1+q)]第47頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)影響Hardy-Weinberg平衡的因素一、基因突變（1）僅考慮沒有選擇壓力的正向突變：設(shè)基因A→a突變，每代突變率u

（u=x/n,x是一代中A突變?yōu)閍基因數(shù)目,n為A基因總數(shù)）突變前A頻率:p

突變后A頻率：p(1-u)

突變壓(mutationpressure)：突變所造成的群體中基因頻率改變的度量（由pu來反映）。如果突變壓逐代增加，則基因A將在群體中逐漸消失，∵pn=p0(1-u)n(n→∝;pn→0)

如果突變不受其他基因的阻礙而無限地持續(xù)下去，A的頻率最終將減少到零而達到純合的a。第48頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五（2）設(shè)同時存在回復(fù)突變，回復(fù)突變頻率為v,

群體中A、a的頻率分別為p和q，則經(jīng)過一代突變后：

A:p-pu+qv;a:q-qv+pu

基因頻率的變化值：

A:Δp=(p-pu+qv)-p=-pu+qv;a:Δq=(q-qv+pu)-q=-qv+pu

經(jīng)過足夠多的世代，兩種力量達到平衡，Δp=Δq=0Δp=-pu+qv=-(1-q)u+qv=0,(u+v)q=u

則q=u/(u+v)

同理p=v/(u+v)

說明：平衡時基因的頻率只決定于正反兩個基因的突變率，而與兩個基因各自的起始頻率無關(guān)。另外：Δp=-(1-q)u+qv=-u+q(u+v)=-[q(u+v)]+q(u+v)=(u+v)(q-q)

當(dāng)q>q,Δp>0，A基因增加，同時a基因減少當(dāng)q<q,Δp<0，A基因減少，a基因增加第49頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五舉例：

設(shè)一對等位基因A、a：u=1.5×10-6，v=1×10-6

則平衡時a:q=u/(u+v)=0.6;A:p=v/(u+v)=0.4

表示在突變壓的作用下，平衡時

A基因的頻率為40%；a基因的頻率為60%

若u=v則平衡時

A基因頻率為50%，a基因的頻率也為50%。第50頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、自然選擇1.適應(yīng)值(adaptivevalue)：也稱達爾文的適合度，指一種已知基因型的個體，將它的基因傳遞給后代的相對能力，用ω表示。

解釋：①ω為一個相對值，一般將具有最高生殖效能的基因型個體的適應(yīng)值定為1，其它基因型個體與之相比的比值來表示。如：不同遺傳病患者的適合度。第51頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五②適合度是一個相對概念，與環(huán)境因素有關(guān)。例如，椒花蛾在污染區(qū)時(淺色容易被淘汰)：第52頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五在非污染區(qū)時（黑色容易被淘汰）：第53頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五2.選擇系數(shù)：

一種基因型的個體在群體中不利于生存的程度，用S表示。其中S=1-ω，顯然ω=1時,S=0;ω=0時，S=1。3.選擇對隱性純合體的作用。

第54頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(1)對隱性純合體的不完全選擇，即0﹤S﹤1.

設(shè)一對等位基因A和a，頻率分別為p、q，處于平衡狀態(tài)，則基因型頻率為：AA:p2;Aa:2pq;aa:q2

和為1

設(shè)AA和Aa的ω=1，而aa的ω=1-S,則選擇前后基因型的頻率分別為：經(jīng)過選擇后下一代的基因頻率分別為：

A:p1=(p2+pq)/(1-Sq2)a:q1=[pq+q2(1-S)]/(1-Sq2)=[q(1-Sq)]/(1-Sq2)a基因的頻率改變量：

Δq=q1-q=q(1-Sq)/(1-Sq2)-q=-Sq2(1-q)/(1-Sq2)

q很小時，1-Sq2≈1，則Δq≈-Sq2(1-q)第55頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

(2)對隱性純合體的完全選擇，即S=1：經(jīng)過一代選擇后，A和a基因的頻率為：

A:p1=(p02+p0q0)/(p02+2p0q0)=(p0+q0)/(1+q0)=1/(1+q0)a:q1=[2(p0q0)/(p02+2p0q0)]/2=q0/(1+q0)∴qn+1=qn/(1+qn)可以遞推

qn=q0/(1+nq0)

即n=(1/qn)-(1/q0),當(dāng)qn=q0/2時，n=1/q0表示:

隱性基因減少一半時的世代數(shù)為初始基因頻率的倒數(shù)。

第56頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五舉例:已知人類白化病等位基因的頻率為0.01，若白化純合體不育（S=1），要將此基因的頻率分別降至0.001和0.0001所需的世代數(shù)。利用n=(1/qn)-(1/q0)計算:n=(1/0.001)-(1/0.01)=900n=(1/0.0001)-(1/0.01)=9900第57頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五3.對顯性體的選擇：經(jīng)過一個世代的選擇后，A和a基因的頻率分別為：A:p1=[p2(1-S)+pq(1-S)]/[1-Sp(2-p)]=(1-S)p/[1-Sp(2-p)]a:q1=[q2+pq(1-S)/[1-Sp(2-p)]=q(1-pS)/[1-Sp(2-p)]∴Δp=p(1-S)/[1-Sp(2-p)]-p=-Sp(1-p)2/[1-Sp(2-p)]

當(dāng)S很小時，分母約為1，Δp≈-Sp(1-p)2第58頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五三、突變與選擇聯(lián)合作用下的群體平衡突變和選擇可以在一個群體中同時起作用。若同向施壓，使基因改變頻率加快；若反向施壓，最終會達到平衡。1.選擇隱性純合體:

設(shè)一對等位基因A和a(頻率分別為p,q)，正向突變頻率u，回復(fù)突變頻率v，同時選擇系數(shù)S作用于aa。則突變使a增加頻率為：Δq1=-qv+pu=u(1-q)-vq

選擇使a減少頻率為：Δq2=-Sq2(1-q)/(1-Sq2)≈-Sq2(1-q)(注：q很小時作近似處理，即1-Sq2≈1)

平衡時：u(1-q)-vq=Sq2(1-q)[即Δq1+Δq2=0]

若v也很小，vq≈0，則u≈Sq2，q=√u/S

可用于推算自發(fā)突變的頻率u或平衡時q:第59頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五舉例：例一:人類全色盲為常染色體,隱性純合體的比例為8萬分之1,并且色盲的子女為正常人的一半,求正向突變頻率.

解:q2=1/80000，S=0.5，則u=Sq2=6.25×10-6

例二:若u=0.000018，S=0.02，則q2=u/S=0.0009,q=0.032.選擇的是顯性純合體：同樣v=Sp2.3.選擇顯性體（AA和Aa）選擇Δp1=-Sp(1-p)2；

突變Δp2=qv=v(1-p)；平衡=0Sp(1-p)2=v(1-p)當(dāng)p很小時，1-p≈1，所以v=Sp

例如：人類侏儒(AA,Aa)，適應(yīng)值ω=0.2，正常a突變?yōu)锳的頻率v=5×10-5,求A基因的頻率。解：S=1-ω=0.8，v=5×10-5，則

p=v/S=6.25×10-5

雜合體H=2pq≈2p=1.25×10-4

第60頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五四、遷移哈迪-溫伯格定律的假設(shè)之一是要求群體是封閉而不受外部環(huán)境因素的干擾。然而很多群體都不是完全隔離的，它們和相同物種的另一些群體之間交換基因。一些個體遷入另一群體可以使遷入群體的基因庫導(dǎo)入新的基因，而改變其的等位基因頻率。因此遷移（migration）具有潛在的打破哈迪-溫伯格平衡的作用，從而引起了群體基因頻率的改變。遷移(migration):只指群體中有個體的遷入或遷出(生殖前)，導(dǎo)致群體中基因的頻率發(fā)生改變。第61頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

在群體遺傳學(xué)中我們感興趣的是基因的移動?；虻囊苿觾H發(fā)生在生物或配子“遷移”的時候。把它們的基因貢獻給受納群體的基因庫中。這個過程也可叫做基因流（geneflow）。

基因流對群體有二個主要的作用：①它將新的等位基因?qū)氲绞芗{群體中。由于“突變”這一事件一般是很少發(fā)生的，一個特殊的突變等位基因可能在一個群體中發(fā)生，而不在另一個群體中發(fā)生，基因流可將獨特的等位基因播散到其他的群體，像突變一樣，成為該群體的遺傳變異的來源。②當(dāng)遷移動物的基因頻率和受納群體的不同時，基因流改變了受納群體的等位基因頻率。通過基因的改變，群體保持相似性，這樣，遷移是一種均化力量，傾向于阻止群體發(fā)生變異。第62頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五為了說明遷移對基因頻率的作用，現(xiàn)設(shè)想一個模型，在模型中基因流僅單向的發(fā)生，即從群體I移向群體Ⅱ。假設(shè)在群體I中A等位基因頻率（PI）是0.8，而在群體Ⅱ中A的頻率（PII）是0.5。每代某些個體從群體I遷移到群體Ⅱ。這些遷移者是群體I中基因型隨機的樣本。遷移后群體Ⅱ?qū)嶋H含有兩組個體：一組是遷移者，其A等位基因頻率PI=0.8。另一組是接納群體的成員，他們的A等位基因頻率PII=0.5。遷移者現(xiàn)在在群體II中的比例為m，那么遷移后群體Ⅱ中A基因的頻率是：遷移后A的頻率是由新組成群體Ⅱ中的兩組中A等位基因的比例來決定。

第63頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五在群體Ⅱ中基因頻率的改變設(shè)為⊿P，等于混合的A頻率減去群體Ⅱ原來的A基因頻率：結(jié)果表明遷移使基因頻率發(fā)生改變，此依賴于兩個因素：混合群體中遷移者的比例（m）和兩個群體之間基因頻率的差（PI

-PII）。

第64頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五移居美國的黑人，他們血型的表現(xiàn)型頻率既不同于非洲的黑人群體，也不同于受納群體美國的白人，而是傾向于兩者之間，這是當(dāng)?shù)夭糠职兹伺c黑人通婚的結(jié)果，但所有的混血兒都被人們看作為黑人，故白人的頻率幾乎沒有受到影響，只有“黑人”群體的基因頻率有了明顯的改變，事實上這個混合群體（并未充分混合，因二者之間的婚配不是隨機的）總的基因頻率也發(fā)生了改變。ttr第65頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五2.分析：兩個群體甲、乙，一對等位基因A和a：甲：A:p;a:q(甲為大群體)

乙：A:p0;a:q0(乙為小群體)

遷移:甲→乙;同時乙→甲和其它，遷移率均為m,分析群體乙中a基因。那么經(jīng)過一個世代后，群體乙中a的頻率為：

q1=q0-mq0+mq=mq+q0(1-m)

則Δq=q1-q0=m(q-q0)

那么q1-q=[q0+m(q-q0)]-q=(1-m)(q0-q)說明:①遷移使甲乙群體中的a基因的頻率差距縮?。虎趍恒定，q=q0時群體平衡,遷移不影響基因頻率。第66頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五若每個世代m不變，大群體甲遷移后q不變。則

q2=mq+q1(1-m)=mq+[mq+q0(1-m)](1-m)=mq+mq(1-m)+q0(1-m)2

可以類推：

qn=mq+mq(1-m)+mq(1-m)2+…+mq(1-m)n-1+q0

(1-m)n

前n項之和

Sn=mq[1-(1-m)n]/[1-(1-m)]=q-q(1-m)n

故連續(xù)遷移n代后群體乙中a基因的頻率

qn=[q-q(1-m)n]+(1-m)nq0=q+(1-m)n(q0-q)

所以(1-m)n=(qn-q)/(q0-q)

*可用于計算群體的遷移率。

第67頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五舉例：兩個群體A、B，大群體A中Rh血型的R基因頻率p=0.028,

小群體B中Rh血型的R基因頻率P0=0.630,B群體與A群體基因有遷移10代后，Pn=0.446。求R基因遷移的頻率。解:(1-m)n=(pn-p)/(p0-p)

則(1-m)10=(0.446-0.028)/(0.630-0.028)

可得m=1-10√0.694=0.036注：遷移對大群體基因頻率影響不大，可以忽略。第68頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五五、隨機的遺傳漂變哈迪-溫伯格定律的一個主要的假定就是群體無限大。實際的群體不可能無限大，但它們要大到足以能預(yù)期基因頻率和基因型頻率。但有些群體很小，這些群體的幾率因子可使基因頻率產(chǎn)生隨機變化。由于樣本的機誤（chanceerrors）導(dǎo)致群體基因頻率的隨機改變稱為遺傳漂變（geneticdrift）或簡稱為漂變。由群體遺傳學(xué)家S.Wright于1930年提出的，有時人們也把漂變稱S.Wright效應(yīng)。遺傳漂變(randomgeneticdrift):一個小群體中，由于偶然事件導(dǎo)致群體中基因頻率的改變(Wrighteffect)。第69頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五基因頻率的隨機改變由于機誤而產(chǎn)生的基因頻率的隨機改變在小的群體中是一種重要的進化的力量。

在南太平洋群島上住著人類的最小群體，假設(shè)只有10個人組成，5個人綠眼睛，5個人棕色眼，假設(shè)眼睛的顏色是由單基因決定的（實際上眼睛的顏色是由多基因控制的），且綠色眼的等位基因b對棕色眼的等位基因B是隱性的（BB和Bb為棕色眼，bb為綠色眼）。此島上的群體中綠眼等位基因的頻率是0.6。一次臺風(fēng)襲擊了這個島，群體中50%的人死亡了，也就是5位居民死于風(fēng)暴。正巧這死去的5個人是棕色眼。臺風(fēng)之后這個島上綠色基因的頻率是1.0。在這個群島上的群體中所發(fā)生的突變是綠眼基因的頻率從0.6變成了1.0，這完全是機會所造成。第70頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五遺傳漂變的量度遺傳漂變是隨機的，我們就難以預(yù)期漂變后基因頻率的多少。為了確定遺傳漂變的大小，我們必須知道有效種群大小（effectivepopulationsize），等于成體為下代提供的配子的當(dāng)量數(shù)。

若兩性的數(shù)目相等，而每個個體產(chǎn)生后代的概率都相同，那么這個有效群體的大小等于此群體中交配的成體數(shù)。

然而當(dāng)雌雄性數(shù)不等時，有效群體的大小是：Ne=等式中Nf是交配的雌體數(shù)，Nm是交配的雄體數(shù)。第71頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

70個雌性和2個雄性的群體中，2個雄性并不簡單地與二雌性相當(dāng)，每個雄性要為下一代總的基因數(shù)貢獻1/2×1/2=0.25。而每個雌性只貢獻所有基因的1/2×1/70=0.007。數(shù)目很小的雄性不均衡地影響著下一代存在的等位基因，利用上述等式，有效群體的大上是：

Ne=(4×70×2)÷(70+2)=7.8

近似等于8個交配成體。這意味著70雌和2雄的群體其遺傳漂變相當(dāng)于只有4個交配雄性和4個交配雌性的小群體的遺傳漂變。第72頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(三)遺傳漂變原因

所有的遺傳漂變都是由于取樣誤差而產(chǎn)生的，但在自然群體中取樣誤差的發(fā)生有各種途經(jīng)。①群體大小經(jīng)很多代都保持很小。這種情況是經(jīng)常發(fā)生的，特別是在棲息地的邊緣。或者當(dāng)競爭限制了群體生長時，在這種群體中遺傳漂變在基因頻率進化中起到了重要的作用。第73頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

Buri用果蠅做了一個實驗，表明了遺傳漂變的作用。在果蠅決定眼色的座位上有兩個等位基因bw75和bw。他建立了107個實驗群體。bw75開始時的頻率為0.5，在各群體中果蠅隨機互交，然后每代隨機地選出8雌，8雄作為下一代的親體。這樣有效群的大小為16個果蠅。在107個群體中等位基因頻的分布如圖所示。在早期的世代中基因頻率群集在0.5周圍，但遺傳漂變導(dǎo)致這個群體的基因頻率分散開，或逐代分開。在大部分群全中到19代bw75的頻率為0或1。第74頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五

②遺傳漂變產(chǎn)生的另一種途經(jīng)是通過建立者效應(yīng)(奠基者效應(yīng))（foundereffect）。建立者效應(yīng)發(fā)生在由少量的個體開始建立群體時。雖然群體隨后可以增大，以后可有大量的個體組成，但群體的基因庫源出于最初建立時存在的基因。奠基者效應(yīng):由少數(shù)幾個個體的基因頻率，決定后代的基因頻率。第75頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五在大西洋南部有三個很小的火山島(Tristandacwnha)，1817年開始由蘇格蘭人WilliamGlass和他的家族到島上居住。后來又遷來幾個失事的水手和幾個來自遠處島上的婦女，但這個島是保持著遺傳隔離的狀態(tài)。1961年島上火山爆發(fā)，島上的群體幾乎有300個居住者組成的群體到英格蘭。他們在英國呆了2年，遺傳學(xué)家研究了他們，并重建了這個群體史。第76頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五島上的群體在突變中發(fā)生了三種類型的遺傳漂變。①建立者效應(yīng)發(fā)生在開始定居者中。到1855年這個島的群體擴大到約100人，但這個群體26%的基因是由WilliamGlass和他妻子傳下來的。甚至到了1961年這300人的群體的全部基因中有14%的基因來自最初的兩個定居者。Glass和其他的原來的建立者們的特殊基因?qū)σ院笕后w的基因庫有著重大的影響。②群體一直保很小，取樣誤差也持續(xù)發(fā)生。③取樣誤差的第三種形式稱為瓶頸效應(yīng)（bottleneckeffect）這種效應(yīng)在上面所說的小群體中也起到了重要的作用。前面舉的10個人小群體眼色的例子就是如此。當(dāng)颶風(fēng)襲擊這個島時，使綠眼的基因頻率從0.6變成1.0。這就是瓶頸效應(yīng)的例子。瓶頸效應(yīng)也可以看成是建立者效應(yīng)的一種類型，因為僅幾個個體的減少結(jié)果就會影響群體。

瓶頸效應(yīng):一個大的群體通過瓶頸后，由少數(shù)幾個個體再擴展成原來原來規(guī)模的群體，群體數(shù)量消長的過程對遺傳造成的影響。第77頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五在TristandaCunha島的歷史上曾發(fā)生了兩次劇烈的瓶頸效應(yīng)。第一次約在1856年突然發(fā)生兩件事：那是WilliamGlass的死和一個傳教士的到來，他鼓勵當(dāng)?shù)鼐用耠x開這個島。當(dāng)時很多的島民移居到美國和南非。這個群體在1855年末還有103人，但到了1857年只剩下了33人。第二次瓶頸效應(yīng)是發(fā)生在1885年。TristandaCunha島沒有天然港、島民們是劃著小船到海上的商船上進行貿(mào)易。在1885年11月28日這一天，島上15名男性成年人又劃船出海了，在全體島民的目光下，他們離開了島，但不幸的是船翻了，15人全部沉入海底。遇難之后，島上很多寡婦和其子女都在幾年內(nèi)先后離開了這個島，只余下4名成年男人，二名老太太和一名神經(jīng)錯亂的女人。這個群體從106人一下又銳降到59人。兩次的瓶頸效應(yīng)對這個群體的基因庫起到了重要的作用。來自幾個島民的基因都全部丟失了。通過兩次事件其他一些先民所傳下的基因的相關(guān)性也發(fā)生了改變。這樣TristandaCunha島的基因庫受到遺傳漂變的影響，這些影響是以三種形式存在的：①即建立者效應(yīng)；②小群體大?。虎燮款i效應(yīng)。第78頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五(四)遺傳漂變的效應(yīng)

遺傳漂變引起了基因頻率的改變，而這些改變對群體的遺傳結(jié)構(gòu)有著明顯的作用。首先是遺傳漂變導(dǎo)致基因頻率逐代改變。不同的線表示5個群體超過30代的基因頻率。雖然各群體開始時等位基因的頻率都是0.5，各群體都由于取樣誤差而引起了逐代基因頻率的改變。在每代中基因頻率可能增加或減少，從而使逐代頻率隨機波動和漂變。有的基因頻率的值達到了1.0，有的又降到零。即一個等位基在群體中被固定或丟失。一旦一個等位基因被固定了，其基因頻率就不再發(fā)生變化。除非另一個等位基因通過突變或遷移被重新引入。第79頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五遺傳漂變的第二個效應(yīng)就是減少群體中的遺傳變異。在一個群體中固定其概率隨時間的推移而增加。如開始時的基因頻率是相等的，等位基因要能成為固定完全是隨機的。另一方面如果基因頻率開始不等，頻率較低的等位基因可能會被丟失。在基因漂變或固定的過程中，群體的雜合子數(shù)也將減少，固定之后群體中雜合體為零。當(dāng)雜合性減小時等位基因逐漸被固定，群體便失去遺傳變異。第80頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)自然群體中的遺傳多態(tài)性一、多態(tài)性和雜合性遺傳多態(tài)性(geneticpolymorphism):一個物種的同一群體中存在兩種或兩種以上變異類型的現(xiàn)象。例如:檢測一個海蠕蟲群體中的30個基因座，其中有18個有多態(tài)性，多態(tài)性頻率60%。

多個群體的平均多態(tài)性：檢測的各群體相同基因座多態(tài)性頻率之和群體的總數(shù)=第81頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五雜合性(heterozygosity):指群體中，平均每個基因座位都是雜合狀態(tài)的比率，或者稱為群體的平均雜合性.

每個基因座都為雜合子的頻率的總和基因座的總數(shù)H=第82頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、染色體多態(tài)性

染色體多態(tài)性:是染色體的結(jié)構(gòu)或數(shù)目差異造成的群體內(nèi)或群體之間染色體(核型)的差別。例如:果蠅核型(karyotype)：將一個二倍體的物種的染色體按長度、著絲點的位置、次縊痕等等參數(shù)，依次排列形成的染色體圖譜。第83頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五三、蛋白質(zhì)的多態(tài)性

蛋白質(zhì)多態(tài)性:由于基因的結(jié)構(gòu)變異造成構(gòu)成蛋白質(zhì)氨基酸的組成和數(shù)目發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)呈現(xiàn)多態(tài)性分布。例如:鐮刀紅細胞多態(tài)性，由HbA,HbS,HbC,HbE等蛋白基因序列的差異造成。第84頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五四、DNA序列多態(tài)性DNA序列多態(tài)性:由于DNA核苷酸組成或排列順序的改變使群體之間或者群體內(nèi)部的個體之間出現(xiàn)DNA的多態(tài)性分布.1.限制性片段長度多態(tài)(RFLP)：基因組DNA經(jīng)限制性內(nèi)切酶酶切后，經(jīng)電泳得到長度不同的限制性片段，表現(xiàn)出片段長度的多態(tài)分布。

2.擴增片段長度多態(tài)(AFLP)：由基因組DNA經(jīng)特異性擴增產(chǎn)生的DNA片段長度的多態(tài)分布。

3.隨機擴增多態(tài)性DNA(RAPD):基因組DNA經(jīng)隨機擴增產(chǎn)生的DNA片段長度的多態(tài)分布。

RT-PCR;SSCP-PCR第85頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)物種形成一、物種的概念

1.指個體間能相互交配、并在第一世代中產(chǎn)生健康而可育后代的一個自然群體。

2.通常以生殖隔離作為確定物種的標(biāo)準(zhǔn)。生殖隔離的機制：①合子前生殖隔離——防止群體間的交流形成雜合子；②合子后生殖隔離——降低雜合子的生存或生殖能力。兩種都可以達到阻止群體之間基因交流的目的。第86頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、物種的形成過程

1.階段Ⅰ：阻斷同一物種兩個不同群體間的基因交流，各自獨立分化，當(dāng)達到生殖隔離的程度時，便形成兩個新的物種。

2.階段Ⅱ：阻斷在兩個不同棲息地的物種間的基因之間的交流，使遠源物種的差別加大。三、物種形成的方式

1.地理物種的形成；

2.量子式物種的形成。第87頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五四、物種形成期間遺傳分化的度量最常見的兩個參數(shù)：1.遺傳同一性或遺傳相似性

2.遺傳距離遺傳同一性（I）：對兩個群體中結(jié)構(gòu)相同的基因比例的估計。I=0;I=1遺傳距離：用來估計兩個群體分別進化時，每個基因座發(fā)生的等位替換的次數(shù)。D:0→∝第88頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)分子進化與中性學(xué)說近年來群體遺傳學(xué)開始應(yīng)用分子遺傳學(xué)的技術(shù)來研究群體中的遺傳變異并對某些進化的分子基礎(chǔ)提出質(zhì)疑。通過用限制性圖譜和DNA測序方法生物學(xué)家們能在DNA水平列舉出新的進化證據(jù)。這些研究并沒有改變?nèi)后w遺傳的基本原理，但卻提出了更為完整的詳細的進化圖譜。第89頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五從分子水平研究生物進化的優(yōu)點傳統(tǒng)的生物進化研究的主要依據(jù)是生物個體、細胞水平研究所提供的信息。分子水平研究發(fā)現(xiàn)，在生物大分子中蘊藏了豐富的生物進化遺傳信息；從分子水平研究生物進化具有以下優(yōu)點：根據(jù)生物所具有的核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異程度，可以估測生物種類的進化時期和速度。對于結(jié)構(gòu)簡單的微生物的進化，只能采用這種方法。它可以比較親緣關(guān)系極遠類型之間的進化信息。第90頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五一、氨基酸序列、DNA序列的變異在進化研究中一個重要的問題是在不同的基因中和在相同基因的不同部分中進化的模式和速率是怎樣的？特定DNA序列的進化速率能通過比較由共同祖先分化出的兩種不同生物的DNA序列來加以探討。第91頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五假設(shè)共同的祖先有一種單個的DNA序列。兩種生物都由這種共同祖先演化而產(chǎn)生，它們的DNA序列經(jīng)過了獨立地進化改變，產(chǎn)生了我們現(xiàn)在所見到的差異。例如大部分的哺乳動物在六千五百萬年以前由一個祖先進化而來。如小鼠和人類的生長激素基因，我們發(fā)現(xiàn)二者的序列相差20個核苷酸。這20個核苷酸一定是通過了六千百萬年的進化過程發(fā)生變化而歧化的。為了計算這個基因中的進化速率，我們首先要估算該基因中核苷酸的數(shù)目，也就是在這樣多的核苷酸中存在著現(xiàn)在我發(fā)現(xiàn)的20個核苷酸的差異。為了獲得變化的速率，我們就要將每個核苷酸位點核苷取代的值除以進化的年數(shù)，即兩種動物分開的時間。在我們生長激素基因的例子中，改變的速率為每年每個位點取代4×10-9核苷酸。進化速率：每年每個核苷酸位點被另外核苷所取代的比例。第92頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸序列與系統(tǒng)發(fā)育分析比較不同物種同功蛋白的組成，可以估測它們之間的親緣程度和進化速度。蛋白質(zhì)進化中研究得最多的是血紅蛋白和細胞色素c的氨基酸序列差異。第93頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五第94頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)氨基酸序列差異估算物種進化的分歧時間(年)第95頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五核苷酸序列與系統(tǒng)發(fā)育同功蛋白基因、非蛋白表達基因序列兩兩比較或多重比較，可以推斷序列間同源性，并進行差異性分析構(gòu)建分子水平系統(tǒng)進化樹(evolutiontree);在結(jié)構(gòu)基因組研究的基礎(chǔ)上進行序列比較研究可能為物種比較提供更為全面的信息，甚至全基因組序列比較。利用序列信息還可以估算分子進化速率，從而用分子進化鐘來估算物種進化的分歧時間。第96頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五基因的不同區(qū)域所承受的進化壓力不同，其進化的速度也不同。第97頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五不同功能的基因進化速率也不同，例如人類的催乳素基因中非同義核苷酸的取代率要比哺乳動物組蛋白H4基因的高300倍。第98頁，共115頁，2023年，2月20日，星期五二、DNA長度的多態(tài)性

除了核苷酸序列通過核苷酸取代而進化以外，基因中核苷酸的數(shù)目也常發(fā)生變異。這種變異稱為DNA長度的多態(tài)性（DNAlengthpolymorphisms），它是通過缺失或增加一段相對短的核苷酸序列而產(chǎn)生的。例如在黑腹果蠅的乙醇脫氫酶基因中發(fā)現(xiàn)了DNA長度的多態(tài)性。MartinKrietman測定了這個基因的11個拷貝，他發(fā)現(xiàn)除了核苷酸序列存在變異外，這11個拷貝中有6個插入和缺失。所有這些都有在內(nèi)含子和DNA的折疊區(qū)內(nèi)，在外顯子中未發(fā)現(xiàn)有這種情況。外顯子中的插入和缺失常會改變讀框，因此它們將受到選擇的作用。結(jié)果插入和缺失通常只存在DNA