群體中的基因

群體中的基因第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六第十章

群體中的基因

群體遺傳學(xué)(PopulationGenetics)：

研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學(xué)科。第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六

群體中的遺傳平衡【掌握】1.Hardy—Weinberg定律的概念和適用條件。2.基因頻率和基因型頻率的計(jì)算。3.基因庫的概念?！臼煜ぁ窟z傳平衡定律的應(yīng)用?！玖私狻咳后w、群體遺傳學(xué)、遺傳流行病學(xué)的概念。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六突變和選擇【掌握】1.選擇對(duì)常染色體顯性基因、常染色體隱性基因、X連鎖隱性基因的作用。2.適合度和選擇系數(shù)的意義?！臼煜ぁ科胶舛鄳B(tài)、遺傳負(fù)荷的概念?！玖私狻?.突變率的表達(dá)方式：回復(fù)突變、正向突變。2.選擇壓力增強(qiáng)和放松對(duì)遺傳平衡的影響。3.突變負(fù)荷、分離負(fù)荷的概念。第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六近親婚配【掌握】近婚系數(shù)的概念，常染色體基因和X連鎖基因近婚系數(shù)的計(jì)算?！玖私狻科骄橄禂?shù)的計(jì)算。近親婚配的危害。第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六遺傳漂變與遷移【掌握】遺傳漂變的概念?！玖私狻窟z傳漂變對(duì)群體遺傳平衡的影響。遷移的概念和對(duì)群體遺傳平衡的影響第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六第十章

群體中的基因

第一節(jié)基本概念群體(種群、孟德爾式群體)：生活在某一地區(qū)彼此能相互交配的個(gè)體群。群體遺傳學(xué)：

研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學(xué)科醫(yī)學(xué)群體遺傳學(xué)(遺傳流行病學(xué)):

通過研究致病基因在群體中的變化而揭示遺傳病在群體中的發(fā)生、流行規(guī)律的學(xué)科第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六基因庫(genepool):一個(gè)群體所具有的全部遺傳信息.基因頻率(genefrequency):群體中某一等位基因占該基因座所有等位基因的百分比.第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六人群某一個(gè)基因位點(diǎn)上有一對(duì)等位基因A、a;可形成三種基因型：AA、Aa、aa則：p+q=1;AA的基因型頻率為p2；Aa的基因型頻率為2pq;aa的基因型頻率為q2

等位基因A、a可形成三種基因型：AA、Aa、aa。這三種基因型個(gè)體在群體中的隨機(jī)婚配組合：

AA×AA;AA×Aa;AA×aa;Aa×Aa;Aa×aaaa×aa設(shè)：A基因頻率—pa基因頻率—qＡA+aA基因頻率：p=aA+aa基因頻率：q=Aa第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例：在上述一個(gè)具有AA、Aa、aa的群體

中，生殖細(xì)胞只有兩種：A、a配子∴F1代群體的基因型頻率:AA:Aa:aa=p2:2pq:q2F1代男女性群體隨機(jī)婚配，產(chǎn)生9種組合

A

(p)a

(

q)

A(p)

a

(

q)

精子卵子AA

=

p2

Aa

=

pqAa

=

pqaa

=

q2親代群體的基因頻率和F1代基因型頻率第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六F2代基因型頻率

AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)AA(p2)p42p3qp2q2

Aa(2pq)2p3q4p2q2

2pq3aa(q2)p2q2

2pq3q4

第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六F1代婚配類型、頻率與F2代基因型頻率

F1代F2代基因型頻率類型頻率

AAAaaaAA×AAp4p4

－－AA×Aa4p3q2p3q2p3q－AA×aa2p2q2

－2p2q2

－Aa×Aa4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa4pq3－

2pq32pq3aa×aaq4

－－

q4F2代基因型：

AA=p4+2p3q+p2q2=p2(p2+2pq+q2）=p2

Aa=2p3q+2p2q2+

2p2q2+

2pq3=2pq(p2+

2pq+q2)=2pq

aa=p2q2+

2pq3+

q4=q2(p2+2pq+q2)=q2第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六∴F2代群體的基因型頻率:

AA:Aa:aa=p2:2pq:q2二、Hardy-Weinberg定律的應(yīng)用(一)Hardy-Weinberg平衡的判定

——判定一個(gè)群體是否平衡群體第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)遺傳平衡

一、Hardy-Weinberg定律

在一個(gè)隨機(jī)婚配的大群體中，如果沒有突變、遷移和自然選擇的發(fā)生，則基因頻率和基因型頻率代代保持不變

p(A)+q(a)=1p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)=1符合上述五個(gè)條件，則該群體為平衡群體①②③④⑤第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六此定律可分為3個(gè)部分：第一部分是前提：理想群體：無窮大，隨機(jī)交配，沒有突變、沒有遷移和自然選擇；第二部分：是結(jié)論:基因頻率和基因型頻率逐代不變；第三部分：是關(guān)鍵隨機(jī)交配一代以后基因型頻率將保持平衡。第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例:

調(diào)查某一地區(qū)1000人的群體,發(fā)現(xiàn)鐮形細(xì)胞貧血癥患者(aa)有200人，雜合子(Aa)有200人,正常顯性純合子(AA)600人,求這一群體A、a基因的頻率？并判定該群體是否平衡群體？解:

設(shè)A基因頻率:pAA基因型頻率:p2a基因頻率:qAa基因型頻率:2pq

aa基因型頻率:q2∴關(guān)系式:

p(A)=p2

+

?

(2pq)

=600/1000+?*200/1000=0.7q(a)

=q2+?

(2pq)=200/1000+?*200/1000=0.3第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六上述1000人群體是否一個(gè)平衡群體？方法1、已知：p=0.7q=0.3

p+q=1p2=0.62pq=0.2q2=0.2p2+2pq+q2=1∵AA=p2p2=0.72=0.49≠0.6

Aa=2pq2pq=2×0.7×0.3=0.42≠0.2

aa=q2q2=0.32=0.09≠0.2所以該群體不是平衡群體。不平衡群體只要隨機(jī)交配一代，后代就會(huì)達(dá)到平衡。第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六∵子一代基因頻率不變：p=0.7q=0.3∴子一代（基因型比例發(fā)生變化）：p2(AA)=0.492pq(Aa)=0.42q2(aa)=0.09∵p=0.7q=0.3p2=0.72=0.49=p2

2pq=2×0.7×0.3=0.42=2pq

q2=0.32=0.09=q2∴此群體平衡

A

p(0.7)a

q(0.3)Ap(0.7)AAp2=(0.49)Aa

pq=(0.21)

a

q(0.3)Aapq=(0.21)aa

q2=(0.09)

精子卵子第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六（二）基因頻率的計(jì)算在一個(gè)平衡群體下：

p=Aq=ap+q=1p2=AA2pq=Aaq2=aap2+2pq+q2=11.AR遺傳病基因頻率的計(jì)算:例:調(diào)查一個(gè)60000人的群體,發(fā)現(xiàn)先天聾啞(AR)病人有5人,求該群體的正常和致病基因頻率以及攜帶者頻率?解:已知q2=5/60000∴q=√5/60000=0.009p=1-q=0.991

2pq=2×0.991×0.009=1.81%第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六2.

AD遺傳病基因頻率的計(jì)算:例:某地區(qū)調(diào)查100000人中有多指患者(AD)2人,求這一地區(qū)的p、q？解：∵p2+2pq=2/100000

∴q2=1－(p2+2pq)=1－2/100000=0.99998

q=√0.99998=99.99%

∴p=1－99.99%=0.01%第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六X連鎖等位基因的頻率基因型各基因型頻率各等位基因頻率XAXaXAXAp2/22p2/3-XAXa2pq/22pq/32pq/3XaXaq2/2-2q2/3XAYp/2p/3-XaYq/2-q/3第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六3.XR遺傳病基因頻率的計(jì)算:例:調(diào)查某一地區(qū)170000個(gè)男人,其中119人患紅綠色盲,求該地區(qū)的p、q、攜帶者和患者頻率？解：男性基因型：p(XＡY)

+

q(XaY)

=1

女性基因型：p2(XAXA)+2pq(XAXa)+q2(XaXa)=1∵男性發(fā)病率＝q＝119/170000=0.07%∴p=1－q=1－0.0007=99.93%

攜帶者

2pq=2×99.93%×0.07%=0.14%

女患者q2=(0.07%)2=0.49%=4.9×10-5第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)

影響遺傳平衡的因素一、突變二、選擇三、近親婚配第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六

一.突變

設(shè)正向突變（A→a）的頻率為u，回復(fù)突變（a→A）的頻率為v。群體中f(A)=p，f(a)=q，假設(shè)群體很大，無自然選擇存在，那么在每一代中，A等位基因以u(píng)頻率突變成a，a等位基因也以v頻率回復(fù)突變?yōu)锳.若upvq時(shí)，f（a）增加,即正突變回復(fù)突變，若upvq時(shí)，f（A）增加,即正突變回復(fù)突變。第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六若達(dá)到平衡時(shí)，p=vq－up=0,vq=up,vq=u(1-q)

解這個(gè)等式，我們可以得到平衡時(shí)q值

vq=u－uqvq+uq=u

q(v+u)=uq=u/(v+u)同理：p=v/(v+u)第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六

突變率:每代每個(gè)配子中某個(gè)基因座的突變頻率=n×10-6基因/代(1-q)Ａau(隱性突變率)v(顯性突變率)(q)第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例如:人類PTC的嘗味能力由基因T決定，突變純合子tt失去對(duì)PTC的嘗味能力，此突變既無害也無益，稱中性突變。不同人群中等位基因T和t的頻率差異可能就來源于突變率差異。如果u=0.6x10-6/代，v=0.4x10-6/代,則基因t的頻率q=u/v+u=0.6/0.6+0.4=0.6,味盲頻率（tt）q2=0.36=36%第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六二、選擇

選擇是對(duì)群體某一基因型個(gè)體生存和生育的選擇，故用適合度來衡量。適合度：某種基因型個(gè)體存活并將其

基因傳遞給下一代的能力.

常用相對(duì)生育率（f）來代表。第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例:

丹麥調(diào)查108名軟骨發(fā)育不全性侏儒的人生育了27個(gè)小孩,而這些患者的正常同胞有457人,共生育了582個(gè)孩子,求f？

選擇系數(shù)（selectioncoefficient，s）

在選擇作用下，使適合度降低的百分?jǐn)?shù)

∴S=1－fS+f=1

適合度f（相對(duì)生育率）＝0.2

27/108582/457＝＝

患者平均生育子女?dāng)?shù)正常同胞平均生育子女?dāng)?shù)第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六

v(顯性基因突變率)=Sp=S(p2+?·2pq)=S·?(2pq)例:經(jīng)調(diào)查,某市二十五年來所生的300000個(gè)孩子,其中有12人為成骨不全(AD),該病的適合率為0.4,求該致病基因的突變率.解：發(fā)病率（2pq）=12/3000000=4.0×10-5

S=1－f=1－0.4=0.6

∴v=S·?(2pq)=0.6×?×4.0×10-5

=12×10-6基因/代1.、突變和選擇對(duì)顯性基因的作用第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六2、突變和選擇對(duì)隱性基因的作用

u(隱性基因突變率)＝Sq2例:

已知半乳糖血癥（AR）的發(fā)病率是1/20000,這種病的生育率僅為正常人的20%,求突變率?

解:已知:q2=1/20000f=0.2∴u=Sq2=(1－0.2)×1/20000=4.0×10-6/代第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六3、突變和選擇對(duì)XR基因的作用XAYpXaYq被選擇（發(fā)病率＝致病基因頻率q）

XAXAp2XAXa2pqXaXaq2被選擇，罕見，可忽略XAuXa∴u=

1/3Sq(q)(p)第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例：調(diào)查某一地區(qū)3000000個(gè)男性，發(fā)現(xiàn)患DMD(XR)的男人有18人,患者的相對(duì)生育率為0.35,求突變率?解:已知q=18/3000000=0.000006f=0.35∴u=1/3sq=1/3×(1－0.35)×0.000006=1.3×10-6基因/代

第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六4、突變和選擇對(duì)XD基因的作用

XAYXaYXAXAXAXaXaXa

(p)

(q)

(p2)(2pq)(q2)被淘汰被淘汰∴每代被淘汰的XA基因頻率:p∴v=sp被淘汰第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)

影響遺傳平衡的因素一、非隨機(jī)婚配—考慮配偶基因型的婚配近親婚配(consanguinousmating)3~4代以內(nèi)有共同祖先的人彼此婚配親緣系數(shù)(coefficientofrelatinship,r)兩個(gè)人從共同祖先獲得某一等位基因的概率

近婚系數(shù)(inbreedingcoefficient)近親婚配所生子女從共同祖先獲得一對(duì)相同基因的概率第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六表:親屬級(jí)別與親緣系數(shù)P56

與先證者的親緣關(guān)系親緣系數(shù)

一級(jí)親屬:（父母、同胞、子女）

1/2

二級(jí)親屬:

(外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨

1/4

三級(jí)親屬:

姨表兄妹、堂表兄妹

1/8第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六ⅠⅢⅡ121234

12親緣系數(shù)計(jì)算例:表兄妹有1/8基因相同aa

1/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ1a∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ1a的概率:1/4×1/4=1/161/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ2a

的概率:Ⅲ1Ⅱ2aⅠ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ1a

或Ⅰ2a的概率:1/16+1/16=1/81/4×1/4=1/16第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六(一)近婚系數(shù)：近親婚配所生子女從共同祖先獲得一對(duì)相同基因的概率

1.常染色體基因近婚系數(shù)的計(jì)算例一:同胞兄妹結(jié)婚,求F?

A1A2A3A4

解:A1A1:(?×?)×(?×?)=1/16A2A2:(?×?)×(?×?)=1/16A3A3:(?×?)×(?×?)=1/16A4A4:(?×?)×(?×?)=1/16∴F=1/16×4=1/4

一級(jí)親屬（同胞兄妹）結(jié)婚子女是純合子的概率是1/4ⅠⅡ1212A1A1A2A2A3A3A4A4?第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六另一計(jì)算方法:

Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ:

(?)2∴Ⅲ同時(shí)從父母得到祖父A1A1的概率是:

(?)2×(?)2=(?)4

同理:

Ⅲ得到A2A2、A３A３、A４A4的概率也是(?)4∴同胞兄妹結(jié)婚子女是純合子的概率:４×(?)4ⅠⅡ1212ⅠⅡ1212A1A2A3A4∵A1:Ⅰ1→Ⅱ1→Ⅲ

經(jīng)2步傳遞

(?)2Ⅲ第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期六例二:表兄妹結(jié)婚,求F?A1:Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ1→Ⅳ

需3步(?)3Ⅰ1→Ⅱ3→Ⅲ2→