群體遺傳學(xué)-高中生物競賽要點課件

第六章群體遺傳學(xué)第六章群體遺傳學(xué)1基因頻率和基因型頻率、適合度、選擇系數(shù)、親緣系數(shù)Hardy-Weinberg定律、影響因素及其應(yīng)用、近婚系數(shù)的計算遺傳負(fù)荷群體中的平衡多態(tài)現(xiàn)象（類型、DNA多態(tài)包括種類)

本章主要內(nèi)容提示本章主要內(nèi)容提示2群體可相互交配的個體群群體遺傳學(xué)是研究群體中基因的分布及逐代傳遞中影響基因頻率與基因型頻率的變化規(guī)律的科學(xué)。醫(yī)學(xué)群體遺傳學(xué)研究人類致病基因在群體中的分布、變化規(guī)律的科學(xué)，也稱遺傳流行病學(xué)。研究手段研究對象細(xì)胞遺傳學(xué)核型分析、FISH等染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常的類型、發(fā)生率及與疾病的關(guān)系。群體遺傳學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)的思維和方法群體的基因頻率、基因型頻率及其和某些因素的關(guān)系。群體可相互交配的個體群研究手段研究對象細(xì)胞遺傳學(xué)核3背景

群體（population）是指一個物種生活在某一地區(qū)內(nèi)的、能夠相互交配并能生成有繁殖能力后代的個體群，也稱孟德爾式群體。一個群體所具有的全部遺傳信息稱為基因庫（genepool）。實際研究中，只能探討某一對等位基因的情況——狹義基因庫第一節(jié)群體中的遺傳平衡背景第一節(jié)群體中的遺傳平衡4一、基因頻率和基因型頻率

基因頻率（genefrequency）:群體中某一基因在其所有等位基因數(shù)量中所占的比例。

A%=-------=pp+q=?

基因型頻率（genotypefrequency）:群體中某一基因型個體占群體總個體數(shù)的比例。

AA%=------------

對于共顯性和不完全顯性表型調(diào)查→基因型頻率→基因頻率AA+aAAAA+Aa+aa1一、基因頻率和基因型頻率基因頻率（genefrequen5MN血型在747人的人群中，MM有233人，MN有385人，NN有129人

基因型頻率MM=233/747=0.312MM,MN,NN0.3120.5150.173

基因頻率p=M=MM+MN/2=0.57q=N=NN+MN/2=0.43☆

以MN血型（共顯性）為例:基因型頻率→基因頻率MN血型在747人的人群中，MM有233人，MN有385人，6（1）基因型頻率→基因頻率設(shè)M的基因頻率為p，N的基因頻率為q，則

p=MM+1/2MNq=NN+1/2MNp+q=1（2）基因頻率→基因型頻率設(shè)M的基因頻率為p，N的基因頻率為q，則MM=p2NN=q2MN=2pqp+q=1→（p+q）2=1→p2+2pq+q2=1↓↓↓MMMNNN（1）基因型頻率→基因頻率設(shè)M的基因頻率為p，N的基因頻率為7二、遺傳平衡定律（Hardy-Weinberg定律）1908年，英國數(shù)學(xué)家Hardy和德國內(nèi)科醫(yī)生Weinberg分別同時提出遺傳平衡定律?！鶅?nèi)容：在一定條件下，群體的基因頻率和基因型頻率在一代一代繁殖傳代中保持不變?！鶙l件：（1）在一個很大的群體（2）隨機婚配而非選擇性婚配（3）沒有自然選擇（4）沒有突變發(fā)生（5）沒有大規(guī)模遷移第一節(jié)群體中的遺傳平衡二、遺傳平衡定律（Hardy-Weinberg定律）8Hardy-Weinberg定律

假設(shè)在一個理想的群體中，某個基因座上的兩個等位基因A和a，

基因頻率A=p，a=q

p+q=1精子A（p）a（q）A（p）AA（p2）Aa（pq）a（q）Aa（pq）aa（q2）卵子因此第一代基因型頻率AA=p2Aa=2pqaa=q2Hardy-Weinberg定律假設(shè)在一個理想的群體中，9婚配類型的頻率父方基因型AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)

母方AAAA×AAAA×AaAA×aa基因型(p2)(p4)(2p3q)(p2q2)AaAa×AAAa×AaAa×aa(2pq)(2p3q)(4p2q2)(2pq3)aaaa×AAaa×Aaaa×aa(q2)(p2q2)(2pq3)(q4)

婚配類型的頻率父方基因型10

隨機婚配，第二代基因型頻率為：后代AAAaaa婚配類型頻率AA×AAp4p4AA×Aa4p3q2p3q2p3qAA×aa2p2q22p2q2Aa×Aa4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa4pq32pq32pq2Aa×aaq4q4AA=p4+2p3q+p2q2=p2（p2+2pq+q2）=p2（p+q）2=p2

Aa=2p3q+2p2q2+2p2q2+2pq3=2pq（p2+2pq+q2）=2pq（p+q）2=2pqaa=p2q2+2pq2+q4=q2（p2+2pq+q2）=q2（p+q）2=q2

A基因頻率=AA+1/2Aa=p2+1/2(2pq)=p2+pq=p(p+q)=pa基因頻率=q隨機婚配，第二代基因型頻率為：后11Hardy-Weinberg定律假定有一對等位基因A和a，A的頻率為p，a的頻率為q，則：

p+q=1(p+q)2=1p2+2pq+q2=1↓↓↓AAAaaa

因此，當(dāng)AA：Aa：aa=p2：2pq：q2時，這樣的群體處于平衡狀態(tài)。Hardy-Weinberg定律假定有一對等位基因A和a，A12Hardy-Weinberg定律處于遺傳不平衡的群體只需隨機雜交一代后，即可達(dá)到遺傳平衡。例如：一個100人的群體中，AA有60人，aa有20人，Aa有20人，則：AA=60/100=0.6Aa=20/100=0.2AA：Aa：aa=0.6：0.2：0.2=3：1：1aa=20/100=0.2

A=AA+1/2Aa=0.7a=aa+1/2Aa=0.3p2=0.492pq=0.42q2=0.09AA：Aa：aa≠p2：2pq：q2Hardy-Weinberg定律處于遺傳不平衡13Hardy-Weinberg定律遺傳不平衡群體在隨機雜交條件下：

基因頻率保持不變A=0.7a=0.3

基因型頻率精子A（0.7）a（0.3）A（0.7）AA（0.49）Aa（0.21）a（0.3）Aa（0.21）aa（0.09）卵子AA=0.49Aa=0.42aa=0.09AA：Aa：aa=p2：2pq：q2Hardy-Weinberg定律遺傳不平衡群體在隨機雜交條件14Hardy-Weinberg定律的應(yīng)用第一節(jié)群體中的遺傳平衡（一）遺傳平衡群體的判定

平衡時：基因頻率p+q=1基因型頻率實際值與理論值相符AA：Aa：aa=p2：2pq：q2不平衡時：比例不相符

Hardy-Weinberg定律的應(yīng)用第一節(jié)群體中的遺傳15例如：下列那個群體符合遺傳平衡群體？請說明理由

1.AA0Aa60%aa40%2.AA60%Aa0aa40%3.AA36%Aa48%aa16%4.AA64%Aa20%aa16%例如：下列那個群體符合遺傳平衡群體？請說明理由16(二)基因頻率的計算1、通過AR病群體發(fā)病率計算等位基因頻率和各種基因型頻率。例如：已知白化病的發(fā)病率為1/10000，求白化病致病基因頻率q和攜帶者頻率。白化病為AR遺傳病，患者為致病基因的純合子，因此：發(fā)病率=q2=1/10000q=1/100p=1－q=99/100攜帶者頻率=2pq=2×1/100×99/100=0.0198

這提示人群中有2%為白化病致病基因攜帶者，對于遺傳咨詢很重要。第一節(jié)群體中的遺傳平衡(二)基因頻率的計算1、通過AR病群體發(fā)病率計算等位基17☆

對于一種罕見的AR遺傳病致病基因頻率q很低，正?；蝾l率p≈1：雜合攜帶者頻率=2pq=2q即雜合攜帶者頻率約為致病基因頻率的2倍。雜合攜帶者2pq2純合患者q2q提示:致病基因頻率q越低，致病基因在群體中主要以雜合攜帶者形式存在.==☆對于一種罕見的AR遺傳病==18２、計算AD病基因頻率群體發(fā)病率=AA+Aa=p2+2pq，p+q=1實際計算時，致病基因頻率p很低，AA純合個體少，p2可以忽略，因此：p2≈0，q≈1，發(fā)病率=p2+2pq≈2pq≈2p所以對于AD遺傳?。簆=?發(fā)病率例如：丹麥某地軟骨不全發(fā)病率1/10000致病基因A頻率p=?*1/10000=0.00005正?；騛頻率q=１－p=0.99995

２、計算AD病基因頻率群體發(fā)病率=AA+Aa=p2+2pq，193、X連鎖基因的頻率男性表型頻率=相應(yīng)基因型頻率=群體頻率我國某地區(qū)男性紅綠色盲發(fā)病率７％

女性純合體頻率＝男性相應(yīng)表型頻率的平方女性發(fā)病率＝q2=0.072≈0.5%3、X連鎖基因的頻率男性表型頻率=相應(yīng)基因型頻率=群體頻率20☆

對于一種罕見的XR遺傳病致病基因頻率q很低，男性患者=致病基因頻率=q女性患者=致病基因頻率的平方=q2男性患者q1女性患者q2q提示：疾病越罕見，q越低，女性患者越罕見。==☆對于一種罕見的XR遺傳病==21☆

對于一種罕見的XD遺傳病致病基因頻率p很低，正常基因頻率q≈1男性患者=致病基因頻率=p

女性患者=p2+2pq≈2p男性患者女性患者=1/2☆對于一種罕見的XD遺傳病=1/222第二節(jié)影響群體遺傳平衡的因素條件影響因素（1）在一個很大的群體小群體（2）隨機婚配而非選擇性婚配近親婚配（3）沒有自然選擇選擇（4）沒有突變發(fā)生突變（5）沒有大規(guī)模遷移遷移和基因流第二節(jié)影響群體遺傳平衡的因素條23影響Hardy-Weinberg平衡的因素

一、突變突變率以每代中每一百萬個基因中發(fā)生突變的次數(shù)表示（n×10-6/基因/代）設(shè)一對等位基因A和a，A的頻率為p，a的頻率為q，A突變?yōu)閍的突變率為u，a突變?yōu)锳的突變率為v。因此：每代中由A突變?yōu)閍的數(shù)量=pu=（1－q）u由a突變?yōu)锳的數(shù)量=qv

當(dāng)pu=qvA和a的基因頻率保持不變，群體處于遺傳平衡pu>qva的基因頻率增加pu<qvA的基因頻率增加影響Hardy-Weinberg平衡的因素一、突變突變率24影響Hardy-Weinberg平衡的因素

二、選擇指由于基因型的差別而導(dǎo)致生存能力和生育能力的差別選擇反映了環(huán)境因素對特定表型或基因型的作用，可以是正性選擇或負(fù)性選擇。☆

適合度（f）：一個個體能生存并把他的基因傳給下一代的能力，一般用在同一環(huán)境中不同個體間的相對生育率衡量。實際上對特定缺陷的表型往往由于生育力下降有一個負(fù)性選擇。0<f<1影響Hardy-Weinberg平衡的因素二、選擇指由25影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆選擇的作用在于增高或降低個體的適合度，一般用選擇系數(shù)（S）表示。

選擇系數(shù)（S）：在選擇的作用下降低的適合度。

S=1－f☆例如：軟骨發(fā)育不全的侏儒108人共生育了27個子女，這些侏儒的457個正常同胞共生育了582個子女，則：27/108f==0.2582/457影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆選擇的作用在于26☆

選擇對AD等位基因的作用若罕見的有害顯性基因A的頻率為p，選擇系數(shù)為S，則每代中因選擇而減少的A為Sp。實際上面臨選擇的是雜合子（H），因此：H=2pq≈2pp=H/2在一個遺傳平衡群體中，因選擇而被淘汰的A將由突變（v）補償。

v=?SH因選擇而減少的A為SH/2☆

選擇對AR等位基因的作用若罕見的有害隱性基因a的頻率為q，選擇系數(shù)為S，則每代中面臨選擇的是隱性純合子（q2），因選擇而減少的a為Sq2，因此：在一個遺傳平衡群體中，因選擇而被淘汰的a將由突變（u）補償。u=Sq2影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆選擇對AD等位基因的作用因選擇而減少的A為SH/2☆選27影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆

選擇對XR等位基因的作用若罕見的有害隱性基因Xa的頻率為q，選擇系數(shù)為S，女性純合患者罕見，只有男性患者面臨選擇。因男性為半合子，故基因頻率為q/3。每代中因選擇而減少的Xa為1/3Sq，因此：在一個遺傳平衡群體中，因選擇而被淘汰的a將由突變（u）補償。u=1/3Sq☆

選擇對XD等位基因的作用

若罕見的有害隱性基因XA的頻率為p，選擇系數(shù)為S，男性半合子（p/3）和女性雜合子（2pq/3）面臨選擇。因q≈1，每代中因選擇而減少的XA為S（p/3+2p/3）=Sp，因此：在一個遺傳平衡群體中，因選擇而被淘汰的XA將由突變（v）補償。

v=Sp影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆選擇對XR等位28影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆

選擇也可以通過增加適合度呈正性選擇

例如：AR遺傳病——鐮形細(xì)胞貧血純合子患者：嚴(yán)重的溶血性貧血和持續(xù)惡病質(zhì)，f降低雜合子：紅細(xì)胞鐮變，f增加雜合子對瘧疾具有相對免疫力，被瘧原蟲寄生后，比正常紅細(xì)胞更能被有效清除，表現(xiàn)出抗瘧性，在惡性瘧疾流行區(qū)適合度增加。

對于某些AR遺傳病，雜合子與正常純合子比較，表現(xiàn)出適合度增加，稱為雜合子優(yōu)勢。影響Hardy-Weinberg平衡的因素☆選擇也可以通過29影響Hardy-Weinberg平衡的因素

三、小群體在一個群體中，由于所生育的子女?dāng)?shù)目少，可導(dǎo)致等位基因的頻率產(chǎn)生相當(dāng)大的隨機波動，稱為隨機遺傳漂變。p386小群體行成可能原因：

Ⅰ由于政治、宗教或地理原因從一個大群體中分離出來。

Ⅱ由于某種因素使小群體中某些隱性突變基因攜帶者在逐代傳遞中該基因的頻率高于原來的整個群體Ⅲ某等位基因不可傳遞而消失，僅有另一等位基因，這種現(xiàn)象稱為建立者效應(yīng)。影響Hardy-Weinberg平衡的因素三、小群體30影響Hardy-Weinberg平衡的因素

四、基因流

隨著群體遷移，兩個群體混合并相互婚配，新的等位基因進入另一群體，將導(dǎo)致基因頻率的改變，這種等位基因跨越種族或地界的漸進混合稱為基因流。例如：B型血等位基因起源于亞洲，逐漸向西流動，因此B型血的等位基因在亞洲頻率高，跨越歐洲逐步降低。影響Hardy-Weinberg平衡的因素四、基因流31影響Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近親婚配在3~4代內(nèi)有共同祖先的個體間稱為近親，他們之間的婚配稱為近親婚配。近親婚配使子女得到一對相同等位基因的概率稱為近婚系數(shù)（inbreedingcoefficient，F(xiàn)）。近親婚配可以降低雜合子頻率而增高純合子頻率，因此使不利的隱性表型面臨選擇，從而最終改變了后代的等位基因頻率，導(dǎo)致后代發(fā)病率增高，尤其是罕見的AR。親緣系數(shù)：兩個具有共同祖先的個體在某一基因座上具有相同等位基因的概率。影響Hardy-Weinberg平衡的因素五、近親婚配32影響Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近親婚配1、常染色體基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）4A2A2=（1/2）4A3A3=（1/2）4A4A4=（1/2）4F=4×（1/2）4=1/4同胞兄妹間婚配一級親屬間的近婚系數(shù)為1/4影響Hardy-Weinberg平衡的因素五、近親婚配1、33影響Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近親婚配常染色體基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）5A2A2=（1/2）5A3A3=（1/2）5A4A4=（1/2）5F=4×（1/2）5=1/8舅甥女間婚配C二級親屬間的近婚系數(shù)為1/8影響Hardy-Weinberg平衡的因素五、近親婚配常染34影響Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近親婚配常染色體基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）6A2A2=（1/2）6A3A3=（1/2）6A4A4=（1/2）6F=4×（1/2）6=1/16表兄妹間婚配三級親屬間的近婚系數(shù)為1/16C1C2影響Hardy-Weinberg平衡的因素五、近親婚配常染35總結(jié)對于常染色體遺傳：一級親屬間的近婚系數(shù)為1/4二級親屬間的近婚系數(shù)為1/8三級親屬間的近婚系數(shù)為1/16F常n=12n+1總結(jié)對于常染色體遺傳：二級親屬間的近婚系數(shù)36影響Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近親婚配2、X連鎖基因：因為女性有兩條X染色體，所以可以形成純合子，會受到近親婚配的影響。男性為半合子，近親婚配不受影響。計算X連鎖基因的F值時，只計算女性F值。傳遞特點：男性的X連鎖基因一定傳給女兒，傳遞概率為1男性的X連鎖基因不可能傳給兒子，傳遞概率為0女性的X連鎖基因傳給女兒和兒子的傳遞概率為1/2影響Hardy-Weinberg平衡的因素五、近親婚配2、37影響Hardy-Weinberg平衡的因素

近親婚配X連鎖基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=13

（1/2）3X2X2=（1/2）5X3X3=（1/2）5F=（1/2）3+（1/2）5+（1/2）5=3/16姨表兄妹影響Hardy-Weinberg平衡的因素近親婚配X連鎖38影響Hardy-Weinberg平衡的因素

近親婚配X連鎖基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=0X2X2=12（1/2）4X3X3=12

（1/2）4F=（1/2）4+（1/2）4=1/8舅表兄妹影響Hardy-Weinberg平衡的因素近親婚配X連鎖39影響Hardy-Weinberg平衡的因素

近親婚配X連鎖基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=0X2X2=0X3X3=0F=0姑表兄妹影響Hardy-Weinberg平衡的因素近親婚配X連鎖40影響Hardy-Weinberg平衡