基因變異的群體行為

關(guān)于基因變異的群體行為基因變異的群體行為

前言群體的遺傳平衡影響遺傳平衡的因素遺傳負荷群體中的平衡多態(tài)現(xiàn)象第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天前言

群體是由一群可以相互婚配的個體組成基因變異是人類進化的基礎(chǔ),構(gòu)成了群體中的個體多樣性第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天不同人種第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天我國不同民族人群第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天群體遺傳學(xué)

研究群體中基因的分布及逐代傳遞中影響基因頻率和基因型頻率的因素，追蹤基因變異的群體行為，應(yīng)用數(shù)學(xué)手段研究基因頻率和相對應(yīng)的表型在群體中的分布特征和變化規(guī)律，這就是的研究內(nèi)容。第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)群體的遺傳平衡

一、Hardy-Weinberg平衡律

在隨機婚配的大群體中，沒有受到外在因素影響的情況下，顯性性狀并沒有隨著隱性性狀的減少而增加，不同基因型相互比例在一代代傳遞中保持穩(wěn)定。第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律第一代的兩個等位基因頻率和基因型頻率

精子A（p）a（q）卵A（p）AA（p2）Aa（pq）子a（q）Aa（pq）aa（q2）第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律第二代基因型頻率AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)AA(p2)AA×AA(p4)AA×Aa(2p3q)AA×aa(p2q2)Aa(2pq)Aa×AA(2p3q)Aa×Aa(4p2q2)Aaxaa(2pq3)aa(q2)aaxAA(p2q2)aaxAa(2pq3)aaxaa(q4)第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律各種婚配的后代基因型分布婚配類型頻率后代AAAaaaAA×AAAA×AaAA×aaAa×AaAa×aaaa×aap44p3q2p2q24p2q24pq3q4p42p3qp2q22p3q2p2q22p2q22pq3p2q22pq3q4第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律表中結(jié)果顯示：AA后代

=p4+2p3q+p2q2=p2(p2+2pq+q2)=p2(p+q)2=p2；Aa后代

=2p3q+4p2q2+2pq3=2pq(p2+2pq+q2)=2pq(p+q)2=2pq；Aa后代

=p2q2+2pq3+q4=q2(p2+2pq+q2)=q2(p+q)2=q2

可以看出在這一群體中第一代和第二代的基因型頻率是一致的。實際上無論經(jīng)過多少代，基因型頻率將保持不變，每種基因型的個體數(shù)量隨著群體大小而增減，但是相對頻率不變，這就是Hardy-Weinberg平衡的推理。第11頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二、Hardy-Weinberg平衡律的應(yīng)用

——Hardy-Weinberg平衡判定例1：某一基因座的一對等位基因A和a，有三種基因型AA，Aa／aA和aa，在隨機1000人的群體中，觀察的基因型分布如下：AA為600人、Aa／aA為340人、aa為60人。第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天不同基因型頻率的預(yù)期值和觀察值基因型預(yù)期值觀察值A(chǔ)A592.9(p2×1000)600Aa/aA354.2(2pq×1000)340aa52.9(q2×1000)60X2=1.607p＞0.05第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天X2檢驗：當p＞0.05時，表示預(yù)期值和觀察值之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，等位基因頻率和基因型頻率分布符合Hardy-Weinberg平衡，p＜0.05時，表示預(yù)期值和觀察值之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，等位基因頻率和基因型頻率分布不符合Hardy-Weinberg平衡。第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天例2：假設(shè)某一基因座的一對等位基因B和b，在1000人群體中，該基因型頻率分布是：BB為600人、Bb/bB為320、bb為80人。第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天基因型預(yù)期值觀察值BB577.6(p2×1000)600Bb/bB364.8(2pq×1000)320aa57.6(q2×1000)80第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天經(jīng)X2檢驗p＜0.05，該基因座隨著BB純合子的減少，Bb雜合子增加，該群體偏離了Hardy-Weinberg平衡。第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律的應(yīng)用

——等位基因頻率和雜合子頻率

例如：常染色體隱性遺傳病囊性纖維化在歐洲白種人的發(fā)病率約1/2000，患者為突變基因的純合子q2＝1/2000，則q=√1/2000=1/45=0.022，

p=1-1/45=44/45=0.978，雜合子即攜帶突變基因的個體2pq=2×44/45×1/45=1/23=0.043。

第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)影響遺傳平衡的因素一、非隨機婚配

隨機婚配指無須考慮配偶的基因型選擇配偶；而非隨機婚配可以通過兩種方式增加純合子的頻率。第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天選型婚配（assortativemating），即選擇具有某些特征（如身高、智力、種族）的配偶；如果這種選擇發(fā)生在常染色體隱性遺傳性聾啞病患者中，就將增加純合患者的相對頻率。近親婚配（consanguinousmating），即有共同祖先血緣關(guān)系的親屬婚配，盡管表面上不改變等位基因頻率，但可以增加純合子的比例，降低雜合子數(shù)量，因此使不利的隱性表型面臨選擇，從而又最終改變了后代的等位基因頻率。第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天近親婚配不僅提高了后代的有害隱性基因純合子的發(fā)生風險，而且增加了后代對多基因或多因素疾病的出生缺陷的易感性，這是因為多基因病的患病風險與親屬級別成正比。親緣系數(shù)（coefficientofrelationship，r）是指兩個人從共同祖先獲得某基因座的同一等位基因的概率。第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天不同親屬級別的親緣系數(shù)

親屬級別親緣系數(shù)雙親-子女一級親屬1/2同胞(兄弟姐妹)一級親屬1/2叔(姑、舅、姨)-侄(甥)二級親屬1/4祖-孫二級親屬1/4表/堂兄妹三級親屬1/8第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天近婚系數(shù)：近親婚配使子女中得到這樣一對相同基因的概率，稱為近婚系數(shù)（inbreedingcoefficient，F(xiàn)）第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天近婚系數(shù)估算（以常染色體上的某一基因座為例）

同胞兄妹的父親某一基因座有等位基因A1和A2，母親的這個基因座有等位基因A3和A4。他們的子女中，A1A3，A1A4，A2A3，A2A4各1/4。這一對子女如果近親婚配，所生后代中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率即為其近婚系數(shù)。同胞兄妹婚配中等位基因的傳遞第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天S形成純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率：4×（1/2）4=1/4。一級親屬間的近婚系數(shù)就是F=1/4。第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

舅甥女（或姑侄）之間婚配S成為純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率為4×(1/2)5=1/8，近婚系數(shù)F=1/8。舅甥女婚配中等位基因的傳遞第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

如果是表兄妹婚配，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需傳遞6步，所以其近婚系數(shù)為4×(1/2)6=1/16（右圖）。三級親屬的近婚系數(shù)F=1/16。表兄妹婚配中等位基因的傳遞第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

在二級表兄妹婚配的情況下，P1的等位基因A1經(jīng)B1、C1、D1傳遞給S需經(jīng)過4步傳遞，S為A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需8步傳遞，其近婚系數(shù)為4×(1/2)8=1/64（右圖），五級親屬的近婚系數(shù)F=1/64。二級表兄妹婚配中等位基因的傳遞第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

在姨表兄妹婚配中，等位基因X1由P1經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞1步（B1轉(zhuǎn)至C1）；基因X1經(jīng)B2、C2傳至S則傳遞2步（B2傳至C2和C2傳至S）。所以，S為X1X1的概率為（1/2）3。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，需計為傳遞2步；基因X2經(jīng)B2、C2傳至S，需計為3步。所以，S為的概率為（1/2）5。因此，對X連鎖基因來說，姨表兄妹婚配的近婚系數(shù)F為（1/2）3+2×（1/2）5=3/16。姨表兄妹婚配中等位基因的傳遞第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

在舅表兄妹婚配中，等位基因X1由P1傳至B2時中斷，所以，不能形成純合子X1X1。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞2步；基因X2由P2經(jīng)B2、C2傳至S，也只需計為傳遞2步。所以，S為X2X2的概率為（1/2）4。因此，對X連鎖基因來說，舅表兄妹婚配的近婚系數(shù)F為2×（1/2）4=1/8。舅表兄妹婚配中等位基因的傳遞第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

在姑表兄妹婚配中，等位基因X1由P1傳至B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳至C1時，傳遞中斷，所以，不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。姑表兄妹婚配中等位基因的傳遞第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

如果堂兄妹配，基因X1由P1傳到B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳到C1時，傳遞中斷，所以，也不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。堂兄妹婚配中等位基因的傳遞第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

僅就X連鎖基因來看，姨表兄妹婚配/舅表兄妹婚配比姑表兄妹/堂表兄妹危害還要大。第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天你能估計一下賈寶玉－薛寶釵、賈寶玉－林黛玉之間的近婚系數(shù)嗎？第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

評價近親婚配對群體的危害時，除近親婚配率以外，平均近婚系數(shù)（averageinbreedingcoefficient，a）有重要作用。a值可按下列公式計算：a=∑Mi.FiN其中，Mi為某型近親婚配數(shù)，N為總婚配數(shù)，F(xiàn)i為某型婚配的近婚系數(shù)。第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天不同國家、地區(qū)人群中a值的比較國家或地區(qū)調(diào)查年代調(diào)查婚姻數(shù)近親婚率平均近婚系數(shù)(a)美國德國法國意大利日本南印度北京、湖北（漢）甘肅（回）四川（彝）貴州赤水（苗）黑龍江（鄂倫春）黑龍江（鄂溫克）吉林延吉（朝鮮）19581946～19541956～19581956～1960195019501980～19811980～19811980～19811980～19811980～19811980～19811980～198113322811989953000016466122131482604277291376205423418362620800.11％0.59％0.67％0.90％8.16％39.37％1.4％9.70％14.16％16.24％1.6％3.4％00.000080.000190.000230.000700.0040.028350.0006650.0050.009130.0076960.0002560.0001160第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天表親婚配和隨機婚配生出隱性純合子的概率qq2pq/16q2+pq/16q2+pq/16:q20.200.100.040.020.010.0010.040.010.00160.00040.00010.0000010.010.0056250.00240.0012250.0006190.00006250.050.0156250.0040.0016250.0007190.00006351.251.562.504.067.1963.5第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天近親婚配的危害——增高隱性純合子患者的頻率例如：表兄妹婚配，所生子女（S）是隱性純合子（aa）有兩種原因：①父母（C1和C2）近親婚配從共同祖先（P1和P2）傳遞得到基因a，在這種情況下，如果群體中基因a的頻率為q，S為aa的總概率是4×（1/64）q=（1/16）q；②由兩個不同祖先分別傳來基因a，在這種情況下，兩個基因a可以來自同一曾祖（P1和P2）不同的同源染色體，可以來自不同曾祖（P1和P2），也可以來自祖輩（

B1、B2、B3、B4）中的任何兩個，S為aa的總概率為：（1-1/16）q2=(15/16)q2。第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天近親婚配與非近親婚配對后代影響的比較組別婚配對數(shù)父母平均年齡子女數(shù)早產(chǎn)、流產(chǎn)數(shù)(%)先天畸形數(shù)(%)9歲前死亡數(shù)(%)近親婚配非近親婚配20319937.6338.141158100161(5.27)34(3.40)15(1.34)4(0.44)233(19.26)131(13.09)第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二、選擇

選擇反映了環(huán)境因素對特定表型或基因型的作用，它可以是正性選擇，也可以是負性選擇。第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡的理想化群體對基因型沒有選擇，但是，實際上對特定缺陷的表型往往由于生育力下降，有一個負性選擇；遺傳學(xué)上用生物適合度（biologicalfitness）來衡量生育力大小，反映下一代基因庫的分布情況。第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天適合度＝0時，表示遺傳性致死，即無生育力；適合度＝1，為生育力正常；只有選擇作用發(fā)生在育齡期之前，才會影響群體的基因頻率或基因型頻率，而發(fā)生在育齡期之后的選擇作用，其影響將是微不足道的。第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天例題：根據(jù)丹麥的一項調(diào)查，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，侏儒的相對生育率(f)是:f=27/108=0.2582/457第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天相對生育率即代表適合度。選擇系數(shù)(selectioncoefficient)指在選擇作用下適合度降低的程度，用s表示。s反映了某一基因型在群體中不利于存在的程度，因此s=1-f。第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天三、突變

Hardy-Weinberg平衡是基于無突變的假設(shè)條件，如果某基因座具有較高的突變率，將使群體中的突變基因比例穩(wěn)定增加。第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

基因突變率

指每代每個配子中每個基因座的突變數(shù)量。假設(shè)初始群體的某一基因座全是等位基因A的純合子，每一世代由等位基因A突變成等位基因a的突變率為1.0×10-5，那么，第一世代的等位基因a的頻率為1.0×10-5第47頁,共55頁，2024年2月25日，星期天P123糾正第一代A頻率=1.0-1.0x105第二代a頻率=2.0x105-1.0x1010A頻率=1.0-2.0x105-1.0x1010第48頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

對于孟德爾遺傳病的基因突變率可以進行估計：

常染色體顯性遺傳病u=I（1-f）/2

常染色體隱性遺傳病u=I（1-f）

X連鎖隱性遺傳病u＝［IM（1-f）］／3第49頁,共55頁，202