6群体遗传ppt

第六章群体遗传能够相互交配并能产生具有生殖能力后代的一群个体，该群体可利用孟德尔规律分析其传递规律，故又称为“孟德尔群体”。随机交配（泛交）：孟德尔群体中，任何一个个体都具有与其他个体以相等的概率进行交配的机会。群体中最大的通常称为种族(races)，人类有三个主要的种族：高加索人、黑人、亚细亚人。这些人种中又有许多遗传上的不同亚群。种与种之间、种与亚群之间的主要差异的遗传基础是突变。群体：不同人种我国不同民族人群是研究群体的遗传结构及其演变规律的学科；它运用数学和统计学方法研究群体的基因频率、基因型频率以及影响这些频率的因素与遗传结构的关系。群体遗传学：本章主要讨论的是基因型与表型一一对应的质量性状即单基因性状在群体中的遗传组成及其变化规律。（一）基因频率和基因型频率第一节群体的遗传平衡一、哈代-温伯格定律基因频率(genefrequency)：在二倍体的某特定基因座位上，某一等位基因中一种基因占该座位上等位基因总数的比率。基因型频率(genotypefrequency)：指群体中某一特定基因型个体的数目占个体总数目的比率。任何一基因座位上全部基因频率总和必定等于1。1908年，英国数学家哈代和德国医生温伯格分别分别独立推导出随机交配群体的基因频率、基因型频率变化规律，称为Hardy-weinberg定律，又称基因型频率的遗传平衡定律。在一个完全随机交配的大群体内，如果没有突变，没有自然选择，没有大规模迁移所致的基因流，群体的基因频率与基因型频率在生物世代之间将保持不变。（二）哈代－温伯格平衡定律HardyWeinberg设Aa是常染色体的一对等位基因，群体中共有N个个体（三）哈代－温伯格定律的验证1、基因频率与基因型频率的关系：p+q=D+1/2H+R+1/2H=D+R+H=1基因型个体数基因型频率AAn1D=n1/NAan2H=n2/Naan3R=n3/N合计N1n1+n2+n3=ND+H+R=(n1+n2+n3)/N=1A的基因频率：p=(2n1+n2)/2N=D+1/2Ha的基因频率：q=(2n3+n2)/2N=R+1/2H2、遗传平衡定律的验证：设Aa是常染色体的一对等位基因，群体某一世代（或零世代）可能的三个基因型频率是：基因型基因AAAaaaAa频率D0H0R0p0q0零世代这三种基因型产生配子频率为：A配子：p0=D0+1/2H0a配子：q0=R0+1/2H0零世代个体进行随机交配，产生一世代个体，一世代个体的基因型频率如下：雄配子及其频率A(p0)a(q0)雌配子及其频率A(p0)AA(p02)Aa(p0q0)a(q0)Aa(p0q0)aa(q02)∴一世代的各基因型频率AA的基因型频率：D1=p02Aa的基因型频率：H1=2p0q0aa的基因型频率：R1=q02一世代的基因频率A的基因频率：p1=D1+1/2H1=p02+p0q0=p0(p0+q0)=p0a的基因频率：q1=R1+1/2H1=q02+p0q0=q0(p0+q0)=q0一世代的基因频率和零世代相同一世代的基因型频率由零世代基因频率决定同样可以证明：p2=p0，q2=q0p3=p0，q3=q0┇┇pn=p0，qn=q0在以后所有世代中，如果没有突变、迁移和选择等因素干扰，群体中的基因频率、基因型频率代代不变。且基因型频率与基因频率间关系为：D=p2，H=2pq，R=q2，p2+2pq+q2=1。D2=p12，H2=2p1q1，R2=q12D3=p22，H3=2p2q2，R3=q22┇┇Dn=pn-12Hn=2pn-1qn-1Rn=qn-12子代的基因型频率只由上一代的基因频率决定世代之间基因频率代代不变例，某一群体中，A1、A2是常染色体上的一对等位基因，起始的基因型频率为：则初始基因频率（初始群体产生的配子频率）为：这是一个不平衡群体。4.0)(2.0)(4.0)(220210110AARAAHAAD5.021)(5.021)(00200010RHAqHDAp随机交配情况下，第一代的基因型频率和基因频率为：随机交配情况下，第二代的基因型频率和基因频率为：5.021)(5.021)(11211111RHAqHDAp25.0)(5.02)(25.0)(202210021120111qAARqpAAHpAAD25.0)(5.02)(25.0)(212221121221112qAARqpAAHpAAD5.021)(5.021)(22222212RHAqHDAp5.0215.021333333RHqHDp随机交配情况下，第三代的基因型频率和基因频率为25.05.05.05.05.02225.05.022232232223qRqpHpD比较各代基因频率和基因型频率，基因频率在三代之间没有变化。基因型频率是有变化的，第1代的基因型频率不等于第0代的基因型频率，但是，第2代的基因型频率与第1代的基因型频率是相等的。表明从第1代开始，该群体已经达到平衡。平衡群体的标志不是基因频率在上下代之间保持不变，而是基因型频率在上下代之间保持不变。且基因频率与基因型频率间关系为：D=p2，H=2pq，R=q2在一个大群体内，不论起始基因频率和基因型频率如何，只要经过一代随机交配,群体就是平衡群体。二、Hardy-Weinberg定律的应用某一基因座的一对等位基因A和a，有三种基因型AA，Aa／aA和aa，在随机1000人的群体中，观察的基因型分布如下：AA为600人Aa／aA为340人aa为60人。（一）Hardy-Weinberg平衡判定例1：预测预期值与观察值之间的差异是否具有统计学意义——χ2检验χ2检验：当p＞0.05时，表示预期值和观察值之间的差异无统计学意义，等位基因频率和基因型频率分布符合Hardy-Weinberg平衡，p＜0.05时，表示预期值和观察值之间的差异有统计学意义，等位基因频率和基因型频率分布不符合Hardy-Weinberg平衡。基因型预期值(E)观察值(O)(O-E)2/EAA592.9(p2×1000)6000.085Aa/aA354.2(2pq×1000)3400.569aa52.9(q2×1000)600.953χ2=∑[(O-E)2/E]χ2=1.607，查表得p＞0.05假设某一基因座的一对等位基因B和b，在1000人群体中，该基因型频率分布是BB为600人Bb/bB为320人bb为80人例2：基因型预期值(E)观察值(O)(O-E)2/EBB577.6(p2×1000)6000.869Bb/bB364.8(2pq×1000)3205.502aa57.6(q2×1000)808.711χ2=15.0816，查表得p＜0.05因此对于该基因座随着BB纯合子的减少，Bb杂合子增加，该群体偏离了Hardy-Weinberg平衡。白化病的发病率是1/20000，即纯合子的频率为0.00005。aa=q2=1／20000；q=0.007；p=1－q=0.993显性纯合体AA频率为p2=0.9932=0.986杂合子的频率为：2pq=2×p×q=2×0.007×0.993≈0.014（1/70）1、常染色体隐性基因频率的计算（二）等位基因频率和杂合子频率计算常染色体隐性遗传病囊性纤维化在欧洲白种人的发病率约1/2000，患者为突变基因的纯合子q2＝1/2000，则q=√1/2000=1/45=0.022，p=1-1/45=44/45=0.978，杂合子即携带突变基因的个体2pq=2×44/45×1/45=1/23=0.043。对于罕见的隐性遗传病（q2≤0.0001）p近似于1杂合子频率（2pq）约为2q所以，群体中杂合携带者的数量2q远远高于患者q2。如表所示，随着隐性遗传病的发病率下降（q2），携带者和患者的比率升高。患病率基因频率(q)携带者频率(2pq)携带者/患者(2pq/q2)1/10001/321/161000/16=62.51/50001/711/365000/36=1391/100001/1001/5010000/50=2001/500001/2441/11250000/112=4461/1000001/3161/518100000/158=633基因型频率对携带者/患者比率的影响并指在一个群体中为杂合子（Aa）发病。设杂合子的频率（发病率）为H，则有H=2pq由于q近似于1，所以H=2p,p=H／2。因此，只要知道杂合子的频率—发病率，就可以求出显性基因A的频率。2、常染色体显性基因频率的推算假如并指的发病率为1/2000，即杂合子的频率H=1/2000，则p=H/2=1/2000/2=1/4000，也就是说致病基因的频率为1/4000。例如：丹麦某地区软骨发育不全性侏儒发病率为1/10000，求基因频率。杂合子的频率(H)为1/10000：即H=1/1000，则p=H/2=1/2×1/10000=0.00005，也就是说致病基因的频率为0.00005正常基因a的频率q=1-p=1-0.00005=0.99995由于女性是纯合子，其基因频率和基因型频率与常染色体相似；而男性是半合子，其基因频率、基因型频率与表型频率相同——男性中的发病率就是基因频率。3、X连锁遗传基因频率的推算性别基因型表现型基因型频率发病率男XAY正常p0.92XaY色盲q0.08女XAXA正常p2(纯合)(0.92)2=0.846XAXa正常2pq(杂合)2*0.92*0.08=0.147XaXa色盲q2(0.08)2=0.0064红绿色盲基因型及基因频率（1）男性中的表型等于男性中的基因频率；（2）女性纯合体的频率等于男性中相应表型频率的平方。（3）在发病率较低的XD病中男性患者与女性患者的比例为：p/(p2+2pq)=1/(p+2q)，由于p很小，q接近于1，所以1/(p+2q)=1/2，即女性患者是男性患者的2倍（4）在发病率较低的XR病中女性携带者（2pq=2q）是男性患者的2倍，男性患者与女性患者的比例为q/q2=1/q第二节影响遗传平衡的因素随机婚配指无须考虑配偶的基因型选择配偶；而非随机婚配可以通过两种方式增加纯合子的频率。一、非随机婚配选型婚配（assortativemating），即选择具有某些特征（如身高、智力、种族）的配偶；如果这种选择发生在常染色体隐性遗传性聋哑病患者中，就将增加纯合患者的相对频率。近亲婚配（consanguinousmating），即有共同祖先血缘关系的亲属婚配，尽管表面上不改变等位基因频率，但可以增加纯合子的比例，降低杂合子数量，因此使不利的隐性表型面临选择，从而又最终改变了后代的等位基因频率。不同亲属级别的亲缘系数亲属级别亲缘系数双亲－子女一级亲属1/2同胞(兄弟姐妹)一级亲属1/2叔(姑、舅、姨)-侄(甥)二级亲属1/4祖－孙二级亲属1/4表/堂兄妹三级亲属1/8近亲婚配不仅提高了后代的有害隐性基因纯合子的发生风险，而且增加了后代对多基因或多因素疾病的出生缺陷的易感性，这是因为多基因病的患病风险与亲属级别成正比。亲缘系数（coefficientofrelationship，r）是指两个人从共同祖先获得某基因座的同一等位基因的概率。近婚系数：近亲婚配使子女中从共同祖先处得到一对相同基因的概率，称为近婚系数（inbreedingcoefficient，F）。常染色体上某一基因传递的近婚系数估算同胞兄妹婚配中等位基因的传递B1、B2为同胞兄妹，这一对子女如果近亲婚配，所生后代S中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率即为其近婚系数。1、同胞兄妹婚配S形成纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率：4×(1/2)4=1/4。一级亲属间的近婚系数就是F=1/4（一）近婚系数舅甥女（或姑侄）之间婚配S成为纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为4×(1/2)5=1/8。舅甥女婚配中等位基因的传递2、二级亲属婚配二级亲属间的近婚系数F=1