第08章 群体遗传学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章,群体遗传学,（population genetics）,群体或种群（,population）,是指生活在某一地区的、能相互杂交的个体群。这样的群体也叫孟德尔式群体（,Mendelian,population）。,第一节 群体中的遗传平衡,一、基因频率与基因型频率,基因频率（,gene frequency）,是指群体中某一基因的数量即指等位基因的频率。,基因型频率（,genotype frequency）,是指一个群体中不同基因型所站的比率。,例如,:,MN,血型。有人在一个地区调查,747,人,M,血型 基因型为,MM 223,人 占,31.2%,N,血型 基因型为,NN 129,人 占,17.3%,MN,血型 基因型为,MN 485,人 占,51.5%,设,M,的基因频率为,p，N,的基因频率为,q，pq=1,P=MM,十1/2,MN=0.312+0.515/2=0.57,q=NN+1/2MN=0.173+0.515/2=0.43,二、遗传平衡定律（,law of genetic equilibrium；Hardy-Weinberg law）,在一定的条件下：,群体很大 随机交配,没有自然选择 没有突变发生,没有个体的大规模迁移,群体中基因频率和基因型频率在一代一代的繁殖中保持不变。,例如,:,一个群体,100,人，,AA60,人，,Aa20,人，,aa20,人。这是一个遗传平衡群体吗？,假定,AP，aq，pq=l。（pq）,2,1,二项式展开，,P,2,2pqq,2,=lP,2,AA，q,2,aa，2pqAa。,基 因 型 数 量 频 率,AA 60 0.60,Aa,20 0.20,Aa,20 0.20,总计,100 1.0,先计算基因型频率,:,AA 0.6,Aa,0.2,aa,0.2。,再计算基因频率,:,Ap=0.600.20/2=0.70,aq=0.20+0.20/2=0.30,如果是遗传平衡的群体，它应当符合：,p,2,+2pq+q,2,=1，p,2,=0.49 2pq=0.42 q,2,=0.09,上述群体基因型频率,p2 0.6、2pq 0.2、q2 0.2，,上述群体是一个遗传不平衡的群体。,F1,基因型,AA：,Aa,：,aa,的比例变化,F1,精子,A,（,0.70,）,a(0.30),卵子,A(0.70,）,a(0.30),AA(0.49),Aa,(0.21),Aa,(0.21),aa,(0.09),即,AA,（,p1,）,2,=0.49,，,Aa(2p1q1)=0.42,，,aa(q1),2,=0.09,，,达到了遗传平衡状态。,再次随机交配,F2,基因型,AA：,Aa,：,aa,的比例变化,F2,精子,A,（,0.70,）,a(0.30),卵子,A(0.70,）,a(0.30),AA(0.49),Aa,(0.21),Aa,(0.21),aa,(0.09),即,AA,（,p2,）,2,=0.49,，,Aa(2p2q2)=0.42,，,aa(q2),2,=0.09,出生的以后各代中，都将保持这个基因频率和基因型频率，不再发生变化。,因此，一个遗传不平衡的群体，只要是进行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。,第二节 影响遗传平衡的因素,一、基因突变对遗传平衡的影响,自然界中普遍存在着突变，每个基因都有一定的突变率（,mutation rate）。,突变率表示,方式,:,n10,-6,/,代。,等位基因,A,和,a，,设,Aa u，aA v。,每一代中,:（1-,q）u,的,Aa，,qv,的,aA。,若（,1-,q）u,qv,，,则,a；,若（,1-,q）u,qv,，,则,A,遗传平衡的群体中,设,q=（1-q）u，p=,qv,，,q=p （1-q）u=,qv,u-,uq,=,qv,u=,qu,+,qv,u=q（u+v）,q=u/u+v,同理，,p=v/u+v,中性突变（,neutral,mutaton,）,:,这种突变型既无害处亦无益处，选择性不显著,如我国汉族人群中，对苯硫脲（,PTC）,缺乏尝味能力的味盲（,tt,）,的频率为,9,，味盲基因（,t）,的频率为,0.03,，这里,U=0.910,-6,/,代,V=2.110,-6,/,代,q=u/u+v=0.9/0.9+2.1=0.03,二、选择对遗传平衡的影响,选择（,selection）,:,增高或降低个体的适合度（,f）。,适合度（,fitness）,:,是指个体在一定条件环境下，能生存并传递其基因于下代的能力。适合度用相对生育率（,fertility）,来衡量。,例如，根据在丹麦的一项调查发现：,108,名软骨发育不全性侏儒生育了,27,个孩子，这些侏儒的,457,个正常同胞共生育了,582,个孩子。如以正常人的生育率为,1,，侏儒患者的相对生育率（,f）,则为：,f=27/108582/457=0.20,选择的作用常用选择系数（,selection coefficient，S）,来表示。,S,代表在选择的作用下，降低了的适合度,（,S=1-f）。,例如，软骨发育不全性侏儒的选择系数,S=1-f=1-0.20=0.80。,（一）选择对显性基因的作用,Ap，aq,A,是有害的致病基因，当选择对显性基因,A,不利时，杂合子,Aa,和纯合子,AA,都会被淘汰。这样，基因,A,最终会从群体中消失。这时如要达到遗传平衡，就要靠基因,a,突变为基因,A,来补偿。,在选择的作用下，每一代中基因频率的改变将为,Sp。,AD,患者都是杂合体（,H）=2pq,P,的值很小，所以,q=1 H=2p；p=1/2H,在一个遗传平衡的群体中，波淘汰,p,必将由突变率,v,来补偿，以维持平衡。,即,vSpS1/2H。,（二）选择对隐性基因的作用,隐性有害基因,a,只有在,aa,状态下才面临选择，,aaq,2,；,选择系数,S，,则每一代中，将有,Sq,2,隐性基因被淘汰。,在一个遗传平衡的群体中，这必将由突变率,u,来补偿，即,u=Sq2。,（三）选择对,X,连锁基因的作用,一个群体中，,XR,基因只有在男性才受选择的影响，女性中的杂合体以,X,A,X,a,状态存在而不受选择的影响。,女性,X,a,X,a,由于数量过少而可以忽略，如果致病基因频率为,q，,选择系数为,S，,每一代中将有,1/3,Sq,的致病基因被淘汰，,u=1/3Sq。,（四）选择压力的变化对遗传平衡的影响,一定条件下，一个群体的突变率可明显增高，形成突变压力（,mutation pressure），,使某个基因频率增高。,受某种环境条件的影响，某些突变型选择作用，使突变基因的频率降低，即选择压力。,选择压力的变化必然要影响群体的遗传结构。,选择压力的变化主要有两方面：,一是选择压力的增强,二是选择压力的降低,这两种情况可影响群体中某一表型的适合度增高或降低，从而使表型相应的等位基因的频率也发生改变。,1,、增强选择压力,(,f=0;s=1),AD,病；,Aa,完全被选择，,f=0，s=1，,则群体中致病基因,Ap,在一代中间即可降低,p=0；,下一代中致病基因频率,p,将靠突变率,u,来维持，因上一代的致病基因已被选择而淘汰，故基因频率的变化较迅速。,2,、放松选择压力,f=1;s=0,由于选择压力的降低使致病基因频率增高，而导致遗传发病率增高。,AD,病：,f=1;s=0，,若,A,是致死的，其发病率完全由突变,v,来维持，若患者被治愈就和正常人一样结婚生育。经过一代后发病率将增加,1,倍，而后代各代中将以同样数量增加。,(五),选择与群体中的平衡多态,平衡多态性（,balanced polymorphism）:,在一个群体中，只要等位基因存在，就会有两种或两种以上的基因型，其中最低的基因频率也不能仅用突变来维持，各基因型达到了遗传平衡，这种情况称为平衡多态性,.,（一）遗传漂变,随机遗传漂变（,random genetic drift）:,在一个小的隔离群体中，由于机会所造成的某一等位基因频率的随机增减的现象。,三、遗传漂变与迁移对遗传平衡的影响,这种波动变化导致某些等位基因的消失，另一些等位基因的固定，从而改变了群体的遗传结构。,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160,1.0,0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,基因,A,的频率,世代数,25人,250人,2500人,在小的隔离群体中，还可以看到建立者效应。,建立者效应（,founder effect）：,这是指由少数个体离开大群体后，形成一个相对隔离的状态，由于他（她）们只能彼此婚配，他们的基因型对将形成的新群体的基因频率，会有重要影响。,（二）迁移,由于某种原因，具有某一基因频率的群体的一部分移入基因频率与其不同的另一群体，并杂交定居，就会引起迁入群体的基因频率发生改变。这种影响叫迁移压力（,migration pressure）。,基因横跨种群障碍而慢慢扩散，造成一个大群体的基因频率逐渐改变，此过程称为基因流（,gene flow）。,ABO,血型的,B,等位基因频率,从东亚的,0.30,西欧的,0.06,从东亚到西欧：由,20,30,10,20,10,15,5,10,05,B,基因在东方的原始突变后逐渐扩散到更多的西欧群体中。,PTC,欧洲和西亚白人,:,tt36%t0.6,中国汉人：,tt9%t0.3,宁夏回族：,tt20%t0.45,近亲婚配,（,consanguineous marriage,inbreeding）,指34,代以内，有共同祖先的人之间的婚配。,第三节 近亲婚配,一、近亲婚配的主要形式,表亲结婚 隔代表亲结婚 隔山表亲结婚 从表亲结婚 隔山从表亲结婚,二、近婚系数,近婚系数（,inbreeding coefficient）：,是指近亲婚配的一对夫妻可能从共同祖先得到同一基因，有可能把同一基因传给他们的子女，子女得到这样一对来源相同且纯合的概率为近婚系数。,(一),常染色体基因的近婚系数,A,1,A,1,A,2,A,2,A,3,A,3,A,4,A,4,P 1 2,B 1 2,A,1,A,2,A,3,A,4,S,同胞兄妹,A,1,A,1,A,1,从P,1,B,1,S (1/2),2,A,1,从,P,1,B,2,S (1/2),2,A,1,从,P,1,B,1,B,2,S (1/2),4,同理,A,2,A,2,(1/2),4,A,3,A,3,A,3,从P,2,B,1,S (1/2),2,A,3,从,P,2,B,2,S (1/2),2,A,3,从,P,2,B,1,B,2,S (1/2),4,同理,A,4,A,4,(1/2),4,F=,4,(1/2),4,=1/4,4:,表示基因数目,4,表示路经数,1,2,3,4,P 1 2,B 1 2,A,1,A,2,A,3,A,4,S,表兄妹,C 1 2,A,1,A,1,A,2,A,2,A,3,A,3,A,4,A,4,F=,4,(1/2),6,=1/16,1,2,3,4,5,6,F=,2,(1/2),6,=1/32,1,2,3,4,5,6,P 1 2 3,B 1 2,A,1,A,2,S,隔山表兄妹,C 1 2,A,1,A,1,A,2,A,2,(,二,),X,连锁基因的近婚系数,女性,XX，,可形成纯合子，男性,XY，,不存在纯合的问题，,XL,遗传中近亲婚配对男性无影响，因此，只算女性的,F,值。,从遗传特点来看,男性,女儿，概率为,1,。,男性,儿子，概率为,0。,P 1 2,B 1 2,X,1,Y,X,2,X,3,S,姨表兄妹,C 1 2,X,1,X,1,X,2,X,2,X,3,X,3,X,1,X,1,X,1,从P,1,B,1,C,1,S：1/2,X,1,从P,1,B,2,C,2,S：(1/2),2,B,1,C,1,X,1,从,P,1,B,2,S (1/2),3,C,2,X,2,X,2,X,2,从P,2,B,1,C,1,S：(1/2),2,X,2,从P,2,B,2,C,2,S：(1/2),3,B,1,C,1,X,2,从,P,2,B,2,S (1/2),5,C,2,同理,X,3,X,3,(1/2),5,F=(1/2),3,+2,(1/2),5,=3/16,P 1 2,B 1 2,X,1,Y,X,2,X,3,S,舅表兄妹,C 1 2,X,2,X,2,X,3,X,3,F=0+2,(1/2),4,=1/8,P 1 2,B 1 2,X,1,Y,X,2,X,3,S,姑表兄妹,C 1 2,F=0+0+0=0,P 1 2,B 1 2,X,1,Y,X,2,X,3,S,堂兄妹,C 1 2,F=0,(三),平均近婚系数,即从群体角度来估计近亲婚配的危害，要计算平均近交系数（,average inbreeding coefficient,a）。,a,值可按下列公式求出：,a=(Mi/N)(i),Mi：,某一类型近亲婚配数,N：,总婚配数,I：,某一类型近亲婚配的近交系数,不同国家、地区人群中近亲结婚率和平均近交系数,群体 近亲结婚率（）平均近交系数,美国,0.11 0.00008,日本,8.16 0.004,法国,0.67 0.00023,德国,0.59 0.00019,意大利,1.90 0.00070,南印度,39.37 0.02834,埃及,（,Nubic,）,75.76 0.03335,中国汉族,（北京、湖北）,1.40 0.000665,回族,（甘肃）,9.7 0.00494,彝族,（四川）,14.6 0.00913,朝鲜族,（克林）,0 0,三、,近亲婚配的危害,近亲婚配的危害主要表现为隐性遗传病纯合子患者的频率增高。,表兄妹婚配后所生子女是纯合子（,aa,）,原因：,由共同祖先而来；,由不同祖先分别而来。,表兄妹婚配和随机婚配出生,aa,的频率,基因频率 随机婚配,aa,共同祖先,aa,表亲婚配,aa,两者之比,（,q）,（q2）,(pq/16)(q2+pq/16）,0.2 0.04 0.01 0.05 1.25,0.10 0.01 0.005625 0.15625 1.56,0.04 0.0016 0.0024 0.004 2.5,0.02 0.0004 0.001225 0.001625 4.06,0.01 0.0001 0.000619 0.000719 7.19,0.001 0.000001 0.0000625 0.0000635 63.5,遗传负荷（,genetic load）,是指一个群体由于有害基因的存在而使其适合度降低的现象，有人描述其为整个群体遗传的无能性。,第四节 遗传负荷,突变负荷（,mutation load）,由于基因的致死突变或有害的基因突变的产生而降低不适合度。,分离负荷（,segregation load）,由于杂合子,Aa,和,Aa,婚配，后代必将分离产生一部分适合度降低的纯合子,aa,，,而导致群体,f,下降，遗传负荷增高。,遗传负荷的估计：,遗传负荷的大小,一般以平均每人携带有害基因的数量来表示。,1、,AR,病群体发病率：,发病率,q,2,=1/10000,1/1000000,携带者频率,2,pq=1/50,1/500,MIM,中记录,1500种,AR,病,平均每人携带有害基因数目,=15001/500,15001/50=3,30,个,2,、群体调查,美国马萨诸塞州常见的,AR,病资料,110,共计,3,1/350000,350176,Fanconi,综合症,3,1/350000,1,350176,3,V,D,依赖性佝偻病,3,1/350000,1,350176,3,高赖氨酸血症,3,1/350000,1,350176,3,丙氨酸血症,5,1/175000,2,350176,3,高氨酸血症,5,1/160000,3,480271,同型胱硫酸尿症,5,1/175000,5,872660,枫糖尿症,6,1/117000,3,350176,胱硫酸尿症,6,1/118000,5,588827,半乳酸血症,8,1/70000,5,350176,精,氨酸琥珀酸酸尿症,15,1/17500,20,350176,组,氨酸尿症,16,1/15000,22,350176,Hartunp,病,16,1/15000,23,350176,胱氨酸尿症,16,1/15000,66,1012017,本丙酮尿症,携带者频率,(%),发病率,患者,调查人数,疾病名称,1,3,、一级亲属调查,一级亲属（同胞）婚配所生子女中,AR,病的发病情况,40,83,190,共计,9,21,1982,加拿大,40,60,161,（存活,138）,1971,捷克,8,13,1967,英国,6,18,1967,美国,严重智力低下,严重缺陷,一级亲属（同胞）,婚配所生子女数,调查年代,国家,一级亲属婚配所生子女患,AR,病：,83/190=44%,把严重智力低下包括在内患,AR,病：,123/190=65%,一级亲属婚配所生子女无病的可能性：,56%或35%,若一人为携带者其同胞携带者的可能性：,1/2,二人婚配生出患儿的可能性：,11/21/4=1/8,二人婚配生出无病儿可能性：,7/8,一个人如果是,n,个致病基因的携带者,他和一级亲属婚配所生子女无病的可能性,:,(7/8),n,群体调查一级亲属婚配所生子女无病的可能性：,56%或35%,故估计平均每人携带,4,8,个致病基因。,美国人群遗传负荷每人携带,5,8,个致病基因；,日本人群遗传负荷每人携带,4,5,个致病基因；,我国缺少实际调查，估计平均每人携带,5,6,个致病基因。,