第8章 动物群体遗传学甚而PPT讲稿.ppt
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1、第8章 动物群体遗传学甚而第1页,共68页,编辑于2022年,星期一第一节第一节群体遗传学概述群体遗传学概述一、概念一、概念群体遗传学(群体遗传学(populationgenetics)是是研究群体遗传结构及其变化规律的科研究群体遗传结构及其变化规律的科学,是遗传学分支学科。它是应用数学,是遗传学分支学科。它是应用数学和统计学方法研究群体基因频率和学和统计学方法研究群体基因频率和基因型频率及其变化的影响因素。基因型频率及其变化的影响因素。第2页,共68页,编辑于2022年,星期一二、研究目的二、研究目的 群体遗传学的研究目的在于阐群体遗传学的研究目的在于阐明生物进化的遗传机制。前面所涉明生物进
2、化的遗传机制。前面所涉及的内容是在家系的基础上研究遗及的内容是在家系的基础上研究遗传现象和规律,即研究特定双亲与传现象和规律,即研究特定双亲与其后裔间的遗传关系,本章是在群其后裔间的遗传关系,本章是在群体的基础上研究遗传现象及其规律。体的基础上研究遗传现象及其规律。第3页,共68页,编辑于2022年,星期一三、主要研究内容三、主要研究内容1.1.群体的遗传组成群体的遗传组成2.2.基因平衡定律基因平衡定律3.3.影响基因频率和基因型频率变影响基因频率和基因型频率变化的主要因素化的主要因素第4页,共68页,编辑于2022年,星期一四、重点和难点四、重点和难点1.1.重点:基因平衡的特点重点:基因
3、平衡的特点2.2.难点:主要影响因素的影响过程难点:主要影响因素的影响过程第5页,共68页,编辑于2022年,星期一 第二节第二节 群体的遗传组成群体的遗传组成一、群体(一、群体(population)所所谓谓群群体体是是指指一一个个种种、一一个个亚亚种种、一一个个变变种种、一一个个品品种种或或一一个个同同质质生生物物的的类类群群所所有有成成员员的的总总和和。群群体体中中的的每每一一个个成成员员称称为为个个体体。例例如如秦秦川川牛牛,不不管管是是什什么么地地方方,只只要要是是秦秦川川牛牛,都都属属于于秦秦川川牛牛这这个个群群体体,每每一一个个秦秦川川牛牛都都是是这这个个群群体体中的一个成员。中
4、的一个成员。第6页,共68页,编辑于2022年,星期一二二、孟孟 德德 尔尔 群群 体体(Mendelianpopulation)在在群群体体遗遗传传学学中中,所所指指的的群群体体一一般般指指孟孟德德尔尔群群体体。所所谓谓孟孟德德尔尔群群体体,是是指指具具有有共共同同的的基基因因库库,并并由由有有性性过过程程(雌雌雄雄交交配配)实实现现繁繁殖殖的的群群体体。这这里里所所说说的的基基因因库库是是指指一一个个群群体体中中全全部部个个体体所所共共有有的的全全部部基基因。因。第7页,共68页,编辑于2022年,星期一三、基因频率与基因型频率在在个个体体中中遗遗传传组组成成用用基基因因型型表表示示,而而
5、在在群群体体中中遗遗传传组组成成用用基基因因频频率率和和基基因因型型频频率率表表示示。所所以以,基基因因频频率率和和基基因因型型频频率率可可表表示示群群体体的的遗遗传传组组成成。不不同同群群体体的的同同一一基基因因往往往往有有不不同同频频率率,不不同同基基因因组组合体系反映了各群体性状的表现特点。合体系反映了各群体性状的表现特点。第8页,共68页,编辑于2022年,星期一1.基因型频率(基因型频率(genotypefrequency)基基因因型型频频率率是是指指就就特特定定基基因因位位点点而而言言,群群体体中中某某种种基基因因型型个个体体占占群群体体总总数数的比率。的比率。例例如如:某某牛牛群
6、群的的有有角角和和无无角角由由一一对对等等位位基基因因P和和p控控制制,它它们们组组成成的的基基因因型型有有三三种种:PP,Pp和和pp。用用D、H、R分分别别表表示示三种基因型的频率。三种基因型的频率。则则DHR1。第9页,共68页,编辑于2022年,星期一2.基因频率(基因频率(genefrequency)基基因因频频率率是是指指就就特特定定基基因因位位点点而而言言,群群体体中中某某一一基基因因占占其其全全部部等等位位基基因因的的比比率。率。基基因因频频率率=某某基基因因个个数数/群群体体中中同同一位点基因总数一位点基因总数.等等位位基基因因:占占据据同同源源染染色色体体相相同同位位点点,
7、以不同方式影响性状表现的两个基因。以不同方式影响性状表现的两个基因。第10页,共68页,编辑于2022年,星期一复等位基因:占据同源染色体相同位复等位基因:占据同源染色体相同位点,以不同方式影响性状表现的三个点,以不同方式影响性状表现的三个或三个以上的基因。或三个以上的基因。值得注意的是,无论群体中复等位基值得注意的是,无论群体中复等位基因个数有多少,每个个体最多只能携带因个数有多少,每个个体最多只能携带其中两个(如杂合子其中两个(如杂合子Aa),),也可以只也可以只有其中(如纯合子有其中(如纯合子AA)。)。第11页,共68页,编辑于2022年,星期一3.基因型频率与基因频率的性质基因型频率
8、与基因频率的性质1)同同 一一 位位 点点 的的 各各 基基 因因 频频 率率 之之 和和 等等 于于 1 即:即:p+q=12)群群体体中中同同一一性性状状的的各各种种基基因因型型频频率率之之和和等于等于1即:即:DHR1第12页,共68页,编辑于2022年,星期一3)基基因因频频率率的的范范围围为为大大于于或或等等于于0,小小于于或或等于等于1,即:,即:0p(q)14)基因型频率的范围也为大于或等于基因型频率的范围也为大于或等于0,小,小于或等于于或等于1,即,即0D(H,R)1第13页,共68页,编辑于2022年,星期一4.实例说明实例说明1)人的)人的ABO血型决定于三个复等位基因:
9、血型决定于三个复等位基因:IA、IB和和i。据调查,中国人(昆明)中,据调查,中国人(昆明)中,IA基因的频率为基因的频率为0.24,IB基因频率为基因频率为0.21,i基因的频率为基因的频率为0.55,三者之和为,三者之和为0.24+0.21+0.55=1。2)家兔毛色决定于三个复等位基因:)家兔毛色决定于三个复等位基因:C(灰色)、灰色)、ch(八黑)和八黑)和c(白化)白化)。第14页,共68页,编辑于2022年,星期一5.基因频率与基因型频率的关系基因频率与基因型频率的关系1)基因位于常染色体上)基因位于常染色体上 设有一对基因设有一对基因A、a,其基因频率分其基因频率分别为别为p、q
10、,可组成可组成3 3种基因型种基因型AA、Aa、aa,基因型频率分别为基因型频率分别为D、H、R,个体总个体总数为数为N,AA个体为个体为n1,Aa个体数为个体数为n2,aa个体数为个体数为n3。第15页,共68页,编辑于2022年,星期一从以上分析得知,从以上分析得知,D=n1/N;H=n2/N;R=n3/N;可以算出:可以算出:PD1/2H;qR1/2H第16页,共68页,编辑于2022年,星期一2)基因位于性染色体上)基因位于性染色体上由由于于性性染染色色体体具具有有性性别别差差异异,在在XY型型的的动动物物中中:雌雌性性()为为XX,雄雄性性()为为XY;在在ZW型型的的动动物物中中,
11、雌雌性性()为为ZW,雄雄性性()为为ZZ。所所以以,把雌雄看做两个群体分别计算。把雌雄看做两个群体分别计算。第17页,共68页,编辑于2022年,星期一(1)对性染色体同型群体)对性染色体同型群体(XX,ZZ)与常染色体上基因频率和基因型与常染色体上基因频率和基因型频率的关系相同。频率的关系相同。PD1/2HqR1/2H第18页,共68页,编辑于2022年,星期一(2)性染色体异型的群体性染色体异型的群体(XY,ZW)由由于于基基因因的的数数量量和和基基因因型型的的数数量量相相等等,因因此此基基因因频频率率等等于于基基因因型型频频率率也也等等于表型频率于表型频率:即即P=D;q=R 只要是孟
12、德尔群体,这种关系在只要是孟德尔群体,这种关系在任何群体中都是适应的。任何群体中都是适应的。第19页,共68页,编辑于2022年,星期一第三节第三节基因平衡定律基因平衡定律 英国数学家哈代(英国数学家哈代(Hardy)和德国和德国医生温伯格(医生温伯格(Weinberg),),经过各自经过各自独立的研究,于独立的研究,于1908年同一年发表了有年同一年发表了有关基因频率和基因型频率的重要规律,关基因频率和基因型频率的重要规律,现统称为哈代一温伯格定律。现统称为哈代一温伯格定律。第20页,共68页,编辑于2022年,星期一一、平衡群体的条件一、平衡群体的条件所所谓谓平平衡衡群群体体是是指指在在世
13、世代代更更替替的的过过程程中中,遗遗传传组组成成(基基因因频频率率和和基基因因型型频频率率)不不变变的的群群体体。要要达达到到平衡群体必须具备以下条件:平衡群体必须具备以下条件:第21页,共68页,编辑于2022年,星期一1.必须是大群体必须是大群体2.随机交配(随机交配(randommating)3.3.无迁移现象无迁移现象4.4.无突变无突变5.5.无无选选择择:包包括括无无人人工工选选择择(artificial artificial selection)selection)和和自自然然选选择择(natural selection)natural selection)。第22页,共68页,
14、编辑于2022年,星期一二、哈代二、哈代温伯格定律的要点温伯格定律的要点1在在一一个个随随机机交交配配的的大大群群体体中中,若若没没有有其其它它因因素素(突突变变、迁迁移移、选选择择)的的影影响响,基因频率世代不变。基因频率世代不变。即:即:P0=P1=Pn q0=q1=qn第23页,共68页,编辑于2022年,星期一2任任何何一一个个大大群群体体,无无论论其其基基因因频频率率如如何,只要经过一代随机交配,一何,只要经过一代随机交配,一对对常常染染色色体体基基因因型型频频率率就就达达到到平平衡衡,若若没没有有其其它它因因素素的的影影响响,一一直直进进行行随随机机交交配,这种平衡状态始终不变。配
15、,这种平衡状态始终不变。即:即:D 0 D1=D2=Dn H 0 H1=H2=Hn R0 R1=R2=Rn第24页,共68页,编辑于2022年,星期一3在在平平衡衡群群体体中中,基基因因频频率率和和基基因因型型频率的关系为:频率的关系为:D=P2 H=2pq R=q2第25页,共68页,编辑于2022年,星期一三、平衡群体的性质三、平衡群体的性质性质性质1:在二倍体基因平衡群体中,杂:在二倍体基因平衡群体中,杂合子(合子(Aa)的频率的频率H2pq的值永远不的值永远不会超过会超过0.5。利用这个性质可知,只要利用这个性质可知,只要H1/2,就绝对不是平衡群体。就绝对不是平衡群体。第26页,共6
16、8页,编辑于2022年,星期一性性质质2:杂杂合合子子频频率率是是两两个个纯纯合合子子频频率率乘乘积平方根的二倍。积平方根的二倍。H2(DR)0.5第27页,共68页,编辑于2022年,星期一四、基因频率的计算四、基因频率的计算如如前前所所述述,计计算算基基因因频频率率的的基基本本原原理理是是依依据据表表现现型型频频率率估估计计各各基基因因型型频频率率,然然后后依依基基因因型型频频率率计计算算基基因因频频率率,由由于于基基因因作作用用的的方方式式不不同同,因因此此就必须按不同类型来计算。就必须按不同类型来计算。第28页,共68页,编辑于2022年,星期一(一)共显性或不完全显性(一)共显性或不
17、完全显性 在共显性或不完全显性时,计算比较在共显性或不完全显性时,计算比较简单。因为基因型和表型一致,即由表型简单。因为基因型和表型一致,即由表型直接可以识别基因型,因此,只要知道表直接可以识别基因型,因此,只要知道表现型比例,就可知道基因型频率,再通过现型比例,就可知道基因型频率,再通过基因型频率计算出基因频率,所用公式为:基因型频率计算出基因频率,所用公式为:PD1/2H;qR1/2H第29页,共68页,编辑于2022年,星期一 举例说明举例说明 短角牛中有白色、红色和沙毛色,短角牛中有白色、红色和沙毛色,而沙毛色是红色、白色牛杂交的后代。而沙毛色是红色、白色牛杂交的后代。在牛群中白、沙、
18、红三种毛色分别占在牛群中白、沙、红三种毛色分别占35,50和和15,于是基因频率分别为:,于是基因频率分别为:PD1/2H0.6qR1/2H0.4第30页,共68页,编辑于2022年,星期一(二)完全显性时(二)完全显性时在在这这种种情情况况下下,一一对对基基因因有有三三种种基基因因型型,而而只只有有两两种种表表型型,显显性性纯纯合合了了和和杂杂合合子子表表型型相相同同,不不能能识识别别。所所以以,我我们们只只能能得得到到隐隐性性纯纯合合子子的的基基因因型型频频率率和和显显性性类类型型(显显性性纯纯合合子子、杂杂合合子子)频频率率。因因此此,无无法用上述方法计算基因频率。法用上述方法计算基因频
19、率。第31页,共68页,编辑于2022年,星期一如如果果是是一一个个随随机机交交配配的的大大群群体体,根根据据哈哈代代一一温温伯伯格格定定律律,基基因因频频率率应应处处于于平平衡衡状状态态,于于是是,根根据据隐隐性性纯纯合合子子的的基基因因型型频频率率和和隐隐性性基基因因频频率率的的关关系系,R=q2,可以得到可以得到q=R0.5,从而得到从而得到p=1q。第32页,共68页,编辑于2022年,星期一举例说明举例说明一一个个随随机机交交配配的的牛牛群群中中,黑黑色色对对红红色色为为显显性性,黑黑牛牛(BBBb)占占96,红红牛(牛(bb)占占4,求基因频率。,求基因频率。解:根据解:根据R=q
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