群体遗传学.ppt

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1、群 体 遗 传 学 第一节 群体的遗传结构 一、基本概念 1.基因频率（gene frequency)：一个群体中某类等位基因的数量占该基因位点上全部等位基因的比率。p(A)+q(a)=12.基因型频率(genotype frequency)：一个群体中某一基因型的个体占群体中全部个体的比率。D(AA)+H(Aa)+R(aa)=1二、基因频率和基因型频率的换算 调查一500人群体MN血型，结果250人M型、150人MN型，100人N型，计算各基因型和基因的频率：MM MN NN 总数 基因频率个体数 250 150 100 500基因型频率 0.50 0.30 0.20基因数M 500 150

2、 0 650 0.65 N 0 150 200 350 0.35 群群体体中中某某基基因因的的频频率率等等于于相相应应纯纯合合基基因因型型的的频频率率加加上上1/21/2其其杂杂合基因型的频率。合基因型的频率。pD+1/2H qR+1/2H例题一个群体中AA个体频率为0.3,Aa为0.5 aa为0.2，试求基因A和a的频率。第二节 群体的遗传平衡定律 遗传平衡定律(law of genetic equilibrium)又称Hardy-Weinberg定律。在随机交配群体内，若没有基因突变、选择、迁移、遗传漂变的因素作用，经过一代随机交配后，群体的基因频率和基因型频率将代代保持不变，成为遗传平衡

3、的群体。一、一、一对等位基因的遗传平衡 A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)遗传平衡群体中，基因频率和基因型频率可表示为：（p+q）2p22pqq2=1 A a AA Aa aa应用1 判断一个群体是否为遗传平衡群体假如群体中有10000人，其中AA为5000人，Aa为2000人，aa为3000人，是否为遗传平衡群体？D=5000/10000=0.5 H=2000/10000=0.2 R=3000/10000=0.3 p=D+1/2H=0.5+0.1=0.6 q=R+1/2H=0.3+0.1=0.4 期望基因型频率：p2=0.62=0.36；2pq=

4、2 0.6 0.4=0.48；q2=0.42=0.16例题下列哪个群体为遗传平衡群体？A.AA 50；Aa 250；aa 50 B.AA 50；Aa 200；aa 50C.AA 25；Aa 100；aa 25 D.AA 50；Aa 100；aa 50 应用2 求隐性等位基因及其“携带者”的频率如果群体处于遗传平衡状态，则：纯合子aa的频率=q2 等位基因a的频率=q 等位基因A的频率=p=(1-q)杂型合子Aa的频率=2pq=2q(1-q)试问携带者在正常人群中所占比例？例题从群体调查结果知道一个群体中白化病（AR）的发病率为1/10000，求该群体中致病基因及其携带者的频率？该群体正常人中携

5、带者的频率？二、复等位基因的遗传平衡 例如：ABO血型受控于三个复等位基因IA、IB、i，若对应的基因频率分别为p、q、r。则在遗传平衡群体中，基因频率和基因型频率的关系为：（p+q+r）2=p2+2pr+q2+2qr+r2+2pq=1 IA IB i IA IA IA i IB IB IB i i i IA IB 表现型 基因型 基因型频率 表现型频率 A型 IA IA p2 p2+2pr (A)IA i 2pr B型 IB IB q2 q2+2qr (B)IB i 2qr AB型 IA IB 2pq 2pq (AB)O型 i i r2 r2 (O)O=r2，r=O A+O=p2+2pr+r

6、2=(p+r)2=(1-q)2，q=1-A+O B+O=q2+2qr+r2=(q+r)2=(1-p)2，p=1-B+O 例题某群体10000人中，A型5500人，B型 1600人，AB型 2000人，O型 900人，计算各基因频率。三、三、X X连锁基因的遗传平衡连锁基因的遗传平衡 当雌性群体当雌性群体和雄性群体和雄性群体的基因频率的基因频率相同时相同时群体达到平衡，设为p、q 由雌性有两条X染色体，雄性只有一条1、在雌性群体中，基因频率和基因型频率之间的关系与常染色体的相同，即：pD（p2）1/2H（2pq）2、在雄性群体中，则存在如下关系：基因的频率=基因型频率=表现型频率3、虽然雌雄两性

7、的基因频率相同，同一表现型的个体在雌雄性中的比例却不同群体总的基因频率：基因型 在各自性别群 在总的群体 在总的X连锁基 XA频率 Xa频率 体中的概率 中的概率 因群中的概率 XA XA p2 p2 /2 2 p2/3 2 p2/3 -XA Xa 2pq 2pq/2 4 pq/3 2pq/3 2pq/3 Xa Xa q2 q2/2 2q2/3 -2q2/3 XA Y p p/2 p/3 p/3 -Xa Y q q/2 q/3 -q/3 XA频率=2 p2/3+2pq/3+p/3=p/3(2p+2q+1)=p Xa频率=2 q2/3+2pq/3+q/3=q/3(2q+2p+1)=p四、根据遗传

8、平衡定律，分析不同遗传方式的遗传病在群体中发病情况对于AD病，群体中：患者的基因型 AA、Aa 基因型频率 p2、2pq 由群体中致病基因频率p很小，p20 2pq/(p2+2pq)1 所以，群体中患者几乎均为杂合子对于AR病，群体中：患者的基因型 aa 基因型频率 q2 由群体中致病基因频率q很小，p1 杂合子（携带者）频率2pq=2q(1-q)2q 即群体中携带者的频率为致病基因频率的2倍 携带者与患者的比例为2pq/q2 2/q 即群体中携带者的频率大大高于患者的频率 且致病基因频率q越低，比例越高例题 在某一人群中，白化病的发病率约为1/40000，假定该群体为遗传平衡群体，则：携带者

9、的频率?携带者与患者的比例对于XD病，群体中：女性患者的基因型 XA XA、XA Xa 频率 p2 2pq 男性患者的基因型 XA Y 频率 p 由群体中致病基因频率p很小，q1 男女患者的比例p/(p2+2pq)1/(1+q)1/2 即群体中男性患者约为女性患者的1/2对于XR病，群体中：女性患者的基因型 Xa Xa，频率 q2 男性患者的基因型 XaY，频率 q 由群体中致病基因频率q很小，男女患者的比例q/q 2=1/q 所以，群体中男性患者大大多于女性，且致病基因频率q越低，比例越高例题 红绿色盲（XR）的男性发病率为0.01，试求在遗传平衡群体中（1）女性红绿色盲的概率?（2）男女发

10、病的比例？第三节 影响遗传平衡的因素一、突变对遗传平衡的影响 突变率（mutation rate)：每一代每百万基因中多少个基因发生突变，即n10-6/代一、突变对遗传平衡的影响 (p)(q)A u a A v a a基因频率的正向变化为up，负向变化为vq。如果upvq，a基因频率会逐代增高如果up0，群体中A的频率p就逐渐减少至0。系数越大，改变越快。选择与突变的平衡 由显性致病基因A的频率p0，则q1 群体中受选择个体的主要为Aa，其频率：H=2pq2p，p=1/2H 选择淘汰的A频率sp=sH 从a到A的突变增加的A频率 vqv 群体达到平衡时，v=s1/2H 例题软骨营养障碍性侏儒由

11、一显性基因控制，其适合度约为0.2，设在一个遗传平衡的群体中该病的发病率为1/2000，试估算该显性基因的突变率。（二）选择对常染色体隐性基因的作用受选择个体仅为隐性纯合子aa。选择效应较小，因为有害隐性基因绝大多数存在于Aa中，而a不能被选择选择与突变的平衡选择后，a频率改变量q=-spq2/(1-sq2)，因q很小，分母近似为1，q=-spq2从A到a的突变，a频率的增加量为up群体达到平衡时，up=spq2，即u=sq2例题在一个10万人的城市中，有10个白化病患者，在这个群体中，白化病的致病基因频率是多少？已知白化病的适合度为0.4，请问这个群体中白化病基因的突变率是多少？（三）选择对

12、X连锁隐性基因的作用受选择个体为男性患者Xa Y女性中有害隐性基因大多存在于XA Xa 中，而不被选择选择与突变的平衡设群体中致病基因Xa 的频率为q，男性群体所拥有的致病基因只占整个群体的1/3即为1/3q选择淘汰的Xa 的频率sq 突变增加Xa 的频率up u(q 0,p 1)平衡时u=sq 例题在一个遗传平衡的群体中，血友病（XR）的男性发病率为0.00008，适合度为0.25，求这个群体中控制该病的致病基因的突变率。（四）选择对X连锁显性基因的作用男性受选择个体为XA Y女性受选择个体为XA Xa 选择与突变的平衡选择淘汰的XA 的频率为 s(p/3+2p/3)=sp 突变增加XA 的

13、频率vq v(p 0,q 1)平衡时v=sp（五）选择压力改变对群体遗传结构的影响1 1、选择压力增加：、选择压力增加：无论对显性致病基因还是隐性致病基因，都会引起致病基因频率向降低方向变化，但变化的速度不同。AD病如果选择压力增强（禁止生育 s=1）p 一代一代 0 致病基因A的频率迅速降低AR病如果选择压力增强（禁止生育），只aa被完全选择s=1，即q2=0。绝大部分存在于Aa中a基因不能被选择 由t=1/qt-1/q，可求使a基因频率q降低 到到一定数值qt所需要的选择世代t 例题 求基因频率从0.01降低至一半0.005所需需世代数。t=1/0.005-1/0.01=100代，设一代平

14、均为为25年，25100=2500年 致病基因a频率的降低很缓慢 XR病：如果选择压力增强（禁止生育），Xa Y被完全选择s=1，其Xa 频率占1/3 选择一代，致病基因a的频率降低1/3XD病：如果选择压力增强（禁止生育），XA Xa、XA Y被完全选择s=1 选择一代，致病基因A的频率降低为02、选择压力放松无论对显性致病基因还是隐性致病基因，都会引起致病基因频率向增高方向变化，但变化的速度不同。AD病：如果致死s=1，选择放松后s=0一代，致病基因a的频率增高一倍AR病如果致死s=1，选择放松后s=0每代增加的致病基因a的频率为u例题 设突变率为50 10-6求基因频率从0.01增高一倍

15、0.02所需世代数。0.01+50 10-6 t=0.02 t=200代，设一代平均为25年，25200=5000年 致病基因a频率的增高很缓慢 XR病：如果Xa Y致死s=1，选择放松后 s=0 3代，致病基因Xa的频率增高1倍XD病：如果XA Xa、XA Y致死s=1，选择放 松后s=0 1代，致病基因XA 的频率增高1倍第四节 近亲婚配 一、近婚系数指一个个体接受在血缘上相同即是由同一祖先的一个等位基因复制出来的两等位基因的概率，用F来表示。一个近婚个体中某基因座为纯合子（同型合子），可能在血缘上相同，即由同一祖先的一个等位基因复制而来，称其为同合子；也可能在血缘上不同，即来自两个无亲缘

16、关系的祖先，称其为异合子。（一）常染色体基因近婚系数的计算（一）常染色体基因近婚系数的计算同胞兄妹婚配同胞兄妹婚配共同祖先P1某等位基因A1经复制使S纯合A1 A1所需步骤为4步、概率为(1/2)4共同祖先使S纯合的形式有4种 A1 A1、A2 A2、A3 A3、A4 A4F=4(1/2)4=1/4（一）常染色体基因近婚系数的计算（一）常染色体基因近婚系数的计算舅外甥女婚配舅外甥女婚配共同祖先P1某等位基因A1经复制使S纯合A1 A1所需步骤为5步、概率为(1/2)5共同祖先使S纯合的形式有4种 A1 A1、A2 A2、A3 A3、A4 A4F=4(1/2)5=1/8（一）常染色体基因近婚系数

17、的计算（一）常染色体基因近婚系数的计算表兄妹婚配表兄妹婚配共同祖先P1某等位基因A1经复制使S纯合A1 A1所需步骤为6步、概率为(1/2)6共同祖先使S纯合的形式有4种 A1 A1、A2 A2、A3 A3、A4 A4F=4(1/2)6=1/16（二）X-连锁基因的近交系数的计算注意：X-连锁基因的近交系数只计算所生女儿的F值；不计算父亲向女儿传递的步骤；出现男性到男性的传递，即中断；共同女祖先形成2种类型的纯合子，共同男祖先形成1种类型的纯合子。（二）（二）X-X-连锁基因的近交系数的计算连锁基因的近交系数的计算姨表兄妹婚配姨表兄妹婚配共同祖先P1等位基因X1经复制使S纯合X1 X1所需步骤

18、为3步、概率为(1/2)3共同祖先P2等位基因X2经复制使S纯合X2 X2所需步骤为5步、概率为(1/2)5；P2使S纯合的形式有2种 X2 X2、X3 X3、概率为2(1/2)5F=(1/2)3+2(1/2)5 =3/16（二）（二）X-X-连锁基因的近交系数的计算连锁基因的近交系数的计算舅表兄妹婚配舅表兄妹婚配共同祖先P1等位基因X1传给B2时中断。共同祖先P2等位基因X2经复制使S纯合X2 X2所需步骤为4 4步、概率为(1/2)4；P2使S纯合的形式有2种 X2 X2、X3 X3、概率为2(1/2)4F=2(1/2)5=1/8（二）（二）X-X-连锁基因的近交系数的连锁基因的近交系数的

19、计算计算姑表兄妹婚配姑表兄妹婚配共同祖先P1等位基因X1传给B1时中断中断共同祖先P2等位基因X2、X3经B1传给C1时中断中断F=0（二）（二）X-X-连锁基因的近交系数的计算连锁基因的近交系数的计算堂兄妹婚配堂兄妹婚配共同祖先P1等位基因X1传给B1时中断中断共同祖先P2等位基因X2、X3经B1传给C1时中断中断F=0三、近亲婚配的危害 近亲婚配的危害主要来自隐性等位基因的纯合性。设隐性致病基因a频率为q，近亲婚配的近婚系数为F，则其后代患病（纯合子aa）的概率包括两部分：异合子aa频率和同合子aa频率纯合子 aa 频率 =异合子 aa 频率+同合子 aa 频率 =q2（1-F）+qF近亲婚配与随机婚配后代患病的概率的比例为：qF+q2（1-F）/q2例题白化病的群体发病率为1/640000，试求表兄妹结婚后代的发病风险是随机婚配后代发病风险的多少倍？这说明什么问题？本章要求本章要求理解本章出现的概念掌握基因频率和基因型频率的换算掌握群体遗传平衡定律及应用掌握突变和选择对遗传平衡的影响 掌握近婚系数的计算及近婚效应