群体的遗传平衡.pptx
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1、会计学1群体的遗传平衡群体的遗传平衡15.1.3 15.1.3 15.1.3 15.1.3 研究目的研究目的研究目的研究目的应用数学和统计学的方法应用数学和统计学的方法来来研究研究群体中的基因频率、基群体中的基因频率、基因型频率、以及影响这些频率的选择、突变、迁移、遗传漂因型频率、以及影响这些频率的选择、突变、迁移、遗传漂变等作用与遗传结构的变等作用与遗传结构的关系关系,据此来,据此来探讨生物进化的机制探讨生物进化的机制。生物进化的过程实质上是群体中基因频率的演变过程,生物进化的过程实质上是群体中基因频率的演变过程,所以所以群体遗传学是生物进化的理论基础群体遗传学是生物进化的理论基础,生物进化
2、机制的研,生物进化机制的研究无疑也属于群体遗传研究的范畴。究无疑也属于群体遗传研究的范畴。第1页/共49页15.2 15.2 15.2 15.2 群体遗传结构群体遗传结构群体遗传结构群体遗传结构15.2.1 孟德尔群体和基因库v孟德尔群体:特定的地区内一群能相互交配繁殖后代的个体所组成的群体称为一个孟德尔群体,简称群体。群体可能是一个品系、一个品种、一个变种、一个亚种、甚至一个物种所有个体的总和。v基因库:一个孟德尔群体所包含的基因总和称为一个基因库。v随机交配(random mating):是指在一个有性繁殖的生物群中,一种性别的任何一个个体与其相反性别的个体交配的机会均等(或概率相同),即
3、任何一对雌雄个体的结合是随机的,不受任何其它因素的影响。第2页/共49页v群体遗传结构:指孟德尔群体中的基因及基因型的种类和频率。v基因频率(gene frequency):又叫等位基因频率(alleles frequency),是指一个群体内特定基因座上某一等位基因占该座位全部等位基因总数的比率,即该等位基因在群体内出现的概率。基因频率是决定一个群体性质的基本因素,当环境条件和遗传结构不变时,一个群体某一基因的频率是相对恒定的。不同群体中同一基因的频率往往不同。如,有的牛群大多数有角,而有的牛群几乎全无角。15.2.2 群体的遗传结构第3页/共49页人类ABO血型在几个种群中的频率种群 受试
4、数目 O型 A型 B 型 AB型中国人 1000 44.8 28.9 23.7 2.6埃塞俄比亚 400 42.7 26.5 28.3 5.5英国人 3696 43.7 44.2 8.9 3.2纽约白种人 265 41.5 46.8 9.8 1.9纽约黑种人 267 46.4 34.1 17.2 2.2爱斯基摩人 569 23.9 56.2 11.2 8.7印地安人 120 73.4 25.8 0.8第4页/共49页vv基因频率的表示方法基因频率的表示方法:有:有小数小数或或百分数百分数两种。同两种。同一座位各等位基因频率之和为一座位各等位基因频率之和为1 1或或100%100%。基因频。基因
5、频率的率的变化范围在变化范围在0 01 1或或0 0100%100%之间之间,无负值。,无负值。如:某奶牛群中无角基因如:某奶牛群中无角基因P P的频率为的频率为0.01,0.01,有角基因有角基因p p的频率为的频率为0.90.99 9(假设(假设P P对对p p为显性)。则该群体为显性)。则该群体中中约有约有2%2%的牛无角的牛无角。第5页/共49页v基因型频率(genotype frequency):指群体中某性状的某一基因型占该性状所有基因型的比率,或某性状的某一基因型在群体中出现的概率。如:控制豌豆红花与白花的一对基因R和r可组成RR、Rr、rr 3种基因型,其中RR占1/4、Rr占
6、2/4、rr占1/4,则三种基因型的频率分别为0.25、0.5和0.25。第6页/共49页vv基因频率和基因型频率间的关系基因频率和基因型频率间的关系(以一对等位基因为例)(以一对等位基因为例)设某一基因座上有一对等位基因:设某一基因座上有一对等位基因:A A 和和 a a这对等位基因的频率分别为:这对等位基因的频率分别为:p qp q由这对等位基因构成的基因型有:由这对等位基因构成的基因型有:AA Aa aaAA Aa aa各基因型的个体数为:各基因型的个体数为:D D H H R R 由这三种基因型构成的群体总数为:由这三种基因型构成的群体总数为:N N(=D=D+H+H+R+R)则各基因
7、型频率分别为:则各基因型频率分别为:D=DD=D/N/N,H=HH=H/N/N,R=RR=R/N/NN N个个体所包含的基因总数为:个个体所包含的基因总数为:2 2N N故基因频率为:第7页/共49页基因型频率与基因频率的意义基因型频率与基因频率的意义基因型频率与基因频率的意义基因型频率与基因频率的意义n n描述描述群体遗传结构群体遗传结构(性质性质)的重要参数的重要参数n n从群体水平看:生物群体进化就表现为基因从群体水平看:生物群体进化就表现为基因频率的变化,也就是群体配子类型和比例变频率的变化,也就是群体配子类型和比例变化,所以基因频率是群体性质的决定因素。化,所以基因频率是群体性质的决
8、定因素。n n对任何一个群体样本,可检测各种基因型对任何一个群体样本,可检测各种基因型个体数、各种等位基因数个体数、各种等位基因数(不同配子数不同配子数),从而估计群体基因型频率与基因频率。从而估计群体基因型频率与基因频率。第8页/共49页 对对伴伴性性基基因因而而言言,可可分分成成雌雌、雄雄两两个个群群体体来考查:来考查:对对雄雄配配异异型型生生物物来来说说,雌雌性性群群体体中中基基因因频频率率与与基基因因型型频频率率的的关关系系与与常常染染色色体体上上基基因因一一样样;雄性群体中,基因频率就等于基因型频率。雄性群体中,基因频率就等于基因型频率。雌异配型雌异配型生物的情况则刚好相反。生物的情
9、况则刚好相反。第9页/共49页15.3 15.3 15.3 15.3 遗传平衡定律遗传平衡定律遗传平衡定律遗传平衡定律英国数学家Hardy和德国医生Weinberg经过各自独立的研究,于1908年分别发表了“基因平衡定律”的论文,后人为了纪念他们就将此定律称为Hardy-Weinberg 定律。15.3.1 遗传平衡定律及其应用15.3.2 遗传平衡定律的扩展第10页/共49页15.3.1 15.3.1 15.3.1 15.3.1 遗传平衡定律及其应用遗传平衡定律及其应用遗传平衡定律及其应用遗传平衡定律及其应用v定律要点v定律证明v群体遗传平衡定律的意义v遗传平衡定律的应用第11页/共49页v
10、v遗传平衡定律的要点遗传平衡定律的要点遗传平衡定律的要点遗传平衡定律的要点在在随随机机交交配配的的大大群群体体中中,若若无无影影响响基基因因频频率率变变化化的因素存在,的因素存在,群体的基因频率可代代保持不变群体的基因频率可代代保持不变。在在任任何何一一个个大大群群体体内内,无无论论其其基基因因频频率率如如何何,只只要要经经过过一一代代随随机机交交配配,一一对对常常染染色色体体上上的的基基因因所所构构成成的的基基因因型型频频率率就就达达到到平平衡衡状状态态,只只要要基基因因频频率率不不发发生生变变化化,以以后后每每代代经经过过随随机机交交配配,这这种种平平衡状态始终保持不变。衡状态始终保持不变
11、。在在平平衡衡状状态态下下,子子代代基基因因型型的的频频率率可可根根据据亲亲代代基基因因频频率率按按二二项项展展开开式式计计算算,即即基基因因频频率率与与基基因因型型频率之间的关系为:频率之间的关系为:D=pD=p2 2,H=2pqH=2pq,R=qR=q2 2。满满足足上上述述条条件件的的群群体体就就是是平平衡衡群群体体,它它所所处处的的状状态就是态就是 Hardy-WeinbergHardy-Weinberg 平衡。平衡。第12页/共49页平衡群体需符合的条件是无限大的有性繁殖群体;随机交配;无突变、迁移、遗传漂变等作用;无任何形式的自然选择和人工选择。第13页/共49页vv定律的证明定律
12、的证明定律的证明定律的证明数学证明数学证明假设在常染色体上的某一基因座位上假设在常染色体上的某一基因座位上有两个等位基因有两个等位基因A A和和a a。F F0 0 基基 因因 型型 基基 因因 AA Aa aa A aAA Aa aa A a频率频率 D D0 0 H H0 0 R R0 0 p p0 0 q q0 0若该世代随机交配,则:若该世代随机交配,则:A(p0)a (q0)A(p0)AA(p02)Aa(p0q0)a(q0)Aa(p0q0)aa(q02)F1中AA DAA D1 1=p=p0 02 2Aa HAa H1 1=2p=2p0 0q q0 0aa Raa R1 1=q=q0
13、 02 2F1产生的配子A A:p p1 1=D=D1 1+H+H1 1/2=p/2=p0 0a a:q q1 1=H=H1 1/2+R/2+R1 1=q=q0 0F2 F3第14页/共49页生物学证明生物学证明(以人类的(以人类的MNMN血型为例)血型为例)血血 型:型:M MN N M MN N(红细胞中含抗原)红细胞中含抗原)基基 因:因:L LM M L LN N基基 因因 型:型:L LM ML LM M L LM ML LN N L LN NL LN N 总计总计调查结果(调查结果(O O):):342 500 187 1029342 500 187 1029v 定律的证明基因型频
14、率:D=0.3324 H=0.4859 R=0.1817基因频率:p=0.57535 q=0.42465基因型理论频率:D=p2=0.3310,H=2pq=0.4887,R=q2=0.1803理论人数(E):340.6 520.9 185.5 1029x2=(O-E)2/E=0.031 n=2,x20.05(2)=5.99,观察值与理论值之间一致的概率P0.95,表明这一调查结果符合Hardy-Weinberg定律。第15页/共49页vv群体遗传平衡定律的意义群体遗传平衡定律的意义群体遗传平衡定律的意义群体遗传平衡定律的意义Hardy-WeinbergHardy-Weinberg定定律律揭揭示
15、示了了基基因因频频率率与与基基因因型型频频率率之之间间的的关关系系及及其其遗遗传传规规律律。由由于于这这一一定定律律的的存存在在,一一个个群群体体的遗传特性才能保持相对稳定。的遗传特性才能保持相对稳定。根根据据Hardy-WeinbergHardy-Weinberg定定律律揭揭示示的的基基因因频频率率与与基基因因型型频频率率之之间间的的关关系系,特特别别是是隐隐性性纯纯合合子子频频率率与与隐隐性性基基因因频频率率间间的关系,我们的关系,我们可以在任何条件下计算群体的基因频率可以在任何条件下计算群体的基因频率。群群体体遗遗传传研研究究群群体体基基因因频频率率和和基基因因型型频频率率变变化化规规律
16、律,揭揭示生物进化历程,示生物进化历程,遗传平衡定律是群体遗传的基础遗传平衡定律是群体遗传的基础。第16页/共49页vv遗传平衡定律的应用遗传平衡定律的应用遗传平衡定律的应用遗传平衡定律的应用一对等位基因的基因频率与基因型频率变化规律第17页/共49页计算群体基因频率计算群体基因频率计算群体基因频率计算群体基因频率一对等位基因呈共显性或不完全显性时一对等位基因呈共显性或不完全显性时 D=p2D=p2D=p2D=p2通过通过 H=2pq H=2pq H=2pq H=2pq 直接计算群体的基因频率直接计算群体的基因频率 R=q R=q R=q R=q2 2 2 2如,安达鲁西鸡有三种毛色:黑色、蓝
17、色和白花。如,安达鲁西鸡有三种毛色:黑色、蓝色和白花。由一对等位基因由一对等位基因B B和和b b控制,控制,B=bB=b。表表 型:型:黑色黑色 蓝色蓝色 白花白花基因型:基因型:BB Bb bbBB Bb bb调查结果:调查结果:49%42%9%49%42%9%基因型频率:基因型频率:0.49 0.42 0.090.49 0.42 0.09B B基因频率:基因频率:p=0.49+(1/2)0.42=0.70p=0.49+(1/2)0.42=0.70b b基因频率:基因频率:q=(1/2)0.42+0.09=0.30q=(1/2)0.42+0.09=0.30第18页/共49页一对等位基因间呈
18、完全显性时一对等位基因间呈完全显性时一对等位基因间呈完全显性时一对等位基因间呈完全显性时(AAAAAAAA和和和和AaAaAaAa的表型一致的表型一致的表型一致的表型一致,利用隐性纯合子频率计算隐性基因频率)利用隐性纯合子频率计算隐性基因频率)利用隐性纯合子频率计算隐性基因频率)利用隐性纯合子频率计算隐性基因频率)例例:某场黑白花奶牛的大群统计结果为无角牛占:某场黑白花奶牛的大群统计结果为无角牛占2%2%,问该牛,问该牛群中群中“角角”的基因频率为多少?的基因频率为多少?因为牛角遗传中,无角因为牛角遗传中,无角P P对有角对有角p p是显性,是显性,PPPP和和PpPp个体表个体表型都是无角,
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