13.群体遗传学

选择对杂合个体有利时基因频率的改变
AA
Aa
aa
合计
初始频率 P2 2pq q2 1 适合度 1-s 1 1- t 选择后频率 P2(1-s) 2pq q2(1-t) 1-sp2-tq2 相对频率 P2(1-s)/1-sp2-tq2 2pq /1-sp2-tq2 q2(1-t)/1-sp2-tq2 q的改变： pq(ps-qt)/1-sp2-tq2
● 迁移造成群体间的基因流（gene flow）
◆ 设有一个大群体A，每代有部分（m）个体从B迁入， 某一等位基因在A群体中的频率为qo，B群体中为qm，则混合 后的群体基因频率为
q1 mqm 1 mq 0 mq m q 0 q 0 Δq1 q1 q 0 mq m q 0
基因岛与基因协同进化


基因组间基因的间隔相差很大，基因在基因组 中的分布疏密不一，某些区段形成基因基因集 中的基因岛。 啤酒酵母缺失了一部分裂殖酵母和其它酵母特 有的基因。这些基因功能相近，相伴丢失。
第四节
分子种系发生遗传学
◇ 分子钟（molecular clock）：分子进化过程中，特定的分子（核 苷酸或蛋白质）在所有谱系中的变化速率是恒定的。分子钟是构建分子种 系发生树的理论基础。如流感病毒A血细胞凝集素（hemagglutinin）基因 的分子树。 ◇ 分子种系发生树（molecular phylogenetic tree）：同源基因或蛋 白质之间的关系的图解。如人的血红蛋白基因的种系发生树。 ◇ 分子种系发生树的构建 利用遗传学数据构建种系发生树的方法很多，如Maximum Parsimony 法、Maximum likelihood法和UPGMA法等，均有相关软件。以 UPGMA （Unweighted pair group method using arithmetic averages）方法为例。 从所比较的物种对间的最小遗传距离表开始.
低频率基因由于遗传漂变，成为高频率。 东卡罗林群岛 Pringelap人群，先天性失明 占10％。由于1780年飓风，原人群大量死亡， 遗留下带有失明基因的个体比例很高，使得该 群体的后代有病个体大幅度增加。基因频率改 变。 AA Aa aa AA Aa aa 0.95 0.04 0.01 0.4 0.2 0.4
q2=1/80000, s=0.5 u=sq2 =1/80000 X 0.5 =0.6 x 10-6
第二节
遗传漂变对进化平衡的不可预测效应
◆ 遗传漂变（genetic drift）：群体内由于抽样误差
造成的等位基因频率的随机波动.
◆ 奠基者效应（founder effect）：遗传漂变的一 种形式，指由带有亲代群体中部分等位基因的少数个体 重新建立新的群体。 ◆ 瓶颈效应 ：由于自然环境急剧的改变，使得群体 中大部分个体死亡，仅存的少数个体侥幸逃生，繁衍成 新的群体。
功能域或外显子洗牌（exon suffling）
由不同基因中编码不同结构域的片段彼此连接 形成全新编码顺序，称为外显子洗牌。 例如：组织纤维蛋白溶原酶（TPA）， 作用是促使血液中凝血块的分解。 由组织纤维蛋白溶原酶原激活因子；血纤维 蛋白酶原；生长因子等外显子组成。
冗余基因 具有功能但是通常不表达的重复基因。
u q uv v p uv
◇ 适合度（fitness，w）：群体中一个个体相对于其他 个体存活并传递其基因到下一代的能力。适合度具有两个基本 成分：存活力（viability）和生殖成功（reproductive success）。 ◇ 选择系数（selection coefficient，s）：在选择的作用 下降低的适合度 。 ◇ 自然选择（natural selection）：自然界中逐渐淘汰适 合度低的个体，选择适合度高的个体作为下一代亲本的过程.
选择的作用


趋同进化：在突变和选择的作用下，对不同物 种间具有趋同进化的趋势，这种现象称协同进 化。 遗传负荷：如果一个群体的突变不断积累，并 且这些突变是有害的，就会出现的适合度下降。 这种现象被称为遗传负荷。用1－w/W来表示 遗传负荷的度量。
软骨发育不全遗传病侏儒108人生27个子女， 确定相对生育率，正常对照457人生582个子 女，侏儒相对生育率是： 27/108 582/457 =0.20
突变与选择情况下基因频率的改变

a频率的改变：q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2
当很小时，1-sq2近似等于1。 当选择对纯合隐性个体不利时，a基因的频率q每代减少sq2(1-q) 新产生的隐性突变基因(Aa)的频率 pu=u(1-q) 平衡时：sq2=u q2=u/s

人类全色盲是常染色体隐性遗传，约80000 人中有1个患者，患者的生存率 是0.5,计算平衡时的突变率。
第十三章 群体遗传学
Hardy-Weinberg定律 改变群体基因频率的因素
第一节 基因库与基因频率
◆ 群体遗传学（population genetics）：研究群体中的 基因组组成以及世代间基因组变化的学科。 ◆ 群体（population）：指孟德尔群体，即在特定地区 内一群能相互交配并繁育后代的个体。一个最大的孟德尔群体就 是一个物种。 ◆ 等位基因频率（allele frequency）：一个群体中某一 等位基因在该基因座上可能出现的等位基因总数中所占的比率。 任一基因座的全部等位基因频率之和等于1。
◆ DNA的变化是基因组进化的基础
◇ 真正中性的突变不受自然选择的影响，通过遗传漂变 维持在群体中或被淘汰。 ◇ 负选择（negative selection）淘汰群体中有害的突变。 ◇一些对生物有利的极稀有的突变通过正选择（positive selection）增加等位基因频率，并固定在群体中。
第三节 基因组进化
基因组的起源 RNA起源学说 原始RNA的三种作用:剪切，复制和编码，合 成。 新基因的形成 突变，转座，重组，扩增。

编码序列的改变

人类中仅仅有1.5%的ＤＮＡ是编码序列。 染色体加倍，基因重组，外显子洗牌，滑序复 制，转座以及突变等原因使得编码序列的基因 发生改变，在选择压力下，基因组不断进化
生命的起源
Searching for the Origin
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When did life begin? Evidence – Widespread life forms (3.5 B years ago) – Stromatolites (3.5 B years ago) – Fossilized cells (3.5 B years ago) – Radiometric dating: carbon isotopes (3.85 B years ago) • Carbon 12 versus Carbon 13 Range of dates: 4.1 to 3.85 B years ago Conclusions – Life arose late in the Hadean Eon – Life colonized planet in very short time frame (< 500 M years)
(1-m)n = qn-Q / q0 - Q
Rh血型的一个等位基因R； 非洲黑人q0=0.630 美国白人Q0=0.028 美国黑人q10=0.446 计算200－300年以来，每代由白人导入黑人的群体中 的基因占黑人群体的比例。
(1-m)10=q10- Q / q0- Q =0.446 -0.028 / 0.630 - 0.028 m=0.036 白人每代迁入基因比例0.036
例题：某一1000人群中MN血型的分布是 M MN N 250 500 250 M的频率：(250×2+500)/1000×2=0.5 N的频率：(250×2+500)/1000×2=0.5
◆ 基因型频率：一个群体中不同基因型所占的比率。 全部基因型频率的总和等于1。 ◆ 群体遗传结构：群体中各种等位基因的频率以及由 不同的交配体制所产生的各种基因型在数量上的分布。 ◆ Hardy-Weinberg定律：在一个大的随机交配的群 体内，基因型频率在没有迁移、突变和选择的理想条件下， 世代相传保持不变。由英国数学家Hardy，G. H和德国医学 家Weinberg，W于1908年提出。
新的重复基因 向新基因过渡的重复基因 保留部分功能的重复基因 细胞分裂，DNA复制，基础代谢等重要的基因 少有重复的多余基因。与发育或涉及生物多样 性的多功能域基因冗余。

非编码序列的改变




人类中仅仅有98%的ＤＮＡ是非编码序列。没有选择 压力，基因组积累了大量的变异。 非编码序列有未知的功能 玉米中转座因子MITE序列，在225kb中有33个重 复，在基因两侧。原来认为是没有生物功能的序列， 现发现它与ＤＮＡ复制和调控有关。 自私DNA: 本身没有功能，进化中处于中性，只是伴 随编码DNA复制并遗传。 内含子起源：GT－AG真核中的内含子，细菌中没有。 晚起源与早起源学说


当纯合隐性个体致死或不能生育时，隐性基 因a的频率q改变如下： q1=q/(1+q0 ) q2=q/(1+2q0 ) q3=q/(1+3q0 ) … q4=q/(1+nq0 ) n=1/qn－1/q0
选择对显性个体不利时基因A频率p的改变
AA Aa aa 合计 A频率
p0
初始频率 P2 2pq 适合度 1-s 1-s 选择后频率 P2(1-s) 2pq(1-s) 相对频率 p2(1-s) 2pq(1-s) 1-sp(2-p) 1-sp(2-p)
q2 1 1 q2 1-sp(2-p) q 2 p - sp 1-sp(2-p) 1-sp(2-p)
选择一代后p的改变: (p-sp)/[(1-sp(2-p) ] - p = -sp(1-p)2/1-sp(2-p)