第七章 群体遗传学
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群体遗传学
群体遗传学群体遗传学：是研究在演化动力的影响下，等位基因的分布和改变。
演化动力包括自然选择、性选择、遗传漂变、突变以及基因流动五种。
通俗而言，群体遗传学则是在种群水平上进行研究的遗传学分支。
它也研究遗传重组，种群的分类，以及种群的空间结构。
同样地，群体遗传学试图解释诸如适应和物种形成现象的理论。
群体遗传学是现代进化综论出现的一个重要成分。
该学科的主要创始人是休厄尔·赖特、约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹和罗纳德·费雪，他们还曾经为定量遗传学的相关理论建立基础。
传统上是高度数学化的学科，现代的群体遗传学包括理论的，实验室的和实地的工作。
计算方法常使用溯祖理论，自1980年代发挥了核心作用。
理论：1、分子钟：分子水平的恒速变异，或分子进化速率在不同种系中恒定。
2、中性理论：进化过程中的核苷酸置换绝大部分是中性或者接近中性的突变随机固定的结果，而不是正向达尔文选择的结果。
许多蛋白质多态性必须在选择上为中性或者接近中性，并在群体中由突变维持平衡。
3、同源性状：两个物种中有两个性状(状态)满足以下两个条件中的任意一个:它们与这些物种的及先类群中所发现的某个性状相同；它们是具有祖先—后裔关系的不同性状。
直系同源的序列因物种形成而被区分开：若一个基因原先存在于某个物种，而该物种分化为了两个物种，那么新物种中的基因是直系同源的。
旁系同源的序列因基因复制而被区分开：若生物体中的某个基因被复制了，那么两个副本序列就是旁系同源的。
直系同源的一对序列称为直系同源体，旁系同源的一对序列称为旁系同源体。
4、祖先类群：如果一个类群(物种)至少有一个子裔类群，这个原始的类群就称为祖先类群。
5、单系类群：包含一个祖先类群所有子裔的群组称为单系类群，其成员间存在共同祖先关系。
6、并系类群和复系类群：不满足单系类群要求，各成员间又具有共同祖先特征的群组称为并系类群；各成员既不具有共同衍生特征也不具有共同祖先特征，只具有同型特征的分类群组称为复系类群。
【医学遗传学】第七章 群体遗传学
基因频率和基因型频率
基因频率(gene frequency)是指群体中某一 基因占该基因座位上全部等位基因的比率。基 因频率反映该基因在群体中的相对数量。
任何一个基因座上的全部等位基因频率之 和等于1。一个群体中所有个体所具有的全部 基因称为基因库(gene pool)。
群体遗传学
基因频率和基因型频率
群体遗传学
Hardy-Weinberg 定律 遗传平衡定律(law of genetic equilibrium)
DH.Hardy
W.Weinberg
Hardy-Weinberg定律
❖ 有一对等位基因 A 和 a
基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q
pq 1
❖ 基因型频率按下列分布展开
卵 f (A)＝p 子 f (a)＝q
近亲是指互相之间有共同祖先的人们，如果他 们之间通婚则称为近亲婚配(consanguineous marriage，inbreeding)。
❖ 近婚系数
由于近亲婚配，子女在等位基因座上得到一对 相 同 基 因 的 概 率 ， 称 为 近 婚 系 数 (inbreeding coefficient)。
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
复等位基因 ( IA, IB, i )
f (I A) p f (I B) q p q r 1
f (i) r
( p q r)2 p2 2 pq q2 2qr r2 2 pr 1
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
S X1X1
X2X2
F=0
X3X3
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数——堂兄妹
动物遗传学-群体遗传学基础
01
结构变异 染色体数目变异
4
突变是进化的原动力；可以形成新基因，为选择提供原材料；可以改变基因频率
5
突变mutation
1
突变 变异 遗传重组
2
基因突变 染色体畸变
3
315
6
在群体中，突变往往分为正、反突变，即： A a
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，再通过基因型频率计算出基因频率，所用公式为：
P＝D＋1/2H； q＝R＋1/2H
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。在牛群中白、沙、红三种毛色分别占35％，50％和15％，于是基因频率分别为：
3．在平衡群体中，基因频率和基因型频率的关系为： D=P2 H=2pq R=q2
1/2，就绝对不是平衡群体。
利用这个性质可知，只要
三、平衡群体的性质
01
性质2：杂合子频率是两个纯合子频率乘积平方根的二倍。
02
H＝2（DR）0.5
03
检测群体是否平衡的简便方法：两个性质
平衡定律的证明
01
在一个牛群中，红色个体的比例为60％，沙毛 个体为40％，白色为0，试计算各代的基因频率和基因型频率。
4
p=(2n1+n2)/2N=D+1/2H
01
q=(2n3+n2)/2N=R+1/2H
02
一对等位基因
基因型频率与基因频率的性质
01
同一位点的各基因频率之和等于1 即： p+q=1
02
群体中同一性状的各种基因型频率之和等于1 即：D＋H＋R＝1
《医学遗传学》第七章 群体遗传
(2)预期理论值（C）：各基因型频率分别与调查总人数相乘即得出各基因型的理论值。 ①基因频率的计算：
②基因型频率的计算：
根据 Hardy-Weinberg 定律，达遗传平衡时，应有 p2+2pq+q2＝1
在具体的群体中，各基因型的理论人数为各基因型频率与总人数(n)的乘积。即 MM＝np2＝ 1788×（0.4628）2＝382.96
[0.107 即纯合子频率；(1-0.107)是显性显性纯合子和杂合子的频率。]
3.计算χ2 值 =
=4.57 自由度(ν)＝(4-1)(3-1)=6 查χ2 界值表得：在ν＝6 时，χ20.75＝3.45；χ20.5＝5.35 3.45＜χ2＜5.35，∴0.5＞P＞0.75， 接受检验假设。 (四)检验苯硫脲尝味能力为二双等位基因的遗传假设 不讲。 第三节 影响群体基因频率的因素(一)：突变和选择 自然界中不可能有真正意义上的理想群体，只能有近似理想条件的群体。我们可以从理想群 体出发，将适用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观的真实群体的情况，最终获得真 实群体的遗传结构及其变化的一般规律。 一、突变对遗传平衡的影响 对一个给定的群体，导致群体遗传组成发生变异的原因主要有三个方面： （1）基因突变
3.确定 P 值和作出推断结论
P 值是指由检验假设所规定的群体中作随机抽样，获得等于及大于（或等于及小于）α值的 概率。根据 P 值确定拒绝或接受假设。
接受：当 p 值＞α时，接受假设。即两组数据之间的差异是由偶然因素造成的可能性＞0.05， 不是小概率事件，我们只好接受它。
拒绝：当 p 值≤α时，拒绝假设。即两组数据之间的差异是由偶然因素造成的可能性＜0.05， 是小概率事件，发生的可能性不大，我们不能接受它。
群体遗传学ppt课件
引言
群体或种群（population）是指生活在某一
地区的、能正常杂交繁衍后代的个体群。这样
的群体也叫孟德尔式群体（Mendelian
population）。
基因变异是人类进化的基础,构成了群体中的 个体多样性
不同人种
我国不同民族人群
群体遗传学（Population Genetics） 是研究群体的遗传结构，即基因频率和基 因型频率，应用数学手段研究群体中遗传结构 的变化规律及影响因素的学科。
可以看出在这一群体中第一代和第二代的 基因型频率是一致的。实际上无论经过多少代， 基因型频率将保持不变，每种基因型的个体数 量随着群体大小而增减，但是相对频率不变， 这就是Hardy-Weinberg平衡的推理。
二、Hardy-Weinberg平衡律的应用
1、Hardy-Weinberg平衡判定
例1：某一基因座的一对等位基因A和a，有三种基因型 AA，Aa／aA和aa，在随机1000人的群体中，观察 的基因型分布如下：AA为600人、Aa／aA为340人、 aa为60人。该群体是否实现了遗传平衡？ 先求算基因频率： A =p=AA+1/2Aa=600/1000+1/2x340/1000 =0.77 a=q=aa+1/2Aa=60/1000+1/2x340/1000 =0.23 （将A=p=0.77,a=q=0.23代 入下表）
不同基因型频率的预期值和观察值
预期值（e) 基因型
观察值(o)
AA
Aa/aA aaΒιβλιοθήκη 592.9(p2×1000)
354.2(2pq×1000) 52.9(q2×1000)
600
340 60
第七章 群体遗传学
血 型
基因型 基因型频率
A
IAIA, IAi p2＋2pr
B
IBIB, IBi q2＋2qr
O
ii r2
AB
IAIB 2pq
第二节
影响遗传平衡的因素
Hardy-Weinberg平衡定律仅适用于无选择、无突变、
随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在
自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发，将这
达到了这种状态，就是一个遗传平衡的群体。
群体很大或者无限大 随机婚配 没有突变 没有选择 没有大规模的个体迁移和漂变
Hardy-Weinberg 定律
每个世代基因频率保持不变
p q 1
基因型频率按下列分布展开
精子 f (A)＝p 卵 子 f (A)＝p f (a)＝q p2 pq f (a)＝q pq q2
Hardy-Weinberg 定律的应用基因
2、常染色体显性遗传病(AD)
a 基因频率q ＝ q2 ＝ 正常人的频率 A 基因频率p ＝ 1－ q
D ＋ H ＝ p2 ＋ 2pq
H ＝ 2pq =2p（1-p）=2p - p2 ≈ 2p
p ＝ 1/2H
Hardy-Weinberg 定律的应用
3、X连锁基因
例如：XR
等位基因位于X染色体上，男性只有一条X染色体
男性的发病率=致病基因频率
女性的发病率=(致病基因频率 )2
红绿色盲在男性中占7% 致病基因频率q=0.07,
女性红绿色盲发病率预期应为q2=(0.07)2=0.0049，这与实
际观察到的数值0.5%是很相近的 女性携带者频率2pq=2(1-q)q=2q-2q2=2q=2×0.07=0.14
基因型 基因型频率
A
IAIA, IAi p2＋2pr
B
IBIB, IBi q2＋2qr
O
ii r2
AB
IAIB 2pq
第二节
影响遗传平衡的因素
Hardy-Weinberg平衡定律仅适用于无选择、无突变、
随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在
自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发，将这
达到了这种状态，就是一个遗传平衡的群体。
群体很大或者无限大 随机婚配 没有突变 没有选择 没有大规模的个体迁移和漂变
Hardy-Weinberg 定律
每个世代基因频率保持不变
p q 1
基因型频率按下列分布展开
精子 f (A)＝p 卵 子 f (A)＝p f (a)＝q p2 pq f (a)＝q pq q2
Hardy-Weinberg 定律的应用基因
2、常染色体显性遗传病(AD)
a 基因频率q ＝ q2 ＝ 正常人的频率 A 基因频率p ＝ 1－ q
D ＋ H ＝ p2 ＋ 2pq
H ＝ 2pq =2p（1-p）=2p - p2 ≈ 2p
p ＝ 1/2H
Hardy-Weinberg 定律的应用
3、X连锁基因
例如：XR
等位基因位于X染色体上，男性只有一条X染色体
男性的发病率=致病基因频率
女性的发病率=(致病基因频率 )2
红绿色盲在男性中占7% 致病基因频率q=0.07,
女性红绿色盲发病率预期应为q2=(0.07)2=0.0049，这与实
际观察到的数值0.5%是很相近的 女性携带者频率2pq=2(1-q)q=2q-2q2=2q=2×0.07=0.14
群体遗传学
核心问题
• 群体的基因频率如何变化？
• 决定因素有哪些？
• 这些因素又是怎样作用于群体并导
致群体基因频率发生变化的？
群体
一个物种生活在某一地区内的、能相互 杂交的个体群。
基因池(Gene pool)：
一个群体中所有个体所共有的全部 遗传信息。
如何描述？
• 遗传结构：
指群体中各种基因的频率，以及
• 一次随机交配后所产生的子一代基因型 频率为：D1=p2=0.62=0.36； H1=2pq=2×0.6×0.4=0.48； R1=q2=0.42=0.16； • 子一代的基因频率同亲代相同： p1=D1+H1/2=0.36+0.48/2=0.6=p q1=R1+H1/2=0.16+0.48/2=0.4=q
• 常染色体，共显性等位基因
以M-N血型为例，我们在上海居民中抽样 调查了1788人的M-N血型，其中397人M型， 861人MN型，530人N型。据MN血型的遗传模式 可知，每个M型个体带有两个LM基因，每个 MN型个体带有一个LM基因和LN基因，每个N 型个体带有两个LN基因。 LM：p=（397×2+861）/(1788×2)=0.4628
选择
自然选择（natural selection）和 人工选择（artificial selection） 都是导致基因频率变化的重要因素， 就人而言，导致基因频率变化的主要 选择因素是自然选择。
自然选择——进化的推动力
• 自然选择是作用在不同的遗传变异 体的的生活力和繁殖力的差别，增 高或降低个体的适合度（fitness）。 • 适合度 是指一个个体能生存并 把基 因传给下一代的能力，可用在同一 环境下不同个体间的相对生育率来 衡量。
医学遗传学群体遗传 ppt课件
ppt课件 29
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=27/108÷582/457=0.20
ppt课件
30
选择的作用在于增高或降低个体的适合 度，一般用选择系数（selection coefficient， S） 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。
即
u=Sq2
ppt课件
35
例如，苯丙酮尿症是一种隐性遗传病， 在我国人群中的发病率约为1／16500，即 0.00006。 已知这种病患者的f=0.15 所以 S=0.85。 u=Sp2
代人公式
=0.85×0.00006
=51×10-6/代。
ppt课件 36
（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XAXa状态存在而不受选择 的影响 女性XaXa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1/3Sq的致病基因被淘汰， u=1/3Sq
ppt课件 8
第二节
遗传平衡定律
1908年，英国数学家Hardy和德国内科医
生Weinberg分别同时提出——遗传平衡定律。 ※ 内容： 在一定条件下，群体的基因频率和基因型频 率在一代一代繁殖传代中保持不变。
ppt课件
9
※ 条件：
在一定的条件下
①群体很大
②随机交配
③没有自然选择
④没有突变发生
⑤没有个体的大规模迁移
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=27/108÷582/457=0.20
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30
选择的作用在于增高或降低个体的适合 度，一般用选择系数（selection coefficient， S） 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。
即
u=Sq2
ppt课件
35
例如，苯丙酮尿症是一种隐性遗传病， 在我国人群中的发病率约为1／16500，即 0.00006。 已知这种病患者的f=0.15 所以 S=0.85。 u=Sp2
代人公式
=0.85×0.00006
=51×10-6/代。
ppt课件 36
（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XAXa状态存在而不受选择 的影响 女性XaXa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1/3Sq的致病基因被淘汰， u=1/3Sq
ppt课件 8
第二节
遗传平衡定律
1908年，英国数学家Hardy和德国内科医
生Weinberg分别同时提出——遗传平衡定律。 ※ 内容： 在一定条件下，群体的基因频率和基因型频 率在一代一代繁殖传代中保持不变。
ppt课件
9
※ 条件：
在一定的条件下
①群体很大
②随机交配
③没有自然选择
④没有突变发生
⑤没有个体的大规模迁移
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12
如果这个群体是遗传平衡群体，基因型频率应符合 p2 + 2pq + q2 = 1 即 AA Aa aa
0.49 0.42 0.09
F1
精子
A（0.70） AA(0.49) Aa(0.21)
a (0.30) Aa (0.21) aa (0.09)
卵子 A(0.70） a(0.30)
但实际情况是亲代AA为0.6，Aa为0.2，aa为0.2，所 以该群体是一个遗传不平衡群体。
即： AA频率为0.4 Aa频率为0.6 aa频率为0 A = (0.4*2 + 0.6*1)/2 = 0.7 a = (0.6*1+0*2)/2 = 0.3
Hardy-Weinberg平衡定律
• 即在一个大群体中，如果是随机婚配， 没有突变，没有自然选择，没有大规模 迁移所致的基因流，群体中的基因频率 和基因型频率一代代保持不变。
2
群体遗传学------是研究群体的遗传 结构及其演变规律的遗传学分支学科。
• 它研究群体中的基因频率、基因型频率和相对 应的表型在群体中的分布特征和变化规律； • 影响基因频率的各种因素，如基因突变、自然 选择、近亲结婚、遗传漂变以及人口移居等。 • 生物进化的过程实质上是群体中基因频率的演 变过程，所以群体遗传学也是进化论的理论基 础。
14
卡方检验
• 四格表资料的卡方检验： • 卡方值=(ad-bc)2*n/(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)， 自由度v=(行数-1) *(列数-1)。
等位基因1 等位基因2 预期值 观察值 a c b d
目前可采用HWE软件作X2检验判定基因型的Hardy-Weinberg 平衡吻合度(/software/utilities )。
32
x1y P1
x2 x3 P2
姨表兄妹结婚:
p1将基因X1传给B1的概率为1， B1将X1传给C1概率为1/2，而C1 将X1的传给S概率为1，所以P1 经B1 、C1将X1传给S的概率为 1×1/2 ×1=1/2； p1将X1的传给B2的概率为1 ， B2将X1传给C2概率为1/2 ， C2 将X1的传给S概率为1/2，故P1 经B2 、C2将X1传给S的概率为: 1×1/2×1/2=1/4。
28
A1A1 A2A2
S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A3
P1
P2 B2
从表兄妹结婚： 在从表兄妹结婚的情况 下，基因的传递比表兄妹 结婚又多了2步，所以其 子女的近婚系数为 F=4×(1/2)8=1/64
29
B1
C1
C2
SC2
A1A1 A2A2 A3A3
SC2
S
A4A4
根据以上的几种婚配形式，就可以 看出，基因的传递每增加一步，F值就 降低一半，以上的情况考虑近亲系数 时，因为都有4条路线可以使某一等位 基因纯合，所以计算时都要乘以系数4。
26
S
A1A2
A3A4
舅甥女结婚:
P2 P 的等位基因A 经B 传到S需 1 1 1
P1
B1
要2步，经B2和C传到S需要3 步，所以S基因型为A1A1共需 B2 传递5步，其概率为(1/2)5。 同理，S得到A2A2 、A3A3、 A4A4的概率也是(1/2)5。 C1
A1A1 A2A2
因此，舅甥女间结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)5=1/8
25
常染色体近婚系数（F） 同胞兄妹的近婚系数。
A1A2 A3A4 1/2 1/2
P1
1/2
P2
1/2
B1
1/2 1/2 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4
B2
P1的等位基因A1经B1传到S需 要2步，经B2传到S需要2步， 所以S基因型为A1A1共需传递4 步，其概率为(1/2)4。同理， S得到A2A2 、A3A3、A4A4的概 率也各是(1/2)4。 因此，兄妹结婚所生子女的近 婚系数（F）为： F=4×(1/2)4=1/4
C1
C2
S
x1 x1 x2 x2 x3 x3
34
x1y P1
x2 x3 P2
舅表兄妹结婚: p1将基因X1尽管可以通过 B1 、 C1传给S，但却不能 通过B2传给S，所以X1不 能在S纯合，即形成的概率 为0，X2X3经6步才可使S 纯合 故，舅表兄妹X连锁基因的 近婚系数为： F=0+2×1×(1/2)4=1/8
30
半同胞兄妹婚配：
A1A2 A3A4 A5A6
他们之间只有一个共同 祖先，传递的路线只有 两条，只有P2等位基因
A3A3和A4A4在S个体可
仅有两条 路线可以使成为纯合子。
A3A3 S A4A4
其近婚系数为：
F=2×(1/2)4=1/8
31
X连锁基因的近婚系数 X染色体连锁基因在传递过程中与常染色 体基因的传递存在着差别。这是因为男性只有 一条X染色体，为半合子，而且男性的X染色体 上的基因必定传给女儿，不可能传给儿子，即 男性的X染色体上的基因传给女儿的概率是1， 传给儿子的概率为0。而女性的X染色体上的基 因向后代传递规律和常染色体一样，传给儿子 和女儿的概率均为1/2。
10
Hardy-Weinberg平衡的判定
• 根据遗传平衡的概念，一个群体中的基 因频率和基因型频率是否达到平衡，只 要求出群体的基因频率，计算出下一代 的基因型频率和该群体现在的基因频率 进行对比，就可以得出结论。 • 如果两代的基因型频率相同，就是遗传 平衡群体，否则就是不平衡的群体。
11
某个群体 100人，AA 60人，Aa 20人，aa20人。 这是一个遗传平衡群体吗？ 先计算这个群体基因型频率，再计算基因频率。 基 因 型 数 量 频 率 AA 60 0.60 Aa 20 0.20 Aa 20 0.20 总计 100 1.0 基因A的频率 p=0.6+0.2/2=0.7 基因a的频率 q=0.2+0.2/2=0.3 p+q=0.7+0.3 = 1
• XR:等位基因位于X染色体上，男性只有一条X 染色体,男性的发病率 = 致病基因频率；女性的 发病率=(致病基因频率 )2。男女发病率比为 1/q，因此通常男性高发。
21
影响遗传平衡的因素
• • • • • 非随机婚配 选择 突变 遗传漂变 基因流
22
一、非随机婚配
• 随机婚配指无须考虑配偶的基因型来选择配偶； • 非随机婚配比较常见的类型有两种：
• 基因频率：群体中等位基因的频率。 • 基因频率是个相对值，是指一种等位基因占该位点 上全部等位基因的比率，一般用小数表示。 • 群体中某一基因的频率可从基因型频率推算得出。
A a A A A a A A A a
即： 基因A频率为0.7 基因a频率为0.3 A(0.7) + a(0.3) = 1
• 一个群体中白化病的发病率为1/40000，求致病 基因频率和携带者频率。 已知白化病是AR病，按遗传平衡定律计算： aa=q2=1/40000 a=q=√1/40000=1/200 A= p=1 - q=1 - 0.005=0.995 ≈1 Aa=2pq=2×1×1/200≈1/100 在这个群体中，致病基因a的频率为1/200， 携带者的频率约为1/100。
23
近亲的程度可以用亲缘系数（coefficient of relationship，r）来表示。亲缘系数指有共同祖先的 两个人，在某一基因座上带有相同基因的概率。
24
• 近亲婚配中的2人，他们可能从共同祖先 继承到同一基因，婚后又可能把同一基 因传递到他们子女，这样，子女的这一 对基因就是相同的。 • 近亲婚配使子女得到这样一对相同基因 的概率，称为近婚系数（inbreeding coefficient，F）。
第七章 群体遗传学
第一节 群体的遗传平衡 第二节 影响遗传平衡的因素 第三节 遗传负荷 第四节 群体中的遗传多态现象
1
教学目的
• Hardy-Weinberg平衡定律 • 影响遗传平衡的因素 • 基因频率、遗传漂变、建群者效应、遗 传负荷、适合度、选择系数的概念 • 区别亲缘系数与近亲系数的概念。 • 区别突变负荷和分离负荷的概念 • 群体遗传多态性现象的类型
27
S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A4
表兄妹结婚:
P2
P1
B1
B2
C1
C2
P1的等位基因A1经B1和C传 到S需要3步，经B2和C1传 到S需要3步，所以S基因型 为A1A1共需传递6步，其概 率为(1/2)6。同理，S得到 A2A2 、A3A3、A4A4的概率也 是(1/2)6。 因此，表兄妹结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)6=1/16
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常染色体显性遗传病的基因频率
• • • • 群体发病率：D+H=p2+2pq； p2→0，故发病率≈H=2pq； p→0，q→1，故发病率≈H=2pq≈2p； 故 p =1/2 H。
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X连锁基因的频率
• 红绿色盲在男性中占7%, 求女性发病率和携带者频率？
已知红绿色盲是XR病，致病基因频率q=0.07, 女性红绿色盲发病率预期应为q2=(0.07)2=0.0049，这与实际观察 到的数值0.5%是很相近的，由于数值过小，所以很少看到女性 红绿色盲的患者。 女性携带者频率2pq≈ 2q =2×0.07=0.14。
群体遗传学所研究的对象称为孟德尔群体。 孟德尔群体------是指生活在某一地区的、能相互杂交 （交配）的个体群。属于同一群体的个体彼此有相互杂交 的机会。 群体有广义和狭义之分，广义的群体是指同一物种的 所有成员，如全世界所有的人类就是一个大的群体。狭义 的群体是指某一地区内彼此能交配的个体群，
如果这个群体是遗传平衡群体，基因型频率应符合 p2 + 2pq + q2 = 1 即 AA Aa aa
0.49 0.42 0.09
F1
精子
A（0.70） AA(0.49) Aa(0.21)
a (0.30) Aa (0.21) aa (0.09)
卵子 A(0.70） a(0.30)
但实际情况是亲代AA为0.6，Aa为0.2，aa为0.2，所 以该群体是一个遗传不平衡群体。
即： AA频率为0.4 Aa频率为0.6 aa频率为0 A = (0.4*2 + 0.6*1)/2 = 0.7 a = (0.6*1+0*2)/2 = 0.3
Hardy-Weinberg平衡定律
• 即在一个大群体中，如果是随机婚配， 没有突变，没有自然选择，没有大规模 迁移所致的基因流，群体中的基因频率 和基因型频率一代代保持不变。
2
群体遗传学------是研究群体的遗传 结构及其演变规律的遗传学分支学科。
• 它研究群体中的基因频率、基因型频率和相对 应的表型在群体中的分布特征和变化规律； • 影响基因频率的各种因素，如基因突变、自然 选择、近亲结婚、遗传漂变以及人口移居等。 • 生物进化的过程实质上是群体中基因频率的演 变过程，所以群体遗传学也是进化论的理论基 础。
14
卡方检验
• 四格表资料的卡方检验： • 卡方值=(ad-bc)2*n/(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)， 自由度v=(行数-1) *(列数-1)。
等位基因1 等位基因2 预期值 观察值 a c b d
目前可采用HWE软件作X2检验判定基因型的Hardy-Weinberg 平衡吻合度(/software/utilities )。
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x1y P1
x2 x3 P2
姨表兄妹结婚:
p1将基因X1传给B1的概率为1， B1将X1传给C1概率为1/2，而C1 将X1的传给S概率为1，所以P1 经B1 、C1将X1传给S的概率为 1×1/2 ×1=1/2； p1将X1的传给B2的概率为1 ， B2将X1传给C2概率为1/2 ， C2 将X1的传给S概率为1/2，故P1 经B2 、C2将X1传给S的概率为: 1×1/2×1/2=1/4。
28
A1A1 A2A2
S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A3
P1
P2 B2
从表兄妹结婚： 在从表兄妹结婚的情况 下，基因的传递比表兄妹 结婚又多了2步，所以其 子女的近婚系数为 F=4×(1/2)8=1/64
29
B1
C1
C2
SC2
A1A1 A2A2 A3A3
SC2
S
A4A4
根据以上的几种婚配形式，就可以 看出，基因的传递每增加一步，F值就 降低一半，以上的情况考虑近亲系数 时，因为都有4条路线可以使某一等位 基因纯合，所以计算时都要乘以系数4。
26
S
A1A2
A3A4
舅甥女结婚:
P2 P 的等位基因A 经B 传到S需 1 1 1
P1
B1
要2步，经B2和C传到S需要3 步，所以S基因型为A1A1共需 B2 传递5步，其概率为(1/2)5。 同理，S得到A2A2 、A3A3、 A4A4的概率也是(1/2)5。 C1
A1A1 A2A2
因此，舅甥女间结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)5=1/8
25
常染色体近婚系数（F） 同胞兄妹的近婚系数。
A1A2 A3A4 1/2 1/2
P1
1/2
P2
1/2
B1
1/2 1/2 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4
B2
P1的等位基因A1经B1传到S需 要2步，经B2传到S需要2步， 所以S基因型为A1A1共需传递4 步，其概率为(1/2)4。同理， S得到A2A2 、A3A3、A4A4的概 率也各是(1/2)4。 因此，兄妹结婚所生子女的近 婚系数（F）为： F=4×(1/2)4=1/4
C1
C2
S
x1 x1 x2 x2 x3 x3
34
x1y P1
x2 x3 P2
舅表兄妹结婚: p1将基因X1尽管可以通过 B1 、 C1传给S，但却不能 通过B2传给S，所以X1不 能在S纯合，即形成的概率 为0，X2X3经6步才可使S 纯合 故，舅表兄妹X连锁基因的 近婚系数为： F=0+2×1×(1/2)4=1/8
30
半同胞兄妹婚配：
A1A2 A3A4 A5A6
他们之间只有一个共同 祖先，传递的路线只有 两条，只有P2等位基因
A3A3和A4A4在S个体可
仅有两条 路线可以使成为纯合子。
A3A3 S A4A4
其近婚系数为：
F=2×(1/2)4=1/8
31
X连锁基因的近婚系数 X染色体连锁基因在传递过程中与常染色 体基因的传递存在着差别。这是因为男性只有 一条X染色体，为半合子，而且男性的X染色体 上的基因必定传给女儿，不可能传给儿子，即 男性的X染色体上的基因传给女儿的概率是1， 传给儿子的概率为0。而女性的X染色体上的基 因向后代传递规律和常染色体一样，传给儿子 和女儿的概率均为1/2。
10
Hardy-Weinberg平衡的判定
• 根据遗传平衡的概念，一个群体中的基 因频率和基因型频率是否达到平衡，只 要求出群体的基因频率，计算出下一代 的基因型频率和该群体现在的基因频率 进行对比，就可以得出结论。 • 如果两代的基因型频率相同，就是遗传 平衡群体，否则就是不平衡的群体。
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某个群体 100人，AA 60人，Aa 20人，aa20人。 这是一个遗传平衡群体吗？ 先计算这个群体基因型频率，再计算基因频率。 基 因 型 数 量 频 率 AA 60 0.60 Aa 20 0.20 Aa 20 0.20 总计 100 1.0 基因A的频率 p=0.6+0.2/2=0.7 基因a的频率 q=0.2+0.2/2=0.3 p+q=0.7+0.3 = 1
• XR:等位基因位于X染色体上，男性只有一条X 染色体,男性的发病率 = 致病基因频率；女性的 发病率=(致病基因频率 )2。男女发病率比为 1/q，因此通常男性高发。
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影响遗传平衡的因素
• • • • • 非随机婚配 选择 突变 遗传漂变 基因流
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一、非随机婚配
• 随机婚配指无须考虑配偶的基因型来选择配偶； • 非随机婚配比较常见的类型有两种：
• 基因频率：群体中等位基因的频率。 • 基因频率是个相对值，是指一种等位基因占该位点 上全部等位基因的比率，一般用小数表示。 • 群体中某一基因的频率可从基因型频率推算得出。
A a A A A a A A A a
即： 基因A频率为0.7 基因a频率为0.3 A(0.7) + a(0.3) = 1
• 一个群体中白化病的发病率为1/40000，求致病 基因频率和携带者频率。 已知白化病是AR病，按遗传平衡定律计算： aa=q2=1/40000 a=q=√1/40000=1/200 A= p=1 - q=1 - 0.005=0.995 ≈1 Aa=2pq=2×1×1/200≈1/100 在这个群体中，致病基因a的频率为1/200， 携带者的频率约为1/100。
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近亲的程度可以用亲缘系数（coefficient of relationship，r）来表示。亲缘系数指有共同祖先的 两个人，在某一基因座上带有相同基因的概率。
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• 近亲婚配中的2人，他们可能从共同祖先 继承到同一基因，婚后又可能把同一基 因传递到他们子女，这样，子女的这一 对基因就是相同的。 • 近亲婚配使子女得到这样一对相同基因 的概率，称为近婚系数（inbreeding coefficient，F）。
第七章 群体遗传学
第一节 群体的遗传平衡 第二节 影响遗传平衡的因素 第三节 遗传负荷 第四节 群体中的遗传多态现象
1
教学目的
• Hardy-Weinberg平衡定律 • 影响遗传平衡的因素 • 基因频率、遗传漂变、建群者效应、遗 传负荷、适合度、选择系数的概念 • 区别亲缘系数与近亲系数的概念。 • 区别突变负荷和分离负荷的概念 • 群体遗传多态性现象的类型
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S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A4
表兄妹结婚:
P2
P1
B1
B2
C1
C2
P1的等位基因A1经B1和C传 到S需要3步，经B2和C1传 到S需要3步，所以S基因型 为A1A1共需传递6步，其概 率为(1/2)6。同理，S得到 A2A2 、A3A3、A4A4的概率也 是(1/2)6。 因此，表兄妹结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)6=1/16
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常染色体显性遗传病的基因频率
• • • • 群体发病率：D+H=p2+2pq； p2→0，故发病率≈H=2pq； p→0，q→1，故发病率≈H=2pq≈2p； 故 p =1/2 H。
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X连锁基因的频率
• 红绿色盲在男性中占7%, 求女性发病率和携带者频率？
已知红绿色盲是XR病，致病基因频率q=0.07, 女性红绿色盲发病率预期应为q2=(0.07)2=0.0049，这与实际观察 到的数值0.5%是很相近的，由于数值过小，所以很少看到女性 红绿色盲的患者。 女性携带者频率2pq≈ 2q =2×0.07=0.14。
群体遗传学所研究的对象称为孟德尔群体。 孟德尔群体------是指生活在某一地区的、能相互杂交 （交配）的个体群。属于同一群体的个体彼此有相互杂交 的机会。 群体有广义和狭义之分，广义的群体是指同一物种的 所有成员，如全世界所有的人类就是一个大的群体。狭义 的群体是指某一地区内彼此能交配的个体群，