课件：第八章群体遗传学.ppt

1,群体遗传学 （Population genetics),第八章,2,一对新婚夫妇，新郎是上海人，新娘是美国马萨诸塞州人。他们看到邻居家一对非近亲结婚的健康夫妇生了个苯丙酮尿症（PKU）患儿，很担忧将来自己的孩子也患此病，因此前来进行遗传咨询。 问题：这对夫妇可能生出PKU的患儿吗？风险多大？,基因频率和基因型频率,1.致病基因在人群中有多少？ 2.患者的基因型所占比例？,3,【基础知识】,等位基因（allele） ：控制着某一特定性状的一对基因（父源和母源），位于同源染色体相同位置。,等位基因遗传后代的 分离和自由组合定律,等位基因: A、a,配子 A a A AA Aa a aA aa,A,a,4,一、基因频率和基因型频率 基因，等位基因。 基因频率（gene frequency）：某个基因的比例。 某个群体：在所有等位基因中，某个基因所占的比。,第一节 群体的遗传平衡,如：群体中有等位基因AA,Aa,aa型, 求基因A所占 的比例-基因A的频率。,MN血型,共显性，求基因M和N的频率？ 基因型 表型 个体数 M / M M血型 233 M / N MN血型 385 N / N N血型 129 总计 747 M基因的频率（p）: p (233 2+385)/(7472) 0.57 N基因的频率(q): q 1-0.57 0.43,5,6,基因型频率（genotype frequency）： 一个群体中，带有某一种基因型个体数占总个体数（各种基因型之和）的比例。,基因型（genotype ） ： 等位基因的组合类型（控制某一特定性状）， 如AA、Aa、aa。,基因型 = 基因A（父）+ 基因a（母）,求NN基因型的频率？ 基因型 表型 个体数 M / M M血型 233 M / N MN血型 385 N / N N血型 129 总计 747 NN基因型频率(R): R129/747 0.173,7,二、遗传平衡定律 Hardy-Weinberg定律：在一定条件下，群体中的基因频率和基因型频率在世代传递中保持不变。 一定条件： 1、群体很大； 2、随机婚配； 3、没有突变发生； 4、没有某种形式的自然选择； 5、无大规模的个体迁移。,8,9,一个群体中： 等位基因A，a， A的频率为p，a的频率为q。 则： p q 100%=1 ， （ p q ）21 （ p q ）2= p 22pq q 2,基因型频率 AA Aa aa,遗传平衡公式数学推导,10,理想群体男女基因频率一致 (?)，则第二代基因型,0.7 0. 3,0.7 0.3,0.49,0.09,0.21,（ p q ）（ p q ）= （ p q ）2 = p 22pq q 2,AA= p 2 ； aa=q 2 ；Aa =2pq 所以，第二代群体中各个基因型的比例为 AA：Aa：aa p 2：2pq ：q 2,11,第二代基因频率的计算： p=AA+Aa/2=p2+pq=p(p+q)=pX1=p,基因频率不变,在理想状态下，个体的基因会正常传递，不会丢失或扩大。,Hardy-Weinberg定律： 在理想的群体中，各基因频率、基因型频率在传代中不变。 （ p q ）2=p 22pq q 2 二元一次方程,12,13,fAA、fAa和faa分别代表三种基因型个体的数量 fAAfAafaaN； D、H和R分别代表三种 基因型频率,基因型频率和基因频率换算关系,14,基因频率和基因型频率的换算关系,p:A频率；q:a频率,假设有一个100万人口的群体，某一对等位基因A和a，AA个体有60万人，Aa个体20万人，aa个体也有20万人。 计算基因型AA、Aa和aa的频率： D =60/100=0.6 H =20/100=0.2 R =20/100=0.2 计算该群体中基因A和a的基因频率： p =D +1/2H =0.6+0.2/2=0.7 q =R +1/2H =0.2+0.2/2=0.3,15,例题：,16,复等位基因的遗传平衡公式,基因频率,A1 A2 A3,17,(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pr+2pq+2qr=1,A型= p2 + 2pr，B型= q2+2qr，AB型=2pq，O型= r2,ABO血型,18,A基因的频率为p，a基因的频率为q。 （ p q ）2= p 2 2pq q 2,基因型频率 AA Aa aa,知识点回顾,19,二、遗传平衡定律的应用,1、遗传平衡群体的判定,（ p q ）2= p 2 2pq q 2,基因型 表型 个体数 M / M M血型 397 M / N MN血型 861 N / N N血型 530 总计 1788 M基因频率: p MM + 1/2 MN =(397/1788) +1/2 (861/1788) 0.4682 N基因的频率: q 1-0.57 0.5372,20,公式：p =D +1/2H q =R +1/2H,（ p q ）2= p 2 2pq q 2 ? X2 实际情况 AA Aa aa,21,X2检验群体中实际观察数与平衡期望数值的差异,查表，自由度=n-1,p0.1,（p 0.468， q 0.537 ）,22,2、用于AR病基因频率的计算 我国人群中白化病（AR）的群体发病率1/20000，求致病基因和正常基因的频率以及基因型频率。 aa基因型 q2=1/20000 a基因频率 q= 1/20000 =0.007 A基因频率 p=1-q=1-0.007=0.993 AA基因型 p2=0.9932=0.986 Aa基因型 2pq=20.993 0.007 0.014=1/70,AA= p 2 ； aa=q 2 ；Aa =2pq,AR致病基因以杂合子携带者方式存在于群体中。,AR发病率=aa=q2,23,AD患者的基因型是什么？ 患者为AA、Aa型： 发病率=AA+Aap 22pq 实际上，群体中AD病多为杂合子Aa发病。 p很小，可忽略p2 ，发病率 2pq, p+q=1, q 1, 发病率2p p （1/2） 发病率 丹麦某地区软骨发育不全性侏儒发病率为1/10000，求 致病基因及正常基因频率。 致病基因频率 p（1/2）1/100000.00005 正常基因a的频率 q1-p 0.99995,3、AD病基因频率的计算,AD发病率2pq, p很小，q1 所以,4、X染色体连锁基因的频率计算 男性只有1条X染色体，其基因频率于女性是否相同？ 红绿色盲，XR，男性发病率为7%。计算女性发病率？ 性别 基因型 表现型 基因频率 发病率 男性 XaY 色盲 q 0.07 XAY 正常 p 0.93 女性 XaXa 色盲 q 2 (0.07)20.0049=0.49% XAXa 携带者 2pq 2 0.93 0.07 0.13=13%,24,携带者比例很大,第二节 影响群体遗传平衡的因素 一、突变 某一个等位基因发生突变，变成新的等位基因形式。 A A - A a 正向突变 pu A a 回复突变 qv 突变率: n 10-6/基因/代，可遗传,25,26,？,27,二、选择 -致病基因的淘汰 基因型不同的生物体生存和传代能力。 （一）适合度（fitness） 某一基因型生存、留下后代的能力。 相对生育率（relative fertility） 例题：有人在丹麦进行调查，108名软骨发育不全性侏儒共生育了27个孩子，这些患者457个正常同胞共生育了582个孩子，则软骨发育不全性侏儒的适合度。 f（27/108）/（582/457） 0.,28,29,2019/4/19,30,可编辑,31,选择系数（selection coefficient，S） 指某一个基因型不利于生存、传代的程度。 基因淘汰率。 S 1 f,32,（二）群体基因突变率的计算,1.AD 致病基因A 群体自然突变率,（ p q ）2= p 22pq q 2 AA Aa aa,发病率 H=2pq ，H=2p, p=1/2*H,33,p =1/2*H,选择作用可以淘汰基因 -患者后代减少或没有后代,s = 1 - f,每代淘汰的基因 ： p= s X p,f 0， S 1 时， p （1/2）H=p ， A基因一代后全部消失,34,在遗传平衡体系内，基因、基因型频率不变，AA, p 不变。p为什么不变？,p v (A基因突变率),p （1/2 ）S H,v = （1/2 ）S H,p= s X p,在丹麦的某医院中，几年来所生94075名婴儿中有10 个是软骨发育不全性侏儒患者(AD).本病的适合度 f0.2,求软骨发育不全性侏儒基因的突变率? S 1-f1-0.2 0.8 H 10/94075 0.0001063 v （1/2 ）S H 0.5 0.8 0.0001063 42.5 10-6/代,35,v = （1/2 ）S H,36,2.AR疾病基因突变率,发病率 = aa基因型频率R = q2,每代基因淘汰率 q Sq2 = u（突变率）,（ p q ）2= p 22pq q 2 AA Aa aa,37,苯丙酮尿症(AR)在我国人群中的发病率为1/16500，本病的适合度为0.3,求苯丙酮尿症致病基因的突变率。 S 1-f 1-0.3 0.7 q2 1/165000.00006 u Sq2 0.7 0.00006 42 10-6/代,u = Sq2,（四）选择对X连锁隐性基因的作用 男 女 XAY、 XaY； XAXA, XAXa , XaXa 发病率= XaY + XaXa XaY= q 男性 XaY，一个X染色体，占群体的1/3。 v=(1/3)sq,38,39,v=(1/3)sp 例题：甲型血友病在男性中的发病率为0.00008,适合度为0.29,求甲型血友病的基因突变率。 S 1-w1-0.29 0.71 v（1/3）Sq （1/3） 0.71 0.00008 19 10-6/代,40,案 例,一对新婚夫妇，新郎是上海人，新娘是美国马萨诸塞州人，双方均无遗传病家族史，他们看到邻居家一对非近亲结婚的健康夫妇生了个苯丙酮尿症（PKU）患儿，很担忧将来自己的孩子也遭此厄运，因此前来进行遗传咨询。,查遗传学资料：上海人PKU发病率为1/16500，美国马萨诸塞州人PKU发病率为1/15000 。,1、如何计算这对夫妇生出PKU的患儿的概率？ 2、PKU致病基因的突变率是多少？,父母双方需要杂合子Aa才能出生aa: Aa(上海) + Aa（马萨诸塞州）,41,上海人PKU发病率为1/16500，美国马萨诸塞州人PKU发病率为1/15000 。,H=2pq2q,上海：H1=2q1=2X0.0078=0.0156= 15.6,马州：H2=2q2=2x0.0082=0.0163= 16.3,出生aa的可能性=1/4 15.6 16.3 =6.4 10-5,（ p q ）2= p 22pq q 2 AA Aa aa,42,PKU（AR）群体发病率为1/16500，已知该病的适合度为0.30，求其突变率？,突变率v Sq2=（1-0.3） (1/16500)=42.4X10-6,2、PKU致病基因的突变率是多少？,43,三 、遗传漂变,由群体小造成的基因频率较大的随机波动，称为遗传漂变。,四、 隔离,由于自然条件、宗教、民俗等因素形成的隔离，使该群体和其他群体没有基因交流。产生类似近亲婚配的遗传效应。,当一个群体起源于少数几个个体时，就会发生遗传漂变的极端情况，称为奠基者效应。最初几个个体就是奠基者。,44,具有某一基因频率群体的一部分个体因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中，并杂交定居，从而改变了迁入群体的基因频率，这种影响称为迁移压力。,五、迁移压力,45,1635，居住在中国东北地区的建州女真、海西女真、野人女真、蒙古、朝鲜、汉、呼尔哈、索伦、甚至一些俄罗斯人等多个民族纳入同一族名之下，满族自此形成。,八旗内部长期融合的过程中，他们已彻底融入了满族 。,满洲族- 满族,46,（一）近婚系数 1、近婚系数的概念 近亲婚配的子女从父母双方得到祖先同一基因而发生纯合形式的概率。 2、近婚系数的计算 （1）常染色体近婚系数,六 近亲婚配,47,近婚系数 F =4（1/2）6 =1/16,常染色体三级亲属近婚系数,48,A1A2 A3A4,近婚系数 F =4（1/2）8 =1/64,五级亲属 的近亲系数,（2）X染色体上基因近婚系数 特点： 男性只有一条X染色体，不能形成纯合子；只能计算女儿的F值。 当男 女时，不记入一次“1/2”的传递步数；当男 男时，X染色体不传递。,49,XX XY XX XY 女儿 儿子,50,近婚系数 F =（1/2）32X（1/2）5 =3/16,X连锁基因 的近婚系数,51,近婚系数 F =02（1/2）4 =1/8,52,X1Y X2X3,P1,P2,X1X1 X2X2 X3X3,S,姑表兄妹婚配X连锁基因的传递,C2,B2,C1,B1,近婚系数 F =0,53,近婚系数 F =0,三级亲属的近婚系数 常染色体基因 X连锁基因 1/16 姨表兄