《群体中的基因》PPT课件.ppt

范 勇 博士,工作单位：广州医学院第三附属医院妇科研究所 研究方向：动物克隆、胚胎干细胞、诱导多能干细胞 联系方式：81292065 ,第十章 群体中的基因,群体遗传学( Population Genetics ) ： 研究群体的遗传组成及其变化规律的 学科。,群体中的遗传平衡,【掌握】 1. HardyWeinberg定律的概念和适用条件。 2. 基因频率和基因型频率的计算。 3.基因库的概念。 【熟悉】遗传平衡定律的应用。 【了解】 群体、群体遗传学、遗传流行病学的概念。,突变和选择,【掌握】 1. 选择对常染色体显性基因、常染色体隐性基因、X连锁隐性基因的作用。 2. 适合度和选择系数的意义。 【熟悉】平衡多态、遗传负荷的概念。 【了解】 1.突变率的表达方式：回复突变、正向突变。 2. 选择压力增强和放松对遗传平衡的影响。 3.突变负荷、分离负荷的概念。,近亲婚配,【掌握】近婚系数的概念，常染色体基因和X连锁基因近婚系数的计算。 【了解】平均近婚系数的计算。近亲婚配的危害。,遗传漂变与迁移,【掌握】遗传漂变的概念。 【了解】遗传漂变对群体遗传平衡的影响。 迁移的概念和对群体遗传平衡的影响,第十章 群体中的基因,第一节 基本概念 群体(种群、孟德尔式群体)： 生活在某一地区彼此能相互交配的个体群。 群体遗传学： 研究群体的遗传组成及其变化规律的学科 医学群体遗传学(遗传流行病学): 通过研究致病基因在群体中的变化而揭示遗传病在群体中的发生、流行规律的学科,基因库(gene pool):一个群体所具有的全部遗传信息. 基因频率(gene frequency):群体中某一等位基因占该基因座所有等位基因的百分比.,人群某一个基因位点上有一对等位基因A、a; 可形成三种基因型：AA、Aa、aa,则： p+q=1; AA的基因型频率为p2； Aa的基因型频率为2pq; aa的基因型频率为q2 等位基因A、a 可形成三种基因型：AA、Aa、aa。这三种基因型个体在群体中的随机婚配组合： AAAA; AAAa; AAaa; AaAa; Aaaa aaaa,设：A 基因频率p a 基因频率q,例：在上述一个具有AA、Aa、aa的群体 中，生殖细胞只有两种：A、a配子, F1代群体的基因型频率: AA : Aa : aa = p2 : 2pq : q2 F1代男女性群体随机婚配，产生9种组合,AA = p2 Aa = pq Aa = pq aa = q2,亲代群体的基因频率和F1代基因型频率,F2代基因型频率,AA(p2) Aa(2pq) aa(q2) AA(p2) p4 2p3q p2q2 Aa(2pq) 2p3q 4p2q2 2pq3 aa(q2) p2q2 2pq3 q4,F1代婚配类型、频率与F2代基因型频率,F1代 F2代基因型频率 类型 频率 AA Aa aa AA AA p4 p4 AA Aa 4p3q 2p3q 2p3q AA aa 2p2q2 2p2q2 Aa Aa 4p2q2 p2q2 2p2q2 p2q2 Aa aa 4pq3 2pq3 2pq3 aaaa q4 q4,F2代基因型： AA = p4+ 2p3q + p2q2 = p2(p2+2pq+q2）= p2 Aa= 2p3q +2p2q2 + 2p2q2 + 2pq3 =2pq(p2 + 2pq+q2)=2pq aa = p2q2 + 2pq3 + q4 =q2(p2+2pq+q2)= q2, F2代群体的基因型频率: AA : Aa : aa = p2 : 2pq : q2,二、Hardy-Weinberg定律的应用 (一) Hardy-Weinberg平衡的判定 判定一个群体是否平衡群体,第二节 遗传平衡 一、Hardy-Weinberg定律,在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、迁移和自然选择的发生，则基因频率和基因型频率代代保持不变 p (A) + q (a) = 1 p2(AA) + 2pq (Aa) + q2 (aa) = 1 符合上述五个条件，则该群体为平衡群体, , ,此定律可分为3个部分： 第一部分是前提：理想群体：无穷大，随机 交配，没有突变、没有迁移和自然选择； 第二部分：是结论:基因频率和基因型频率逐 代不变； 第三部分：是关键随机交配一代以后基因型 频率将保持平衡。,例: 调查某一地区1000人的群体, 发现镰形细胞贫血症患者 (aa) 有200人，杂合子(Aa)有200人, 正常显性纯合子 (AA) 600人, 求这一群体A、a基因的频率？并判定该群体是否平衡群体？,解: 设 A基因频率: p AA基因型频率: p2 a基因频率: q Aa基因型频率: 2pq aa基因型频率: q2 关系式: p(A)= p2 + (2pq) =600/1000+ *200/1000=0.7 q(a) = q2 + (2pq)=200/1000+ *200/1000=0.3,上述1000人群体是否一个平衡群体？,方法1、已知：p=0.7 q=0.3 p+q=1 p2=0.6 2pq=0.2 q2=0.2 p2+2pq+q2=1 AA=p2 p2=0.72=0.490.6 Aa=2pq 2pq=20.70.3 =0.42 0.2 aa=q2 q2=0.32=0.09 0.2 所以该群体不是平衡群体。不平衡群体只要随机交配一代，后代就会达到平衡。,子一代基因频率不变：p=0.7 q=0.3,子一代（基因型比例发生变化）： p2(AA) = 0.49 2pq(Aa) = 0.42 q2(aa) = 0.09 p=0.7 q=0.3 p2=0.72=0.49=p2 2pq=20.70.3 =0.42=2pq q2=0.32=0.09 =q2 此群体平衡,（二）基因频率的计算,在一个平衡群体下： p = A q= a p+q=1 p2=AA 2pq=Aa q2=aa p2+2pq+q2=1 1. AR遗传病基因频率的计算: 例: 调查一个60000人的群体, 发现先天聋哑(AR) 病人有5人, 求该群体的正常和致病基因频率以及携带者频率? 解: 已知q2=5/60000 q=5/60000 = 0.009 p= 1-q = 0.991 2pq=20.991 0.009=1.81%,2. AD遗传病基因频率的计算:,例: 某地区调查100000人中有多指患者 (AD) 2人, 求这一地区的 p、q？ 解： p2 + 2pq = 2/100000 q2 = 1( p2+2pq ) = 1 2/100000 = 0.99998 q=0.99998 = 99.99% p = 1 99.99% = 0.01%,X连锁等位基因的频率,3. XR遗传病基因频率的计算:,例: 调查某一地区170000个男人, 其中119人患红绿色盲, 求该地区的p、q、携带者和患者频率？ 解：男性基因型： p(XY) + q( XaY) =1 女性基因型：p2(XAXA)+2pq(XAXa)+q2(XaXa)=1 男性发病率 q 119/170000 = 0.07% p = 1q = 1 0.0007 = 99.93% 携带者 2pq= 299.93 %0.07% = 0.14% 女患者 q2 = (0.07%)2 = 0.49%=4.910-5,第三节 影响遗传平衡的因素,一、突变 二、选择 三、近亲婚配,一. 突变,设正向突变（Aa）的频率为u， 回复突变（aA）的频率为v。 群体中f(A)=p，f(a)=q， 假设群体很大，无自然选择存在，那么在每一代中，A等位基因以u频率突变成a，a等位基因也以v频率回复突变为A. 若upvq时，f（a）增加,即正突变 回复突变， 若upvq时，f（A）增加,即正突变 回复突变。,若达到平衡时，p = vq up = 0, vq = up, vq = u (1-q) 解这个等式，我们可以得到平衡时q值 vq = u uq vq+uq = u q (v+u) = u q =u/(v+u) 同理：p=v/(v+u),突变率:每代每个配子中某个基因座的突变频率 = n10-6基因/代,(1-q),a,u ( 隐性突变率 ),v ( 显性突变率 ),(q),例如 :人类PTC的尝味能力由基因T决定，突变纯合子tt失去对PTC的尝味能力，此突变既无害也无益，称中性突变。不同人群中等位基因T和t的频率差异可能就来源于突变率差异。如果u=0.6x10-6/代，v= 0.4x10-6/代,则基因t的频率q=u/v+u=0.6/0.6+0.4=0.6,味盲频率（tt）q2=0.36=36%,二、选择 选择是对群体某一基因型个体生存和生育的选择，故用适合度来衡量。 适合度：某种基因型个体存活并将其 基因传递给下一代的能力. 常用相对生育率（f）来代表。,例: 丹麦调查108名软骨发育不全性侏儒的人生育了27个小孩, 而这些患者的正常同胞有457人, 共生育了582个孩子, 求 f ？,选择系数（selection coefficient，s） 在选择作用下，使适合度降低的百分数 S = 1f S + f = 1,适合度f （相对生育率）,0.2,v(显性基因突变率) = Sp= S ( p2 + 2pq ) = S (2pq) 例:经调查,某市二十五年来所生的300000个孩子, 其中有12人为成骨不全( AD ), 该病的适合率为0.4, 求该致病基因的突变率. 解：发病率（2pq）= 12 / 3000000 = 4.010-5 S = 1 f = 1 0.4 = 0.6 v = S (2pq) = 0.6 4.010-5 = 1210-6基因/代,1.、突变和选择对显性基因的作用,2、突变和选择对隐性基因的作用,u(隐性基因突变率)Sq2 例: 已知半乳糖血症（AR）的发病率是1/20000, 这种病的生育率仅为正常人的20%,求突变率? 解: 已知: q2=1/20000 f=0.2 u = Sq2 = (10.2) 1/20000 = 4.010-6/ 代,3、突变和选择对XR基因的作用,XAY p XaY q被选择（发病率致病基因频率 q） XAXA p2 XAXa 2pq XaXa q2被选择，罕见，可忽略,XA,u,Xa, u = 1/3Sq,( q ),( p ),例：调查某一地区3000000个男性，发现患DMD (XR) 的男人有18人, 患者的相对生育率为0.35, 求突变率?,解: 已知 q = 18/3000000=0.000006 f=0.35 u = 1/3 sq = 1/3 (10.35) 0.000006 = 1.3 10-6基因/代,4、突变和选择对XD基因的作用,XAY XaY XAXA XAXa XaXa (p) (q) (p2) (2pq) (q2),被淘汰,被淘汰, 每代被淘汰的XA基因频率:p v=sp,被淘汰,第三节 影响遗传平衡的因素,一、非随机婚配考虑配偶基因型的婚配 近亲婚配(consanguinous mating) 34代以内有共同祖先的人彼此婚配 亲缘系数 (coefficient of relatinship, r) 两个人从共同祖先获得某一等位基因的概率 近婚系数 (inbreeding coefficient) 近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率,表: 亲属级别与亲缘系数P56,与先证者的亲缘关系 亲缘系数 一级亲属: （父母、同胞、子女） 1/2 二级亲属: (外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨 1/4 三级亲属: 姨表兄妹、堂表兄妹 1/8,亲缘系数计算 例: 表兄妹有1/8基因相同,a,a,1/21/2=1/4,1/21/2=1/4, 1、2同时出现1 a 的概率: 1/4 1/4=1/16,1/21/2=1/4,1/21/2=1/4, 1、2同时出现2 a 的概率:, 1、2同时出现1 a 或2 a的概率:,1/16 +1/16=1/8,1/4 1/4=1/16,(一)近婚系数：近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率 1. 常染色体基因近婚系数的计算,例一: 同胞兄妹结婚, 求F? A1A2 A3A4,解: A1A1: () ( )= 1/16 A2A2: () ( )= 1/16 A3A3: () ( )= 1/16 A4A4: () ( )= 1/16 F = 1/16 4 = 1/4 一级亲属（同胞兄妹）结婚子女是纯合子的概率是1/4,另一计算方法:,12: ()2 同时从父母得到祖父A1A1的概率是: ()2 ()2 = ()4,同理: 得到A2A2、AA、AA4的概率也是()4 同胞兄妹结婚子女是纯合子的概率: ()4,A1A2 A3A4, A1: 11 经2步 传递 ()2,例二: 表兄妹结婚, 求F?,A1: 121 需3步 ()3 132:()3 是A1A1的概率是: ()3 ()3 = ()6,表兄妹结婚子女是A1A1、 A2A2、A3A3或A4A4的概率: ()6 = 1/16,A1A2 A3A4,2.X染色体基因近婚系数的计算,例: 表兄妹结婚, 求F? : 传递机率是 0 : 传递机率是 1,X1Y X2X3,姨表兄妹X染色体基因的近亲系数（自学） 平均近亲系数（自学）,四、遗传漂