群体中的基因频率及遗传平衡.ppt

1,1population,在一定空间内，可以相互交配，并随着世代进行基因交换的许多同种个体的集群。 又称为Mendelian population。 可以是species，variety或nationality,2,2 gene pool,基因库:一个群体内所包含的全部基因。,3,3. genetic constitution,群体中各种基因频率以及由不同交配体制所带来的各种基因型在数量上的分布， 即用基因频率和基因型频率来表达的群体的遗传组成。,4,4 random mating,随机交配在有性生殖的孟德尔群体中的一种性别的个体有同样的机会和相反性别的个体交配的方式。,5,5. mutation rate,发生了突变的基因占该基因总数的比例，一般用每一代中每一百万个基因中发生突变的次数来表示。,6,第一节 Hardy-Weinberg law,群体遗传学的研究目的是要揭示群体遗传组成变化的机制。要求定量表示群体的遗传组成，即群体的基因频率和基因型频率。就可研究一个群体世代间的遗传变异情况。,7,genotype frequency,指一个群体中某一基因型的个体占群体中全部个体的比率。常染色体某基因座上有两种等位基因A和a，则对该基因座来说有三种基因型AA、Aa、aa，设这三种基因型频率分别为fAA 、fAa、faa。 fAA +fAa+faa =1,8,gene frequency,群体中某种等位基因数占该基因位点上全部等位基因总数的比率。 例：AA(8000人);Aa(1500);aa(500人) f(A)=(8000*2+1500)/(1500+8000+500)*2=87.5% f(a)=(1500+500*2)/(8000+1500+500)*2 =12.5%,9,基因频率与基因型频率的数量关系,例：AA有X人，Aa有Y，aa有Z人；A的频率为p，a的频率为q，基因型频率: fAA 、fAa、faa则： fAA=X/(X+Y+Z)；fAa=Y/(X+Y+Z)；faa=Z/(X+Y+Z) p=(2X+Y)/(X+Y+Z)*2=fAA+ 1/2*fAa q=faa+1/2fAa,10,例：,某地区调查12，000人，M血型3100人，MN血型6900人，N血型2000人，求LM和LN的基因频率? fM =3100/12000， fMN=69000/12000， fN=2000/12000 p= fM +1/2fMN = q= fN + 1/2fMN =,11,一、Hardy-Weinberg law描述,在随机交配大群体内，若没有基因突变、选择、迁移、遗传漂变等因素的作用，群体的基因频率和基因型频率将代代相传，保持不变。 不论群体起始基因型频率如何，经过一代随机交配后便成为遗传平衡的群体。 继续保持上述理想条件，基因型频率将保持为上述平衡状态而不会改变。,12,二、一对等位基因的平衡定律,13,配子结合形成子代的基因型频率,卵 子 A(p) a(q) 精 A(p) AA(p2) Aa(pq) 子 a(q) Aa(pq) aa(q2) fAA = p2，fAa =2pq，faa= q2 p+q=1 （p+q）2= p2+2pq + q2 =1,14,例：,某地区调查1200人，发现白化病患者9人，求隐性致病基因a的基因频率q？,15,三、复等位基因的平衡定律,三个基因（A1,A2,A3）的频率：p、q、r 基因型：A1A1、A1A2，A2A3、A1A3 p=fA1A1+1/2 fA1A2 +1/2 fA1A3 q= fA2A2+1/2fA2A3 + fA1A2 r= fA3A3+1/2fA1A3+1/2 fA2A3,16,复等位基因与基因型频率关系,卵子 A1(p） A2(q） A3(r） 精 A1(p) A1A1(p2) A1A2(pq) A1A3(pr) 子 A2(q) A1A2(pq) A2A2(q2) A2A3(qr) A3(r) A1A3(pr) A2A3(qr) A3A3(r2) p+q+r=1 (p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr,17,例ABO血型:,某地区调查1000人，A血型390人，B血型240人，AB血型120人，O血型250人,求IA、 IB、 i 的基因频率(p、q、r)？ 基因型:IAIA 、 IAi 、 IAIB、IBIB、Ibi、ii,18,例ABO血型,卵 子 IA(p） IB(q） i(r） 精 IA(p） IA IA(p2) IA IB(pq) IA i(pr) 子 IB(q） IA IB(pq) IB IB(q2) IB i(qr) i(r） IA i(pr) IB i(qr) i i(r2) (p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1 fA= p2+2pr, fB= q2+2qr, fAB=2pq, fO= r2 0.3, 0.2, 0.5,19,例ABO血型,fA= p2+2pr=0.39 ； fB= q2+2qr=0.24； fAB= 2pq=0.12； fO = r2 =0.25 r=0.5；p+q=1-r =1-0.5=0.5 (p+r)2=p2+2pr+r2=0.39+0.25=0.64 p+r=0.8 p=0.8-0.5=0.3 q=1-0.3-0.5=0.2 公式总结：,20,第二节 Hardy-Weinberg定律的应用,21,一、基因频率和杂合度的估计,22,(一)常染色体基因频率和杂合度,如果a为有害的隐性基因（q），人们往往关心杂型合子，在遗传平衡条件下，杂合子的频率为2q(1-q)。杂合子在群体中占正常个体(AA和Aa)的比例为： H=2q(1-q)/(1-q)2+2q(1-q)=2q/(1+q),23,（二）X连锁基因频率的估计,24,例：红绿色盲,红绿色盲为X连锁隐性遗传，某地区1000个男性中有50人患病求Xa的基因频率？预期女性的发病率、携带者频率?,25,红绿色盲,卵 子 XA (p) Xa (q) 精 XA (p) XA XA (p2) XA Xa (pq) 子 Xa (q) XA Xa (pq) XA XA (q2) Y XAY (p) Xa Y(q),26,红绿色盲,f（XAY）=p； f（XaY）=q q=50/1000=0.05 女性发病率:q2 =0.0025 女性携带者频率：2pq=0.095 注意：以上基因型频率限定在同一性别中。,27,红绿色盲,卵 子 XA (p) Xa (q) 精 XA (p/2) XA XA (p2/2) XA Xa (pq/2) 子 Xa (q/2) XA Xa (pq/2) XA XA (q2/2) Y (1/2) XAY (p/2) Xa Y(q/2),28,红绿色盲,f（XAY）=p/2； f（XaY）=q/2 q/2=(50/1000)/2 女性发病率:q2 /2=0.00125 女性携带者频率：pq=0.0475 注意：以上基因型频率是在整个人群中。,29,X连锁隐性遗传病：,男性患者大大多于女性患者， 女性携带者约为男性患者的2倍。,30,X连锁显性遗传病：,女性患者约是男性患者的2倍。 因为：女性中患病率为q2+2pq，男性为q，男女性患者的比例为1/（q+2p）=1/(p+q)+p=1/（1+p）=1/2,31,三、检验群体是否为遗传平衡,从子代计算的等位基因频率可当作亲代的等位基因频率。并以此计算Hardy-Weinberg平衡下的期望基因型频率。就可判断群体是否存在平衡状态。,32,第三节 影响遗传平衡的因素,33,一、突变,基因突变是新等位基因的直接来源，从而导致群体内遗传变异的增加，并为自然选择和物种进化提供物质基础。不过，突变发生的频率即突变率往往很低。,34,二、选择对遗传平衡的影响,在一定自然条件下，群体内某些基因型个体有更高的成活生育率，从而导致一些基因型频率逐代增高，另一些则逐代降低。这种在自然界的一个群体内，造成不同基因型个体成活率和生育率差异的过程称为natural selection。量化自然选择的参数为适合度和选择系数。,35,fitness and selection coefficient,适合度指在某环境下,某基因型的个体能够生存并将其基因传给下代的相对能力,可用相对生育率来衡量。 相对生育率是某基因型的生育率与最佳基因型的生育率的比值。 选择系数指在选择作用下降低的适合度。 s=1-f,36,(1)对隐性基因突变与选择,因为有害隐性基因绝大多数以杂合状态存在，而杂合体即携带者不能直接被选择，所以选择对隐性基因的减小效应是缓慢的。 而且由于新的突变,突变和选择间保持平衡,这样隐性基因的频率在人群中基本恒定.,37,(2)对AD等位基因的选择,对显性等位基因的选择要比对隐性基因的选择有效，因为含有显性基因的个体(AA和Aa)都受到选择作用。 但实际上群体中的显性有害基因保持着相对恒定值，这同样与突变和选择的双重作用有关。,38,(3)对X连锁隐性基因的选择,主要通过淘汰男性个体而实现 。,39,(4) relaxation of selection,由于选择压力降低，对有害基因不能进行严格淘汰，使致病基因频率提高的现象称选择放松。 如医学的进步。,40,（5）genetic load,指在一个群体中由于有害基因的存在而使群体适合度下降的现象。一般用群体中每个个体平均所携带的有害基因的数量来表示。 估计我国人群每人平均带56个有害基因，此为我国人群的遗传负荷。,41,三、群体中的平衡多态现象,42,（一）突变与选择间的平衡,43,（二）neutral mutation,44,（三）genetics drift,由于群体较小和偶然事件而造成的基因频率的随机波动称随机遗传漂变(遗传漂变或漂变)。,45,（四） migration,迁移：一个群体的居民迁入另一群体并与后一群体婚配，于是发生了基因流动。通常将前一群体称迁入群，后一群体称为接受群，二者的比值为迁移率。,46,（五）遗传漂变、选择及基因交流作用的相对有效性,突变、选择和迁移的共同点是，如果已知等位基因频率，也知突变率、选择系数或迁移率，就可预测等位基因改变的方向和量值大小； 由于随机遗传漂变引起的等位基因频率的变化，在量值上可预测，但在方向上不可预测。,47,第四节 consanguineous marriage,inbreeding: 34代内有共同祖先的一些个体之间的婚配称近亲婚配,48,(1) coefficient of relationship,亲缘（近亲）系数(r)：是指两个个体在一定基因位点上具有共同祖先的同一等位基因的概率。,49,亲缘系数的计算：,父子或母子之间：r=(1/2)1=1/2 同胞间：r=2*(1/2) 2=1/2,50,近亲：,一级亲属： r=1/2，如亲子或同胞； 二级亲属：r=1/4，如一个个体与他的祖(外祖)父母、伯、叔、姑、舅或姨； 三级亲属：r=1/8 ，如表兄妹、堂兄妹。 亲缘系数可判断近亲个体的亲属程度，,51,(2) inbreding coeficient,近交系数(F) 近亲婚配的后代出现来源于同一祖先的同一基因纯合的概率。,52,近交系数和亲缘系数区别,F指一个体接受在血缘上相同即由同一祖先的一个等位基因复制出来的两等位基因的概率；r指两个个体在某一基因座上具有同一等位基因的概率。 r涉及两个个体，而F只涉及一个； r涉及一个等位基因，来源可以是不同祖先，而F涉及两个，且血缘上相同；,53,一.常染色体基因近交系数的计算,在一些系谱里不只一条通径，这时个体I的近交系数就是各通径提供纯合子概率之和。,54,常染色体基因近交系数的计算,A1A2,A3A4,姨表F=4*(1/2)6=1/16,55,二.X连锁基因的近交系数的计算,X连锁基因的近交系数只计算所生女儿的F；不计算父亲向女儿的传递； 如果传递路线中出现男性到男性的传递，这条路线被中断； 共同女祖先有两个X连锁基因，而共同男祖先有一个X连锁基因。,56,姨表,X1Y,X2 X3,F=(1/2)3+2*(1/2)5=3/16,57,舅表,X1Y,X2 X3,舅表F=2*(1/2)4=1/8,58,姑表,X1Y,X2 X3,姑表F=0,59,堂表,X1Y,X2 X3,堂表F=0,60,三、近交效应,近亲婚配，后代基因纯合的概率增高。危害来自隐性基因的纯合。 随机婚配群体中，隐性遗传病患者的频率为q2。 隐性致病基因频率q越小，近亲婚配后代发病风险比随机婚配提高得越多。婚姻法明确禁止近亲结婚。,61,(一）近亲婚配的隐性纯合概率,1、共同祖先传递而来：Fq 2、不同祖先传递而来：（1-F）*q2 总计：Fq+（1-F）*q2=q2+Fpq,62,(二)近亲婚配隐性纯合相对风险,(q2+Fpq)/q2=1+Fp/q,63,(三)近亲婚配增加遗传负荷,64,第五节 优生运动的误区,65,一、优生学（eugenics）：,应用遗传学的原理和方法以改善人类遗传素质的科学。 演进性优生学(progressive eugenics)：研究如何维持和促进人群中有利（优良）基因频率的增长。 预防性优生学(preventive eugenics):研究如何减少群体中有害基因频率,减少遗传病的发生.,66,演进性优生学,1）提倡优选生育。鼓励在体格和智力上优秀的个体生育更多的后代； 2）人工授精。优选精子后授精； 3）试管婴儿（test tuble baby）。 4）单性生殖。 5）遗传工程、克隆人、转基因人。,67,二、优生运动的误区,68,（一）最早的优生学(eugenics):,1、“eugenics”这个词来源于希腊词汇“eugene”,意思“good in birth”。 2、 F. Golton（达尔文的表弟）， 1883年发表人类的才能及发展,创立了优生学“eugenics”,。将优生学 定义为一门完善种族的科学 。,69,（二）历史教训,70,1、美国优生运动,19051930年 ,美国优生学家提出用限制婚姻、绝育和永远监禁身心有缺陷的人来中止遗传“退化者”生育 ,而遗传“退化者”包括癫痫患者、罪犯、酒鬼、妓女、乞丐、疯子、低能者。,71,1、美国优生运动,1924，美国通过移民限制法 ,认为南欧、东欧人“在生物学上是低等人”。 1931年 ,美国 3 7个州强制绝育 ,对象包括“身心有缺陷者”、“性反常者”、“瘾君子”、“酒鬼”等。 eugenics成为罚惩、遗弃社会边缘,弱势人群及病人和种族歧视的工具。,72,2、德国优生运动,19301940，希特勒颁布强制精分裂症,智力低下,低能者绝育的优生法。 19341937 ,约350 ,000人被迫绝育。 1935，通过纽伦堡法律 ,禁止犹太人与德国人通婚和性接触。 1937，数百名有色人种的儿童和 30,000名吉普赛人被绝育。,73,2、德国优生运动,19401941，德国纳粹用瓦斯杀害了 70,000名德国精神病人。 1941，计划将四分之一的犹太人绝育 ,并杀掉所有其他的犹太人。 19431944年约 1 0 0万吉普赛人在集中营被杀害。,74,三、优生学的共识,75,1、eugenics 不在文献中使用,1.eugenics常指德国纳粹的种族灭绝或美国等国家为减少不适人群而采取的强制法律和行动。 2. 是国家强加于个人的社会规划 ,个人的结婚、生育由国家强制决定。 3. 是一种“适者”强加于“不适者”,歧视少数民族和少数人群的政策。,76,2、知情选择,77,3、个人生育选择非强制性,78,四、限制遗传病患者生育不能清除遗传病,1、效果缓慢，隐性患者(不被选择)与携带者比例：q2：2pq=q/2p=q/2 2、新的隐性突变不断发生（1/106） 3、不可能清除携带者。人人均为携带者（平均携带4-8个有害基因）。,79,五、我国的优生学,80,（一）婚姻法规定 :,禁止直系血亲和三代以内旁系血亲者结婚。,81,（二）母婴保健法,第十条 :经婚前医学检查 ,对诊断患医学上认为不宜生育的严重遗传病的育龄夫妇 ,医师应当向男女双方说明情况 ,提出医学意见 ;经男女双方同意 ,采取长效避孕措施或者施行结扎手术后不生育的 ,可以结婚。 第十六条 :医师发现或者怀疑患严重遗传病的育龄夫妇 ,应当提出医学意见。育龄夫妇应当根据医师的医学意见采取相应的措施。,82,（三）对中国优生的国际争论：,1998年北京召开第18届国际遗传学大会，国际学术界某些学者认为 , 我国 母婴保健法中某些条例具有“eugenics”性质。 医学意见不具备法律意义 ,个人的结婚、生育不应由国家强制决定。,83,（四）香山会议（1999.8,昆明）,1、母婴保健法的某些方面需要改正 ,强调“知情同意”等伦理原则。 2、中国的优生学指生出一个无缺陷的孩子。属于预防遗传病孩子出生的“消极优生学”。 3、“eugenics”改为“health birth”或“well bear and well rear”。,84,EXERCISES,85,名词解释,Inbreeding coefficient 近交系数。是指一个个体接受在血缘上相同即是由同一祖先的一个等位基因复制出来的两等位基因的概率。亦可理解为近亲婚配时，夫妇二人有可能都携带从同一祖先传来的同一个等位基因，并且均将这个等位基因传递