第9章 群体遗传学.ppt

第九章群体遗传学 populationgenetics 群体或种群 population 是指生活在某一地区的 能相互杂交的个体群 这样的群体也叫孟德尔式群体 Mendelianpopu lation 第一节群体中的遗传平衡 一 基因频率与基因型频率基因频率 genefrequency 是指群体中某一基因的数量即指等位基因的频率 基因型频率 genotypefrequency 是指一个群体中不同基因型所占的比率 例如 MN血型 有人在一个地区调查747人M血型基因型为MM223人占31 2 N血型基因型为NN129人占17 3 MN血型基因型为MN485人占51 5 设M的基因频率为p N的基因频率为q p q 1p MM十1 2MN 0 312 0 515 2 0 57q NN 1 2MN 0 173 0 515 2 0 43 二 遗传平衡定律 lawofgeneticequilibrium Hardy Weinberglaw 在一定的条件下 群体很大 随机交配 没有自然选择 没有突变发生 没有个体的大规模迁移群体中基因频率和基因型频率在一代一代的繁殖中保持不变 例如 一个群体100人 AA60人 Aa20人 aa20人 这是一个遗传平衡群体吗 假定A p a q p q l p q 2 1 二项式展开 p2 2pq q2 l p2 AA q2 aa 2pq Aa 基因型数量频率AA600 60Aa200 20aa200 20总计1001 0 先计算基因型频率 AA 0 6Aa 0 2aa 0 2 再计算基因频率 A p 0 60 0 20 2 0 70a q 0 20 0 20 2 0 30如果是遗传平衡的群体 它应当符合 p2 2pq q2 1 p2 0 492pq 0 42q2 0 09上述群体基因型频率p20 6 2pq0 2 q20 2 上述群体是一个遗传不平衡的群体 F1基因型AA Aa aa的比例变化 即AA p1 2 0 49 Aa 2p1q1 0 42 aa q1 2 0 09 达到了遗传平衡状态 再次随机交配F2基因型AA Aa aa的比例变化 即AA p2 2 0 49 Aa 2p2q2 0 42 aa q2 2 0 09 出生的以后各代中 都将保持这个基因频率和基因型频率 不再发生变化 因此 一个遗传不平衡的群体 只要是进行随机交配 一代以后即可达到遗传平衡 第二节影响遗传平衡的因素 一 基因突变对遗传平衡的影响自然界中普遍存在着突变 每个基因都有一定的突变率 mutationrate 突变率表示方式 n 10 6 代 等位基因A和a 设A au a Av 每一代中 1 q u的A a qv的a A 若 1 q u qv 则a 若 1 q u qv 则A 遗传平衡的群体中设 q 1 q u p qv q p 1 q u qvu uq qvu qu qvu q u v q u u v同理 p v u v 中性突变 neutralmutation 这种突变型既无害处亦无益处 选择性不显著 如我国汉族人群中 对苯硫脲 PTC 缺乏尝味能力的味盲 tt 的频率为9 味盲基因 t 的频率为0 03 这里u 0 9 10 6 代 v 2 1 10 6 代q u u v 0 9 0 9 2 1 0 03 二 选择对遗传平衡的影响 选择 selection 增高或降低个体的适合度 f 适合度 fitness 是指个体在一定条件环境下 能生存并传递其基因于下代的能力 适合度用相对生育率 fertility 来衡量 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 选择的作用常用选择系数 selectioncoefficient S 来表示 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 一 选择对显性基因的作用A p a qA是有害的致病基因 当选择对显性基因A不利时 杂合子Aa和纯合子AA都会被淘汰 这样 基因A最终会从群体中消失 这时如要达到遗传平衡 就要靠基因a突变为基因A来补偿 在选择的作用下 每一代中基因频率的改变将为Sp AD患者都是杂合体 H 2pqP的值很小 所以q 1H 2p p 1 2H在一个遗传平衡的群体中 波淘汰p必将由突变率v来补偿 以维持平衡 即v Sp S 1 2H 二 选择对隐性基因的作用隐性有害基因a只有在aa状态下才面临选择 aa q2 选择系数 S 则每一代中 将有Sq2隐性基因被淘汰 在一个遗传平衡的群体中 这必将由突变率u来补偿 即u Sq2 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 四 选择压力的变化对遗传平衡的影响一定条件下 一个群体的突变率可明显增高 形成突变压力 mutationpressure 使某个基因频率增高 受某种环境条件的影响 某些突变型选择作用 使突变基因的频率降低 即选择压力 选择压力的变化必然要影响群体的遗传结构 选择压力的变化主要有两方面 一是选择压力的增强二是选择压力的降低这两种情况可影响群体中某一表型的适合度增高或降低 从而使表型相应的等位基因的频率也发生改变 1 增强选择压力 f 0 s 1 AD病 Aa完全被选择 f 0 s 1 则群体中致病基因A p在一代中间即可降低p 0 下一代中致病基因频率p将靠突变率u来维持 因上一代的致病基因已被选择而淘汰 故基因频率的变化较迅速 2 放松选择压力f 1 s 0由于选择压力的降低使致病基因频率增高 而导致遗传发病率增高 AD病 f 1 s 0 若A是致死的 其发病率完全由突变v来维持 若患者被治愈就和正常人一样结婚生育 经过一代后发病率将增加1倍 而后代各代中将以同样数量增加 五 选择与群体中的平衡多态平衡多态性 balancedpolymorphism 在一个群体中 只要等位基因存在 就会有两种或两种以上的基因型 其中最低的基因频率也不能仅用突变来维持 各基因型达到了遗传平衡 这种情况称为平衡多态性 一 遗传漂变随机遗传漂变 randomgeneticdrift 在一个小的隔离群体中 由于机会所造成的某一等位基因频率的随机增减的现象 三 遗传漂变与迁移对遗传平衡的影响 这种波动变化导致某些等位基因的消失 另一些等位基因的固定 从而改变了群体的遗传结构 在小的隔离群体中 还可以看到建立者效应 建立者效应 foundereffect 这是指由少数个体离开大群体后 形成一个相对隔离的状态 由于他 她 们只能彼此婚配 他们的基因型对将形成的新群体的基因频率 会有重要影响 二 迁移由于某种原因 具有某一基因频率的群体的一部分移入基因频率与其不同的另一群体 并杂交定居 就会引起迁入群体的基因频率发生改变 这种影响叫迁移压力 migrationpressure 基因横跨种群障碍而慢慢扩散 造成一个大群体的基因频率逐渐改变 此过程称为基因流 geneflow ABO血型的B等位基因频率从东亚的0 30 西欧的0 06从东亚到西欧 由20 30 10 20 10 15 5 10 0 5 B基因在东方的原始突变后逐渐扩散到更多的西欧群体中 PTC欧洲和西亚白人 tt 36 t 0 6中国汉人 tt 9 t 0 3宁夏回族 tt 20 t 0 45 近亲婚配 consanguineousmarriage inbreeding 指3 4代以内 有共同祖先的人之间的婚配 第三节近亲婚配 一 近亲婚配的主要形式 二 近婚系数 近婚系数 inbreedingcoefficient 是指近亲婚配的一对夫妻可能从共同祖先得到同一基因 有可能把同一基因传给他们的子女 子女得到这样一对来源相同且纯合的概率为近婚系数 一 常染色体基因的近婚系数 A1A1A2A2A3A3A4A4 A1A1A1从P1 B1 S 1 2 2A1从P1 B2 S 1 2 2 同理A2A2 1 2 4 A3A3A3从P2 B1 S 1 2 2A3从P2 B2 S 1 2 2 同理A4A4 1 2 4 F 4 1 2 4 1 44 表示基因数目 4表示路径数 1 2 3 4 F 4 1 2 6 1 16 1 2 3 4 5 6 F 2 1 2 6 1 32 1 2 3 4 5 6 二 X连锁基因的近婚系数 女性XX 可形成纯合子 男性XY 不存在纯合的问题 XL遗传中近亲婚配对男性无影响 因此 只算女性的F值 从遗传特点来看男性 女儿 概率为1 男性 儿子 概率为0 X1X1X1从P1 B1 C1 S 1 2X1从P1 B2 C2 S 1 2 2 X2X2X2从P2 B1 C1 S 1 2 2X2从P2 B2 C2 S 1 2 3 同理X3X3 1 2 5F 1 2 3 2 1 2 5 3 16 F 0 2 1 2 4 1 8 F 0 0 0 0 F 0 三 平均近婚系数即从群体角度来估计近亲婚配的危害 要计算平均近交系数 averageinbreedingcoefficient a a值可按下列公式求出 a Mi N i Mi 某一类型近亲婚配数N 总婚配数 i 某一类型近亲婚配的近交系数 不同国家 地区人群中近亲结婚率和平均近交系数 群体近亲结婚率 平均近交系数美国0 110 00008日本8 160 004法国0 670 00023德国0 590 00019意大利1 900 00070南印度39 370 02834埃及 Nubic 75 760 03335中国汉族 北京 湖北 1 400 000665回族 甘肃 9 70 00494彝族 四川 14 60 00913朝鲜族 克林 00 三 近亲婚配的危害 近亲婚配的危害主要表现为隐性遗传病纯合子患者的频率增高 表兄妹婚配后所生子女是纯合子 aa 原因 1 由共同祖先而来 2 由不同祖先分别而来 表兄妹婚配和随机婚配出生aa的频率 基因频率随机婚配aa共同祖先aa表亲婚配aa两者之比 q q2 pq 16 q2 pq 16 0 20 040 010 051 250 100 010 0056250 156251 560 040 00160 00240 0042 50 020 00040 0012250 0016254 060 010 00010 0006190 0007197 190 0010 0000010 00006250 000063563 5 遗传负荷 geneticload 是指一个群体由于有害基因的存在而使其适合度降低的现象 有人描述其为整个群体遗传的无能性 第四节遗传负荷 突变负荷 mutationload 由于基因的致死突变或有害的基因突变的产生而降低不适合度 分离负荷 segregationload 由于杂合子Aa和Aa婚配 后代必将分离产生一部分适合度降低的纯合子aa 而导致群体f下降 遗传负荷增高 遗传负荷的估计 遗传负荷的大小 一般以平均每人携带有害基因的数量来表示 1 AR病群体发病率 发病率q2 1 10000 1 1000000携带者频率2pq 1 50 1 500MIM中记录1500种AR病平均每人携带有害基因数目 1500 1 500 1500 1 50 3 30个 2 群体调查 3 一级亲属调查 一级亲属婚配所生子女患AR病 83 190 44 把严重智力低下包括在