评价遗传多样性的统计方法PPT课件

评价动物遗传多样性意义 方法及统计方法 目录 1 2 3 评价动物遗传多样性的意义 评价动物遗传多样性的统计方法 动物遗传多样性的研究方法 一 评价动物遗传多样性的意义 第一 动物的遗传多样性大小是长期进化的产物 是其生存适应和发展进化的前提 遗传多样性越高或遗传变异越丰富 动物对环境变化的适应能力就越强遗传变异的大小与其进化速率成正比对遗传多样性的研究有助于探讨动物物种稀有或濒危原因及过程 1 评价动物遗传多样性的意义 第二 遗传多样性是保护动物研究的核心之一不了解种内遗传变异的大小 时空分布及其与环境条件的关系 我们就无法采取科学有效的措施来保护人类赖以生存的动物遗传资源基因 来挽救濒于绝灭的动物 保护受到威胁的动物 1 评价遗传多样性的意义 第三 对遗传多样性的认识是动物各分支学科重要的背景资料 对遗传多样性的研究无疑有助于人们更清楚地认识动物多样性的起源和进化 尤其能加深人们对微观进化的认识 为动物的分类进化研究提供有益的资料 进而为动物育种和遗传改良奠定基础 1 评价遗传多样性的意义 世界上动物遗传资源保存存在着两种倾向 在多数发达国家里 随着畜牧生产体系的集约化 大量饲养的只是少数经济价值高的品种和杂交种 品种数目迅速减少 在一些发展中国家 虽然有较丰富的遗传资源 但由于保种不当和盲目引进外来品种杂交 使原有的地方品种数量大大减少 这两种倾向都导致世界性的动物遗传资源危机 2 评价动物遗传多样性的必要性 联合国发表的若干动物建少情况 2 评价动物遗传多样性的必要性 重要解决手段 开展动物品种的保存和开发利用 评价遗传多样性 动物遗传资源的危机 2 评价动物遗传多样性的必要性 二 动物遗传多样性的研究方法 1 遗传多样性检测方法 本质 揭示遗传物质的变异方法 从形态学水平 细胞学 染色体 水平 生理生化水平 逐渐发展到分子水平 具体方法 传统的形态学 细胞学以及同工酶和DNA技术 1 PCR特异扩增ITS序列目前鉴定物种和做分子分类研究的最主流的方法 2 遗传多样性研究方法 PCR特异扩增ITS序列的原理 ITS序列是中度重复序列 广泛分布于基因组并且是同步进化的 而且不同物种间进化差异很大 它的碱基序列同源性的程度决定生物之间的亲源关系远近 并可以以此来作为分类依据划分物种 ITS序列在核糖体大小亚基的rRNA之间 核糖体大小亚基的rRNA序列非常保守 便于设计PCR过程所需的两端特异性引物 进行典型的锚定PCR 2 遗传多样性研究方法 2 差异显示PCR可以用来研究同一个体不同生长时段和不同组织 或分化结构 或者不同个体之间基因表达差异 2 遗传多样性研究方法 差异显示PCR原理是根据中心法则 每一个阅读框要表达必须先转录成mRNA 那么在不同细胞内只要存在基因差异表达现象 肯定就会存在不同的mRNA 我们可以提取细胞的mRNA 然后将其反转录为cDNA 并以此来作为PCR模板 通过PCR就可以显示并放大出mRNA的差异 从而找到差异表达的基因 2 遗传多样性研究方法 3 RFLP 扩增片段长度多样性 基于RFLP 限制性酶切片段多样性 和PCR技术发展起来的一种用来研究分类的技术 2 遗传多样性研究方法 RFLP原理不同物种的DNA序列不同 那么用同种限制性内切酶酶切会得到不同的片段 这些不同的片段中 有很多长度也会有不同 通过同样两种限制性内切酶消化后 根据酶切位点序列设计互补序列并额外添加一段特异性序列 用T4连接酶补平 经过两次PCR扩增 预扩增和二次扩增 产物用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测 银染色后用专门的分析软件分析 根据条带分布差异的程度来划分物种间的亲缘关系 2 遗传多样性研究方法 三 评价遗传多样性的统计方法 1 群体内基因多样性等位基因频率群体杂合度多态信息含量有效等位基因数2 群体间基因多样性基因分化系数GST基因流3 群体间遗传一致性遗传相似系数和遗传距离的另一种估算方法 1 等位基因频率和基因型频率的计算基因型频率是指一个群体中某一性状的各种基因型之间的比率 基因型频率 基因型个体数 测定群体总数等位基因频率是指一个群体中某一基因对其等位基因的相对比率 它是决定一个群体遗传组成的基本标志 Pi 第i个等位基因的频率 i 纯合复等位基因 j1 j2 jn 与i共显的第1到第n个等位基因 1 群体内基因多样性 等位基因频率及其方差估计Vp P 1 P 2 n 1 注 P为基因频率 n为样本规模 1 群体内基因多样性 基因频率估计值的精确度 1 群体内基因多样性 为标准偏差 P为实际基因频率 P 为P的估计量 Vp为基因频率估计误差 通常可靠性要求按95 45 给定 即 2 基因频率估计值的可靠性 相对偏差叫以0 5为限 1 群体内基因多样性 1 群体内基因多样性 湖羊各座位基因频率值估计及其精确度和可靠性 2 群体杂合度 Heterozygosity He 一个群体的基因变异 通常可以用多态位点比例和每个位点的平均杂合度来度量 平均杂合度是衡量群体内遗传变异的有效指标 平均杂合度越大 群体内遗传变异程度越大 群体内某一位点的平均杂合度 1 群体内基因多样性 h为各位点的杂合度 H为各位点的平均杂合度 r为位点数 Pi为第K个位点第I个等位基因的频率 这公式不仅适用在RFLP 微卫星等单座位的DNA多态性分析 同时还适用于血液蛋白质和同工酶多态性的研究 例 沈见成等利用30个微卫星DNA标记对3个江苏地方鸡品种进行遗传多样性分析 结果3个地方鸡品种的平均杂合度为0 6507 高于朱庆等利用10个微卫星标记测得的四川15个地方乌骨鸡种的平均杂合度 0 6140 和王德前等利用7个微卫星标记测得的中国部分地方鸡种的平均杂合度 0 5124 说明了江苏的地方鸡种在总体水平上的遗传变异程度要高一些 遗传多样性相对更丰富 在重复序列的DNA变异如RAPD DNA指纹图中 群体内的基因多样性可通过以下步骤计算 并以MAPD表示 MAPD值是一个表明群体差别的值 Nab是某一单个引物两个个体之间不同图带数 Na是个体a的图带数 Nb是个体b的图带数 C是个体间配对比较数 R是使用的随机引物数 1 群体内基因多样性 例 张细权等利用5个座位微卫星和70个10碱基引物得出的RAPD 分析了惠阳胡须鸡 杏花鸡和清液麻鸡3个广东地方鸡种和培育品种粤黄鸡的群体遗传变异及相互间的关系 3 多态信息含量 Polymorphisminformationcontent PIC 多态信息含量用于对标记基因多态性的估计 是表示DNA变异程度高低的一个指标 PIC 0 5为高度多态 0 25 PIC 0 5为中度多态 PIC 0 25为低度多态 一个标记在群体中的PIC值是根据其等位基因的频率来计算的 其中 k为等位基因数目 Pi和Pj分别为第i和第j个等位基因在群体中的频率 1 群体内基因多样性 例如 吴伟 王栋等利用4个微卫星标记IDVGA l1 IDVGA 27 IDVGA 44 IDVGA 46分析了5个品种 种群的遗传结构 其多态信息含量 南阳牛 0 6569 延边牛 0 5742 韩牛 0 5317 西门塔尔牛 0 6491 杂种牛 0 6869 杂种牛变异最大 韩牛变异最小 南阳牛变异较大 4 有效等位基因数 Effectivenumberofalleles Ne 有效等位基因数是反映群体遗传变异大小的一个指标 其数值越接近所检测到的等位基因的绝对数 表明等位基因在群体中分布越均匀 1 群体内基因多样性 Pi为第i个有效等位基因的频率 对同工酶资料而言 群体间基因多样性通常采用基因分化系数GST进行测度 A 先计算所有群体内的基因一致性 S是群体数 B 计算群体内平均基因多样性 2 群体间基因多样性 C 总群体的基因一致性为 Wk是第K个群体的比例权重 D 群体间基因多样性为 2 群体间基因多样性 基因分化系数GST GST 基因分化系数 度量的是群体间的基因多样性HT 群体间的基因多样性HS 群体内的基因多样性 2 群体间基因多样性 Hs是群体内期望杂合度的平均值 P为每个群体中第k个座位上的第i个等位基因的平均频率 对RFLP而言 群体间的基因多样性为 Ci是n个序列问在位置i的酶切位数 2 群体间基因多样性 对DNA序列资料而言 基因分化的测度为 dt是群体内和群体间所有配对距离的平均值ds是群体内平均配对比较距离 Chakraborty 1974 提出了GST的取样方差的一个近似公式 2 群体间基因多样性 2 基因流 由不同繁育种群间个体的偶然交配导致的遗传交换 换句话说 基因流泛指一个种群的基因进入另一个种群 同种或不同种 的基因库 使接受者种群的基因频率发生改变 在一个区域内亚群的基因分化系数 总群体中不同区域间的基因分化系数 2 群体间基因多样性 3 群体间遗传一致性 1 Sneath的遗传相似指数 其计算公式为 Xij和Yij分别是群体X和群体Y中第i个座位上第j个等位基因的频率 I是有关座位数 k是座位i上的等位基因数 由这个指数公式可以看出 具有相同等位基因频率的群体 不一定具有最大相似性指数值 Is值 如 群体X和Y在第5个座位上基因频率相同 即Xi Yi 0 5 这个数值低于某些明显不同的群体间的相似指数 这显然是不合理的 应加以改进 2 Nei 1972 1974 1978 提出了遗传相似系数和遗传距离的另一种估算方法 Nei的相似系数计算公式为 Xi和Yi是X群体和Y群体第i个等位基因的频率 遗传距离D Nei将其称为标准遗传距离 是相似系数IN的自然对数 上述标准遗传距离当IN接近0时其度量值高