第九章群体遗传学.ppt

群体遗传学（populationgenetics),第九章,案例,一对外表正常的新婚夫妇，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。1、这对夫妇有可能生出PKU的患儿吗？如果有可能，其风险与哪些因素有关，如何计算？2、PKU致病基因的突变率是多少？3、现在对PKU患者的有效治疗，是否会增加群体中致病基因的频率？,内容提要,1、群体的遗传平衡：基因频率与基因型频率、遗传平衡定律及应用遗传平衡群体的判定、基因频率（常染色体、X连锁基因）的计算2、影响群体遗传平衡的因素：突变、选择、遗传漂变、隔离、迁移、近亲婚配选择：选择的作用与突变率的计算（AD、AR、XR）选择压力的变化对遗传平衡的影响近亲婚配：常染色体、X连锁基因的近婚系数3、遗传负荷,群体（population）孟德尔式群体（Mendelianpopulation）指生活在某一地区的、能够相互交配并能产生具有生殖能力后代的个体群。群体遗传学（populationgenetics）研究群体的遗传结构及其变化规律的科学，主要是应用数学的思维和方法研究和探讨群体的基因频率、基因型频率及其和某些因素的关系。医学群体遗传学（medicalpopulationgenetics）基因库（genepool）一个群体所具有的全部遗传信息第一节群体中的遗传平衡一、基因频率和基因型频率基因频率（genefrequency）：某一基因的数量/所有等位基因数量（例如）基因型频率（genotypefrequency）：某一基因型个体数/总个体数（例如）D+H+R=1,MN血型共显性遗传，基因定位4q基因型表型个体数M/MM血型7470.312233M/NMN血型7470.515385N/NN血型7470.173129总计747一对等位基因决定一个表型性状M基因的频率:p(2332+385)/(7472)(233/747)+1/2(385/747)MM+1/2MN0.57N基因的频率:q1-0.570.43,公式：p=D+1/2Hq=R+1/2H,MN血型共显性遗传，基因定位4q基因型表型个体数M/MM血型7470.312233M/NMN血型7470.515385N/NN血型7470.173129总计747一对等位基因决定一个表型性状M基因的频率:p(2332+385)/(7472)(233/747)+1/2(385/747)MM+1/2MN0.57N基因的频率:q1-0.570.43,二、遗传平衡定律（lawofgeneticequilibrium，1908）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代代不变。条件：1、群体很大；2、随机婚配；3、没有突变发生；4、没有选择；5、无大规模的个体迁移。遗传平衡公式：假设一对等位基因A和a，基因A的频率为p，基因a的频率为q，pq1，（pq）21，p22pqq21在一个遗传平衡的群体里：p2AA；q2aa；2pqAa即AA：Aa：aap2：2pq：q2,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。基因型AA、Aa和aa的频率：D=60/100=0.6H=20/100=0.2R=20/100=0.2群体基因A和a的基因频率：p=D+1/2H=0.6+0.2/2=0.7q=R+1/2H=0.2+0.2/2=0.3,亲本精卵随机结合子一代基因型及其频率,子一代基因A的频率p=D+1/2H=0.491/2（0.210.21）=0.7q=R+1/2H=0.09+1/2（0.210.21）=0.3,子一代精卵随机结合子二代基因型及其频率,三、遗传平衡定律的应用,（一）遗传平衡群体的判定例题：在一个群体中，AA的频率为0.36,Aa的频率为0.48,aa的频率为0.16,判定此群体是否是遗传平衡群体。A基因频率：pD+1/2H0.36+0.48/20.6a基因频率：qR+1/2H1-0.60.4根据遗传平衡公式推算理论值:AA的频率p20.620.36Aa的频率2pq20.60.40.48aa的频率q20.420.16基因型频率的实际值和平衡状态时的理论值完全一样。结论：该群体是遗传平衡群体。,（二）基因频率的计算1、AR病基因频率的计算隐性致病基因纯合体（aa）发病，发病率（aa基因型频率）等于q2。例题：在我国人群中，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各种基因型的频率。aaq2=1/20000q=1/20000=0.007Ap=1-q=1-0.007=0.993AAp2=0.9932=0.986Aa2pq=20.9930.0070.014=1/70,因此p2：2pq：q20.986:1/70:1/2000020000:286:1表明AR遗传中,致病基因多以杂合子携带者的方式存在于一个群体中。,2、AD病基因频率的计算理论上，AA和Aa患者，群体发病率p22pq实际上，群体中AD病多为杂合子Aa发病。原因：正常基因a突变基因A是小概率事件,同样等位基因位点上同时发生突变形成AA的情况很少。AA个体病情更加严重，不容易存活。在AD遗传中发病率就是指杂合子Aa的频率。设AD病发病率为H，由于致病基因的频率p很小，q接近1，所以：H2pq2pp（1/2）H例题：丹麦某地区软骨发育不全性侏儒发病率为1/10000，求基因频率。致病基因A的频率p（1/2）H（1/2）1/100000.0005正常基因a的频率q1-p0.99995,3、X连锁基因的频率男性半合子，其基因频率，基因型频率或表型频率相同。遗传平衡群体中X连锁基因的基因型及其频率性别基因型表现型基因型频率发病率男性XAY正常p0.93XaY色盲q0.07女性XAXA正常p2(0.93)20.865XAXa正常2pq20.930.070.13XaXa色盲q2(0.07)20.0049,第二节影响群体遗传平衡的因素一、突变及突变间的平衡（一）突变突变率（mutationrate）n10-6/基因/代（二）突变间的平衡正向突变（forwardmutation）puAa回复突变（reversemutation）qv若puqv则Aa若puqv则Aa,若puqv，将维持动态遗传平衡。qu/（v+u）同理：pv/（v+u）在突变存在的情况下，基因频率由等位基因突变率u和v的差异所决定，群体平衡是由等位基因的双向突变来维持。中性突变（neutralmutation）无害、无益，选择无作用例题：人类对苯硫脲（PTC）的尝味能力决定于5q15的等位基因T和t。我国汉族人群中对PTC失去尝味能力的味盲（tt）的频率为9%，如果u0.910-6/代,v2.110-6/代,该群体是否处于遗传平衡状态。qu/（v+u）0.9/(2.1+0.9)0.3,二、选择及选择与突变间的平衡（一）选择（selection）是指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别。1、适合度（fitness，f）是指一定环境条件下，某种基因型个体能够生存并能将其基因传给后代的能力。相对生育率（relativefertility）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，求软骨发育不全性侏儒的适合度f。f（27/108）/（582/457）0.22、选择系数（selectioncoefficient，S）指在选择的作用下降低了的适合度。S1-f,（二）选择与突变间的平衡选择压力群体突变压力（selectionpressure）遗传结构（mutationpressure）1、选择对常染色体显性基因的作用AA，Aa选择只对表现出致病基因有害性状的个体起作用。设每一代被淘汰的基因为ppSp发病率H，则H2pqp（1/2）Hp（1/2）SHS1时，pp，f0，A基因一代后全部消失。0S0.01时,危害严重。,第三节遗传负荷遗传负荷（geneticload）有害基因的数量。指在一个群体中由于致死或有害基因的存在而使群体适合度降低的现象，一般用群体中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。一、遗传负荷的来源（一）突变负荷（mutationload）指基因突变产生有害或致死基因，使群体适合度下降而给群体带来的负荷。AD，显性半致死突变（semilethalmutation）AR，Aa传