第七章群体遗传学

1、医医 学学 遗遗 传传 学学 前言 任何一个通过有性生殖的物种的个体都不可能孤立的存任何一个通过有性生殖的物种的个体都不可能孤立的存 在，总是依附于某个有一群可相互交配的个体所组成的群在，总是依附于某个有一群可相互交配的个体所组成的群 体。所以，关于群体的遗传学结构、组成及其相关理论的体。所以，关于群体的遗传学结构、组成及其相关理论的 诸多问题是无法仅仅从个体水平的遗传结构来解释的。诸多问题是无法仅仅从个体水平的遗传结构来解释的。 所有决定群体的遗传组成及其随时间和空间而变化的规律所有决定群体的遗传组成及其随时间和空间而变化的规律 性问题都属于性问题都属于群体遗传学群体遗传学的研究范畴。遗传变

2、异是群体遗传的研究范畴。遗传变异是群体遗传 学研究中最基本的研究对象。学研究中最基本的研究对象。 主要是探讨遗传病的发病率、 遗传方式及致病基因频率和变化的规律，以求了 解遗传病在群体中的发生和散布的规律，为预防、 监测和治疗遗传病提供重要信息和措施。因此也 被称为遗传流行病学. HD N nn Ap 2 1 2 2 )( 21 HR N nn aq 2 1 2 2 )( 23 基因基因 频率频率 公式推导方法：公式推导方法： MN血型定位于血型定位于4q28-q31。有人在一个地区调查。有人在一个地区调查747人人 M血型血型 基因型为基因型为MM 223人人 占占31.2% N血型血型 基

3、因型为基因型为NN 129人人 占占17.3% MN血型血型 基因型为基因型为MN 485人人 占占51.5% 设设M的基因频率为的基因频率为p，N的基因频率为的基因频率为q，pq=1 P=MM十十1/2 MN=0.312+0.515/2=0.57 q=NN+1/2MN=0.173+0.515/2=0.43 例如例如 1pq 1pq 22 21ppqq 1pq 22 21ppqq 应用应用 判断一个群体是否为平衡群体判断一个群体是否为平衡群体 一个群体一个群体 100人，人，AA 60人，人，Aa 20人，人，aa 20 人。这是一个遗传平衡群体吗？人。这是一个遗传平衡群体吗？ 假定假定AP，

4、 aq， pq=l P22pqq2=l P2AA ， q2aa ， 2pqAa 应用应用 基基 因因 型型 数数 量量 频频 率率 AA 60 0.60 Aa 20 0.20 aa 20 0.20 总计总计 100 1.0 先计算基因型频率：先计算基因型频率： AA（D）0.6 Aa（ H）0.2 aa（ R）0.2 判断一个群体是否为平衡群体判断一个群体是否为平衡群体 再计算基因频率：根据公式再计算基因频率：根据公式 Ap=0.600.20/2=0.70 aq=0.20+0.20/2=0.30 aq=0.20+0.20/2=0.30 如 果 是 遗 传 平 衡 的 群 体 ， 它 应 当 符

5、 合 ：如 果 是 遗 传 平 衡 的 群 体 ， 它 应 当 符 合 ： p p2 2+2pq+q+2pq+q2 2=1=1； p p2 2=0.49 2pq=0.42 q=0.49 2pq=0.42 q2 2=0.09=0.09（理论值理论值） 即即 0.49+0.42+0.09=10.49+0.42+0.09=1 上述群体基因型频率的上述群体基因型频率的实际值实际值： p p2 : 2 :0.6 0.6、 2pq: 0.22pq: 0.2、q q2 2 :0.2 :0.2 故群体是一个遗传不平衡的群体故群体是一个遗传不平衡的群体 F1 F1代基因型代基因型AAAA：AaAa：aaaa的比

6、例变化的比例变化 精子精子 A A （0.700.70） a (0.30)a (0.30) 卵子卵子A(0.70A(0.70） AA(0.49) Aa (0.21)AA(0.49) Aa (0.21) a(0.30) Aa (0.21) aa (0.09) a(0.30) Aa (0.21) aa (0.09) 即即AAAA（p p1 1）2 2=0.49=0.49，Aa(2pAa(2p1 1q q1 1)=0.42)=0.42，aa(qaa(q1 1) )2 2=0.09=0.09 达到了遗传平衡状态达到了遗传平衡状态 再次随机交配再次随机交配 F2 F2基因型基因型AAAA：AaAa：aa

7、aa的比例变化的比例变化 F2 F2 精子精子 A A （0.700.70） a (0.30)a (0.30) 卵子卵子A(0.70A(0.70） AA(0.49) Aa (0.21)AA(0.49) Aa (0.21) a(0.30) Aa (0.21) aa (0.09) a(0.30) Aa (0.21) aa (0.09) 即即AAAA（p p2 2）2 2=0.49=0.49，Aa(2pAa(2p2 2q q2 2)=0.42)=0.42，aa(qaa(q2 2) )2 2=0.09 =0.09 因此，一个遗传不平衡的群体，只要是因此，一个遗传不平衡的群体，只要是 进行随机交配，一代

8、以后即可达到遗传平衡。进行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。 2 2 ()oe e 应用应用 例如例如 : 一个群体中白化病的发病率为一个群体中白化病的发病率为1/20000， 求致病基因频率；携带者频率？求致病基因频率；携带者频率？ 按遗传平衡定律计算：按遗传平衡定律计算： aa=q2=1/20000 a=q=1/20000=0.007 A=p=1-q=1-0.007=0.993 Aa=2pq=20.0070.9931/70 在这个群体中：致病基因在这个群体中：致病基因a的频率为的频率为0.007， 携带者的频率约为携带者的频率约为1/70。 应用应用 性性 别别女女 性性男男 性性 基因

9、型基因型XAXAXAXaXaXaXAYXaY 基因型频率基因型频率p22pqq2pq 应用应用 例如：例如：XR 等位基因位于等位基因位于X染色体上，男性只有一条染色体上，男性只有一条X染色体染色体 男性的发病率男性的发病率=致病基因频率致病基因频率 女性的发病率女性的发病率=(致病基因频率致病基因频率 )2 红绿色盲在男性中占红绿色盲在男性中占7% 7% 致病基因频率致病基因频率q=0.07,q=0.07, 女性红绿色盲女性红绿色盲发病率发病率预期应为预期应为q q2 2=(0.07)=(0.07)2 2=0.0049=0.0049，这与实，这与实 际观察到的数值际观察到的数值0.5%0.5

10、%是很相近的是很相近的 女性携带者频率女性携带者频率2pq=2(1-q)q=2q-2q2=2q=20.07=0.14 () A f Ip () B f Iq ( )f ir 1pqr 2222 ()2221pqrppqqqrrpr 第二节影响遗传平衡的因素第二节影响遗传平衡的因素 Hardy-WeinbergHardy-Weinberg平衡定律仅适用于无选择、无突变、平衡定律仅适用于无选择、无突变、 随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在随即婚配、无限大的理想群体。但是，严格的理想群体在 自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发，将这自然界是不存在的，我们可以从这个理想群体出发

11、，将这 些使用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观真实群些使用条件逐个取消，使理论分析逐渐接近于客观真实群 体的情况，最终获得真实群体的遗传结构及其变化的一般体的情况，最终获得真实群体的遗传结构及其变化的一般 规律。规律。 29 影响群体遗传平衡的因素影响群体遗传平衡的因素 遗传平衡 突变 遗传漂变 选择 迁移 近亲婚配 30 、突变基因通过突变可成为另外的等位基因，这无疑将影 响到基因的频率及群体的遗传平衡。由突变引起群体的基因频 率改变十分缓慢，每个基因每代的突变率大约为10-510-7。 2、选择(selection)：指由于基因型的差别而导致个 体生存能力和 生育能力的差别。常用适合

12、度和选择系数来表示。 ：是指一定环境条件下，某种基因型个体能生存并能将他 的基因传给后代的能力。用表示。一般用相对生育率(relative fertility) 来衡量。 选择的作用常用选择系数(selection coefficient，S )来表示。S 代表在选择作用下，降低的适合度，S 1 f。 例如，根据在丹麦的一项调查发现：例如，根据在丹麦的一项调查发现：108108名软骨发名软骨发 育不全性侏儒生育了育不全性侏儒生育了2727个孩子，这些侏儒的个孩子，这些侏儒的457457个正常个正常 同胞共生育了同胞共生育了582582个孩子。如以正常人的生育率为个孩子。如以正常人的生育率为1

13、1， 侏儒患者的相对生育率（侏儒患者的相对生育率（f f）则为：）则为： f = 27/108 f = 27/108 582/457 = 0.20 582/457 = 0.20 例如，软骨发育不全性侏儒的选择系数例如，软骨发育不全性侏儒的选择系数 S = 1-f = 1-0.20 = 0.80S = 1-f = 1-0.20 = 0.80 、迁移，又称基因流(gene flow) ：迁移压力的增强可使某些 基因从一个群体有效地散布到另一个群体中。如血型B基因:起 源于亚洲,逐渐向西流动,导致B型血在亚洲高频率,跨越欧洲而 逐步降低。 4、遗传漂变 (random genetic drift)：

14、在一个小的群体中，由于 所生育的子女数目少，导致的等位基因频率产生相当大的随机 波动的现象。遗传漂变没有确定的方向，世代群体间基因频率 变化是随机的，因此又称为随机遗传漂变(random genetic drift)。 （relationship coefficient, r ） 2 (1/2)1+1=1/2 近婚系数近婚系数（inbreeding coefficient, F）：是指近亲婚配的一）：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给他们的子女，子女得

15、到这样一对来源相同且纯合的概率为 近婚系数。近婚系数。 F = 4 (1/2)n或或 F = 2 (1/2)n A1A1 A2A2 A3A3 A4A4 P 1 2 B 1 2 A1A2 A3A4 S 同胞兄妹同胞兄妹 A1 A1 A1从从P1B1 S (1/2)2 A1从从P1 B2 S (1/2)2 A1从从P1 B1 B2 S (1/2)4 同理同理A2A2(1/2)4 A3 A3 A3从从P2B1 S (1/2)2 A3从从P2 B2 S (1/2)2 A3从从P2 B1 B2 S (1/2)4 同理同理A4A4(1/2)4 F=4 (1/2)4=1/4 4:表示基因数目（表示基因数目（共同祖先）共同祖先） 4：表示路经数表示路经数 1 2 3 4 常染色体基因：常染色体基因： 4 (1/2)4=1