基因变异的群体行为

关于基因变异的群体行为基因变异的群体行为

前言群体的遗传平衡影响遗传平衡的因素遗传负荷群体中的平衡多态现象第2页,共55页，2024年2月25日，星期天前言

群体是由一群可以相互婚配的个体组成基因变异是人类进化的基础,构成了群体中的个体多样性第3页,共55页，2024年2月25日，星期天不同人种第4页,共55页，2024年2月25日，星期天我国不同民族人群第5页,共55页，2024年2月25日，星期天群体遗传学

研究群体中基因的分布及逐代传递中影响基因频率和基因型频率的因素，追踪基因变异的群体行为，应用数学手段研究基因频率和相对应的表型在群体中的分布特征和变化规律，这就是的研究内容。第6页,共55页，2024年2月25日，星期天第一节群体的遗传平衡

一、Hardy-Weinberg平衡律

在随机婚配的大群体中，没有受到外在因素影响的情况下，显性性状并没有随着隐性性状的减少而增加，不同基因型相互比例在一代代传递中保持稳定。第7页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律第一代的两个等位基因频率和基因型频率

精子A（p）a（q）卵A（p）AA（p²）Aa（pq）子a（q）Aa（pq）aa（q²）第8页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律第二代基因型频率AA(p²)Aa(2pq)aa(q²)AA(p²)AA×AA(p4)AA×Aa(2p³q)AA×aa(p²q²)Aa(2pq)Aa×AA(2p³q)Aa×Aa(4p²q²)Aaxaa(2pq³)aa(q²)aaxAA(p²q²)aaxAa(2pq³)aaxaa(q4)第9页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律各种婚配的后代基因型分布婚配类型频率后代AAAaaaAA×AAAA×AaAA×aaAa×AaAa×aaaa×aap44p³q2p²q²4p²q²4pq³q4p42p³qp²q²2p³q2p²q²2p²q²2pq³p²q²2pq³q4第10页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律表中结果显示：AA后代

=p4+2p³q+p²q²=p²(p²+2pq+q²)=p²(p+q)²=p²；Aa后代

=2p³q+4p²q²+2pq³=2pq(p²+2pq+q²)=2pq(p+q)²=2pq；Aa后代

=p²q²+2pq³+q4=q²(p²+2pq+q²)=q²(p+q)²=q²

可以看出在这一群体中第一代和第二代的基因型频率是一致的。实际上无论经过多少代，基因型频率将保持不变，每种基因型的个体数量随着群体大小而增减，但是相对频率不变，这就是Hardy-Weinberg平衡的推理。第11页,共55页，2024年2月25日，星期天二、Hardy-Weinberg平衡律的应用

——Hardy-Weinberg平衡判定例1：某一基因座的一对等位基因A和a，有三种基因型AA，Aa／aA和aa，在随机1000人的群体中，观察的基因型分布如下：AA为600人、Aa／aA为340人、aa为60人。第12页,共55页，2024年2月25日，星期天第13页,共55页，2024年2月25日，星期天不同基因型频率的预期值和观察值基因型预期值观察值AA592.9(p2×1000)600Aa/aA354.2(2pq×1000)340aa52.9(q2×1000)60X2=1.607p＞0.05第14页,共55页，2024年2月25日，星期天X2检验：当p＞0.05时，表示预期值和观察值之间的差异无统计学意义，等位基因频率和基因型频率分布符合Hardy-Weinberg平衡，p＜0.05时，表示预期值和观察值之间的差异有统计学意义，等位基因频率和基因型频率分布不符合Hardy-Weinberg平衡。第15页,共55页，2024年2月25日，星期天例2：假设某一基因座的一对等位基因B和b，在1000人群体中，该基因型频率分布是：BB为600人、Bb/bB为320、bb为80人。第16页,共55页，2024年2月25日，星期天基因型预期值观察值BB577.6(p2×1000)600Bb/bB364.8(2pq×1000)320aa57.6(q2×1000)80第17页,共55页，2024年2月25日，星期天经X2检验p＜0.05，该基因座随着BB纯合子的减少，Bb杂合子增加，该群体偏离了Hardy-Weinberg平衡。第18页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡律的应用

——等位基因频率和杂合子频率

例如：常染色体隐性遗传病囊性纤维化在欧洲白种人的发病率约1/2000，患者为突变基因的纯合子q2＝1/2000，则q=√1/2000=1/45=0.022，

p=1-1/45=44/45=0.978，杂合子即携带突变基因的个体2pq=2×44/45×1/45=1/23=0.043。

第19页,共55页，2024年2月25日，星期天第二节影响遗传平衡的因素一、非随机婚配

随机婚配指无须考虑配偶的基因型选择配偶；而非随机婚配可以通过两种方式增加纯合子的频率。第20页,共55页，2024年2月25日，星期天选型婚配（assortativemating），即选择具有某些特征（如身高、智力、种族）的配偶；如果这种选择发生在常染色体隐性遗传性聋哑病患者中，就将增加纯合患者的相对频率。近亲婚配（consanguinousmating），即有共同祖先血缘关系的亲属婚配，尽管表面上不改变等位基因频率，但可以增加纯合子的比例，降低杂合子数量，因此使不利的隐性表型面临选择，从而又最终改变了后代的等位基因频率。第21页,共55页，2024年2月25日，星期天近亲婚配不仅提高了后代的有害隐性基因纯合子的发生风险，而且增加了后代对多基因或多因素疾病的出生缺陷的易感性，这是因为多基因病的患病风险与亲属级别成正比。亲缘系数（coefficientofrelationship，r）是指两个人从共同祖先获得某基因座的同一等位基因的概率。第22页,共55页，2024年2月25日，星期天不同亲属级别的亲缘系数

亲属级别亲缘系数双亲-子女一级亲属1/2同胞(兄弟姐妹)一级亲属1/2叔(姑、舅、姨)-侄(甥)二级亲属1/4祖-孙二级亲属1/4表/堂兄妹三级亲属1/8第23页,共55页，2024年2月25日，星期天近婚系数：近亲婚配使子女中得到这样一对相同基因的概率，称为近婚系数（inbreedingcoefficient，F）第24页,共55页，2024年2月25日，星期天近婚系数估算（以常染色体上的某一基因座为例）

同胞兄妹的父亲某一基因座有等位基因A1和A2，母亲的这个基因座有等位基因A3和A4。他们的子女中，A1A3，A1A4，A2A3，A2A4各1/4。这一对子女如果近亲婚配，所生后代中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率即为其近婚系数。同胞兄妹婚配中等位基因的传递第25页,共55页，2024年2月25日，星期天S形成纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率：4×（1/2）4=1/4。一级亲属间的近婚系数就是F=1/4。第26页,共55页，2024年2月25日，星期天

舅甥女（或姑侄）之间婚配S成为纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为4×(1/2)5=1/8，近婚系数F=1/8。舅甥女婚配中等位基因的传递第27页,共55页，2024年2月25日，星期天

如果是表兄妹婚配，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需传递6步，所以其近婚系数为4×(1/2)6=1/16（右图）。三级亲属的近婚系数F=1/16。表兄妹婚配中等位基因的传递第28页,共55页，2024年2月25日，星期天

在二级表兄妹婚配的情况下，P1的等位基因A1经B1、C1、D1传递给S需经过4步传递，S为A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需8步传递，其近婚系数为4×(1/2)8=1/64（右图），五级亲属的近婚系数F=1/64。二级表兄妹婚配中等位基因的传递第29页,共55页，2024年2月25日，星期天

在姨表兄妹婚配中，等位基因X1由P1经B1、C1传至S，只需计为传递1步（B1转至C1）；基因X1经B2、C2传至S则传递2步（B2传至C2和C2传至S）。所以，S为X1X1的概率为（1/2）3。等位基因X2由P2经B1、C1传至S，需计为传递2步；基因X2经B2、C2传至S，需计为3步。所以，S为的概率为（1/2）5。因此，对X连锁基因来说，姨表兄妹婚配的近婚系数F为（1/2）3+2×（1/2）5=3/16。姨表兄妹婚配中等位基因的传递第30页,共55页，2024年2月25日，星期天

在舅表兄妹婚配中，等位基因X1由P1传至B2时中断，所以，不能形成纯合子X1X1。等位基因X2由P2经B1、C1传至S，只需计为传递2步；基因X2由P2经B2、C2传至S，也只需计为传递2步。所以，S为X2X2的概率为（1/2）4。因此，对X连锁基因来说，舅表兄妹婚配的近婚系数F为2×（1/2）4=1/8。舅表兄妹婚配中等位基因的传递第31页,共55页，2024年2月25日，星期天

在姑表兄妹婚配中，等位基因X1由P1传至B1时中断，基因X2和X3由P2经B1传至C1时，传递中断，所以，不能形成纯合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系数F=0。姑表兄妹婚配中等位基因的传递第32页,共55页，2024年2月25日，星期天

如果堂兄妹配，基因X1由P1传到B1时中断，基因X2和X3由P2经B1传到C1时，传递中断，所以，也不能形成纯合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系数F=0。堂兄妹婚配中等位基因的传递第33页,共55页，2024年2月25日，星期天

仅就X连锁基因来看，姨表兄妹婚配/舅表兄妹婚配比姑表兄妹/堂表兄妹危害还要大。第34页,共55页，2024年2月25日，星期天你能估计一下贾宝玉－薛宝钗、贾宝玉－林黛玉之间的近婚系数吗？第35页,共55页，2024年2月25日，星期天

评价近亲婚配对群体的危害时，除近亲婚配率以外，平均近婚系数（averageinbreedingcoefficient，a）有重要作用。a值可按下列公式计算：a=∑Mi.FiN其中，Mi为某型近亲婚配数，N为总婚配数，Fi为某型婚配的近婚系数。第36页,共55页，2024年2月25日，星期天不同国家、地区人群中a值的比较国家或地区调查年代调查婚姻数近亲婚率平均近婚系数(a)美国德国法国意大利日本南印度北京、湖北（汉）甘肃（回）四川（彝）贵州赤水（苗）黑龙江（鄂伦春）黑龙江（鄂温克）吉林延吉（朝鲜）19581946～19541956～19581956～1960195019501980～19811980～19811980～19811980～19811980～19811980～19811980～198113322811989953000016466122131482604277291376205423418362620800.11％0.59％0.67％0.90％8.16％39.37％1.4％9.70％14.16％16.24％1.6％3.4％00.000080.000190.000230.000700.0040.028350.0006650.0050.009130.0076960.0002560.0001160第37页,共55页，2024年2月25日，星期天表亲婚配和随机婚配生出隐性纯合子的概率qq2pq/16q2+pq/16q2+pq/16:q20.200.100.040.020.010.0010.040.010.00160.00040.00010.0000010.010.0056250.00240.0012250.0006190.00006250.050.0156250.0040.0016250.0007190.00006351.251.562.504.067.1963.5第38页,共55页，2024年2月25日，星期天近亲婚配的危害——增高隐性纯合子患者的频率例如：表兄妹婚配，所生子女（S）是隐性纯合子（aa）有两种原因：①父母（C1和C2）近亲婚配从共同祖先（P1和P2）传递得到基因a，在这种情况下，如果群体中基因a的频率为q，S为aa的总概率是4×（1/64）q=（1/16）q；②由两个不同祖先分别传来基因a，在这种情况下，两个基因a可以来自同一曾祖（P1和P2）不同的同源染色体，可以来自不同曾祖（P1和P2），也可以来自祖辈（

B1、B2、B3、B4）中的任何两个，S为aa的总概率为：（1-1/16）q2=(15/16)q2。第39页,共55页，2024年2月25日，星期天近亲婚配与非近亲婚配对后代影响的比较组别婚配对数父母平均年龄子女数早产、流产数(%)先天畸形数(%)9岁前死亡数(%)近亲婚配非近亲婚配20319937.6338.141158100161(5.27)34(3.40)15(1.34)4(0.44)233(19.26)131(13.09)第40页,共55页，2024年2月25日，星期天二、选择

选择反映了环境因素对特定表型或基因型的作用，它可以是正性选择，也可以是负性选择。第41页,共55页，2024年2月25日，星期天Hardy-Weinberg平衡的理想化群体对基因型没有选择，但是，实际上对特定缺陷的表型往往由于生育力下降，有一个负性选择；遗传学上用生物适合度（biologicalfitness）来衡量生育力大小，反映下一代基因库的分布情况。第42页,共55页，2024年2月25日，星期天适合度＝0时，表示遗传性致死，即无生育力；适合度＝1，为生育力正常；只有选择作用发生在育龄期之前，才会影响群体的基因频率或基因型频率，而发生在育龄期之后的选择作用，其影响将是微不足道的。第43页,共55页，2024年2月25日，星期天例题：根据丹麦的一项调查，软骨发育不全的侏儒108人，共生育了27个子女，这些侏儒的457个正常同胞共生育了582个子女，侏儒的相对生育率(f)是:f=27/108=0.2582/457第44页,共55页，2024年2月25日，星期天相对生育率即代表适合度。选择系数(selectioncoefficient)指在选择作用下适合度降低的程度，用s表示。s反映了某一基因型在群体中不利于存在的程度，因此s=1-f。第45页,共55页，2024年2月25日，星期天三、突变

Hardy-Weinberg平衡是基于无突变的假设条件，如果某基因座具有较高的突变率，将使群体中的突变基因比例稳定增加。第46页,共55页，2024年2月25日，星期天

基因突变率

指每代每个配子中每个基因座的突变数量。假设初始群体的某一基因座全是等位基因A的纯合子，每一世代由等位基因A突变成等位基因a的突变率为1.0×10-5，那么，第一世代的等位基因a的频率为1.0×10-5第47页,共55页，2024年2月25日，星期天P123纠正第一代A频率=1.0-1.0x105第二代a频率=2.0x105-1.0x1010A频率=1.0-2.0x105-1.0x1010第48页,共55页，2024年2月25日，星期天

对于孟德尔遗传病的基因突变率可以进行估计：

常染色体显性遗传病u=I（1-f）/2

常染色体隐性遗传病u=I（1-f）

X连锁隐性遗传病u＝［IM（1-f）］／3第49页,共55页，202