群体遗传学课件

群体遗传学群体遗传学医学群体遗传学(遗传流行病学)群体：指一个物种生活在某一地区内的、能相互杂交的个体群，也称为孟德尔式群体(Mendelianpopulation)。群体中的遗传平衡基因库：一个群体所具有的全部遗传信息称为基因库(genepool)。基因频率和基因型频率基因频率(genefrequency)：指群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例。任何基因座位上全部基因频率的总和等于1。基因型频率(genotypefrequency)：指群体中某一基因型个体占群体总个体数的比例。任何群体各个基因型频率的总和等于1。对于共显性和不完全显性性状有一对等位基因A

和a基因A

的频率为p

基因a

的频率为q基因型AA

的频率为D基因型Aa

的频率为H

基因型aa

的频率为R基因频率和基因型频率Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)D.H.HardyW.Weinberg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不变。如果一个群体达到了这种状态，就是一个遗传平衡的群体。1.群体很大2.随机婚配3.没有突变4.没有选择5.没有大规模迁移Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)每个世代基因频率保持不变。p＋q＝1基因型频率按下列分布展开精子f(A)＝pf(a)＝q卵子f(A)＝pp2pqf(a)＝qpqq2p2＋2pq＋q2＝1p2:基因型AA的频率2pq:基因型Aa的频率q2:基因型aa的频率Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)每个世代基因频率保持不变。p＋q＝1基因型频率按下列分布展开p2＋2pq＋q2＝1Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)每个世代基因频率保持不变。p＋q＝1基因型频率按下列分布展开一个不平衡的群体只要经过一个世代随机婚配就可以达到遗传平衡。f(a)=qf(A)=1－q=q2Hardy-Weinberg定律隐性表型频率(发病率)＝隐性致病基因型频率q

＝

q2p

＝

1－q

常染色体隐性遗传病(AR)基因频率的计算2pqq2≈2qq2＝2q2pq≈

2q＝隐性表型频率＝发病率p

＝

1－q

基因频率的计算常染色体显性遗传病(AD)2pqp2

＋2pq≈1H

＝

2pq≈

2pq

＝

q2＝正常人的频率性别女性男性基因型XAXAXAXaXaXaXAYXaY基因型频率p22pqq2pq男性表型频率＝男性基因型频率＝群体基因频率女性纯合体的频率为男性相应表型频率的平方XD中，男女发病比例为p/(p2＋2pq)＝1/2XR中，男女发病比例为q/q2＝1/q基因频率的计算X连锁基因基因频率的计算复等位基因(IA,IB,i)血型ABOAB基因型IAIA,IAiIBIB,IBiiiIAIB基因型频率p2＋2prq2＋2qrr22pqp＋q＋r＝1(p＋q＋r)2＝p2＋2pq＋q2＋2pr＋r2＋2qr

＝1f(IA)=pf(IB)=qf(i)=r影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡突变率(mutationrate)：每个基因都有一定的突变率，用每一世代中每百万个基因中有n个基因发生突变，即n×10－6/基因/代。突变突变一对等位基因A

和af(A)＝p，突变率为uf(a)＝q，突变率为vq＝uu

＋

vp

＝vu

＋

v

p

＝qv;

q

＝pu影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡选择及选择与突变间的平衡选择选择(selection)：指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别。常用适合度和选择系数来表示。适合度(fitness)：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。一般用相对生育率(relativefertility)来衡量。选择系数(selectioncoefficient，S)：选择的作用常用选择系数来表示。S代表在选择作用下，降低的适合度，S＝1－f。几种遗传病患者的适合度

遗传病适合度黑矇性痴呆0视网膜母细胞瘤0软骨发育不全0.2甲型血友病0.29遗传性舞蹈症男0.82女1.25镰状细胞贫血0镰状细胞贫血(携带者)疟疾区1.26选择与突变间的平衡选择和突变对群体遗传结构的作用方向正好相反突变选择01234567891011有害基因数目频率选择与突变间的平衡在一个遗传平衡的群体中，选择压力和突变压力基本上维持着平衡。选择压力(selectionpressure)突变压力(mutationpressure)选择和突变对群体遗传结构的作用方向正好相反选择与突变间的平衡AD遗传病v

＝Sp

＝S×1/2H

AR遗传病u

＝Sq2XR遗传病u

＝Sq/3

XD遗传病v

＝Sp选择压力的变化对遗传平衡的影响选择压力的增强n1qn＝1q－AD遗传病AR遗传病选择压力的变化对遗传平衡的影响选择压力的放松AD遗传病AR遗传病q

＋M×10－6×n=2qqM×10－6n＝影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡选择及选择与突变间的平衡随机遗传漂变随机遗传漂变随机遗传漂变(randomgeneticdrift)：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。孤岛模型：有一对等位基因A和a，频率各为0.5AA×AAAA×AaAA×AaAA×aaAa×AaAa×AAaa×AAAa×AAAa×AaAa×AaAa×AaAa×aaaa×Aaaa×AaAa×aaaa×aaAAAaAaaaAAAaAaaaAA×AAaa×aa随机遗传漂变01020304050607080901001101201301401501.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1世代数25人基因A的频率2500人250人随机遗传漂变美洲印第安人ABO血型频率Blackfeet:IA0.5随机遗传漂变北美：IA0.018;IB0.009;i0.973影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡选择及选择与突变间的平衡随机遗传漂变隔离隔离由于自然条件或宗教、民族风俗习惯等因素所形成的隔离(isolation)，使该群体与其他人群无基因交流，使纯合子的比例增加，产生类似于近亲婚配的遗传效应。建立者效应(foundereffect)：在一些隔离群体中，基因频率是由少数几个始祖的某一突变基因在小的隔离群体近亲繁殖的结果。小的隔离群体的遗传结构不断变化，随机遗传漂变可能起了重要的作用。影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡选择及选择与突变间的平衡随机遗传漂变隔离迁移迁移迁移(migration)：指具有某一基因频率群体的部分个体因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中，并杂交定居，从而改变迁入群体的基因频率，这种影响也称迁移压力(migrationpressure)。基因流：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，称为基因流(geneflow)。影响群体遗传平衡的因素突变及突变间的平衡选择及选择与突变间的平衡随机遗传漂变隔离迁移近亲婚配近亲婚配近亲(closerelative)是指在3～4代以内有共同祖先的个体间的关系，他们之间的婚配称为近亲婚配(consanguineousmarriage)。亲缘系数(coefficientofrelationship)：由于继承的关系，亲属间具有相同基因的可能性。近婚系数(inbreedingcoefficient，F)：近亲婚配使子女从婚配双方得到祖先同一基因的概率。近亲系数兄妹婚配(一级亲属)SA1A2A3A4A1A1A2A2A3A3A4A4舅甥女婚配(二级亲属)SA1A2A3A4A1A1A2A2A3A3A4A4半同胞婚配A1A2A3A4A1A1A2A2A5A6S近亲系数的估算F＝4×(1/2)n&F＝2×(1/2)n4×:两个共同祖先(4条染色体)n＝2×世代数2×:一个共同祖先(2条染色体)n:传递步骤n＝世代数1＋世代数2X连锁的基因女性有两条X染色体，可形成纯合子；男性只有一条X染色体，是个半合子。所以，只需计算女性的近婚系数F。由于交叉遗传：男性的X连锁基因一定传给女儿，传递概率为1男性的X连锁基因不会传给儿子，传递概率为0X连锁基因的近亲系数姨表兄妹婚配(三级亲属)X1YX2X3X1X1X2X2X3X3S舅表兄妹婚配(三级亲属)SX1YX2X3X1X1X2X2X3X3姑表兄妹婚配(三级亲属)X1YX2X3X1X1X2X2X3X3S堂表兄妹婚配(三级亲属)X1YX2X3X1X1X2X2X3X3S平均近婚系数(averageinbreedingcoefficient，a)评估近亲婚配对群体的危害时，平均近婚系数(a)有重要的意义。平均近亲系数a

=ΣMi•FiNa

＞0.01遗传负荷遗传负荷(geneticload)

：指在一个群体中，由于致死基因(lethalgene)或有害基因的存在而使该群体适合度降低的现象。来源于突变负荷和分离负荷。