第六章-群体遗传学基础.ppt

1、,1,第六章 群体遗传学,2,概念：研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支 学科。 1.以群体为基本研究单位； 2.以基因频率和基因型频率描述群体遗传结构； 3.采用数学和统计方法进行研究； 4.研究群体遗传结构变化的规律、原因以及在生物进化与新物种形成中的作用。,3,6.1 基因频率和基因型频率,1.孟德尔群体和基因库 孟德尔群体：特定的地区内一群能相互交配繁殖后代的个体所组成的群体称为一个孟德尔群体。可能是一个品系、一个品种、一个变种、一个亚种、甚至一个物种所有个体的总和 。(个体与群体) 基因库(gene pool)：一个孟德尔群体所包含的基因的 总数称为一个基因库。 2.群体的遗传

2、结构 指孟德尔群体中的基因及基因型的 种类和频率。 基因频率 基因型频率 基因频率和基因型频率间的关系,4,2.群体的遗传结构,基因频率（gene frequency）指一个群体内特定基因座上某一等位基因占该座位全部等位基因总数的比率，即该等位基因在群体内出现的概率。 基因型频率（genotype frequency）指群体中某一性状的某一基因型占该性状所有基因型的比率，或某一性状的某一基因型在群体中出现的概率。 基因频率和基因型频率间的关系 就一对等位基因（A、a）而言，若A的频率为p，a的频率为q；AA的频率为D，Aa的频率为H，aa的频率为R，则有：,5,生物在繁殖过程中，群体中的基因连

3、续不断地代代下 传，而基因型并不连续。 对任意一个群体，知道其基因型频率就可求得其基因 频率，但反之不成立。 只有在平衡群体中，基因型频率和基因频率才能彼此 决定。,6,6.2 遗传平衡定律,一、遗传平衡定律 1.定律要点 2.定律证明 3.遗传平衡定律的生物学例证（自学） 4.遗传平衡定律的应用 二、基因频率和基因型频率的计算,英国数学家Hardy和德国医生Weinberg经过各自独立的研究，于1908年分别发表了“基因平衡定律”的论文，后人为了纪念他们就将此定律称为Hardy-Weinberg 定律。,7,一、遗传平衡定律,1.定律要点 在随机交配的大群体中，若无其它因素的影响，群体的基

4、因频率一代一代传下去，始终保持不变。 在任何一个大群体内，无论其基因频率如何，只要经过一 代随机交配，一对常染色体上的基因所构成的基因型频率 就达到平衡状态，若无其它因素的影响，一代一代随机交 配下去，这种平衡保持不变。 在平衡状态下，基因频率与基因型频率之间的关系为： D=p2，H=2pq，R=q2。或者说满足D=p2、 H=2pq、R=q2条件的群体就是平衡群体。,8,平衡群体需符合的条件: 是大群体； 随机交配； 无突变、迁移、遗传漂变等 无任何形式的自然选择和人工选择。 随机交配（random mating）：是指在一个有性繁殖的生物群中，一种性别的任何一个个体与其相反性别的个体交配的

5、机会均等，即任何一对雌雄个体的结合都是随机的，不受任何其它因素的影响，这种交配方式称为随机交配。,9,F1产生的配子 A：p1=D1+H1/2=p0 a：q1=H1/2+R1=q0,F2 F3,假设在常染色体的某一基因 座位上有两个等位基因A和a F0 基因型 基因 AA Aa aa A a 频率 D0 H0 R0 p0 q0 若该世代随机交配，则,F1中 AA D1= p0 2 Aa H1=2p0q0 aa R1=q02,2.定律证明,10,通过改变基因频率来改变群体的遗传性能，从而为动物育种工作提供了极为有利的条件。育种工作从根本上就是打破群体的遗传平衡，建立新的遗传平衡，以达到提高畜群品

6、质的目的。 而家畜保种工作的实质则是保持现有品种或品系中的基因始终处于平衡状态，采取一切办法克服或消除选择、突变、迁移等因素对群体基因平衡的破坏作用。,3.遗传平衡定律的应用,11,1.共显性时 D=p2 通过 H=2pq 直接计算 R=q2 2.完全显性时 AA和Aa的表型一致，通过R=q2,二 基因频率和基因型频率的计算,12,3.伴性基因 对于伴性基因，将公、母分开计算。 在性染色体异型的XY、ZW的群体中，基因型频率等于基 因频率。 对于性染色体同型的XX、ZZ的群体，按常染色体基因频 率计算。 4.复等位基因 等显性的复等位基因计算的基本原则是：某一基因的频率是该基因纯合体的频率加上

7、含有该基因全部杂合体频率的1/2。,13,14, 有显隐性等级的复等位基因,15,16,17,例1： 2002级动科专业全体同学的血型比例是： 血型 A B O AB 比例 14(0.259) 10(0.185) 26(0.482) 4(0.074) 计算各等位基因的频率。,18,求出等位基因A, B, C的频率,例2：,19,6.3 影响遗传平衡定律的因素,一、突变 二、选择 三、遗传漂变 四、迁移 五、非随机交配,20,一、突变,1. 突变对群体遗传组成的作用： 为自然选择提供原始材料； 突变能够直接导致群体基因频率改变。 2. 突变压(mutation pressure)：因基因突变而产

8、生的基因频率变化趋势。在没有其他因素影响时，设某一世代中，一对等位基因A, a的频率分别为 p和q；正反突变率分别为u和v，则在某一世代中： Aa的频率为pu(正突变压)； aA的频率为qv(反突变压)。,u A=a p v q,21,突变对基因频率的作用,经过一个世代，基因频率的改变为：p=pu-qv; 当群体达到平衡时，基因频率保持不变，即：p=pu-qv=0(正反突变压相等)。因此平衡状态下：,假定在极端情况下，v=0时， 则有：,22,突变对基因频率的作用,结论： 在没有其他因素干扰时，平衡群体的基因频率由正反突变频率的大小决定。 给定一对等位基因的正反突变频率，就可以计算平衡状态时的

9、基因频率。 例：u=110-6, v=510-7 p=33%, q=67%; u=v=110-6 p=q=50% 由于大多数基因突变频率很低(10-410-7)，因此突变对基因频率的改变要经过很多世代。时间的长短则与世代周期长短密切相关。,23,二、选择,1.适合度和选择系数 适合度：指某一基因型与其它基因型比较时，能够成活和繁殖后代的相对能力，记为W。（留种率） 选择系数：指在选择的作用下降低的适合度，记为S，S=1-W。（淘汰率） 2.选择对隐性纯合体不利 3. 选择对杂合体有利,24,（一）全部淘汰显性个体 淘汰显性性状，能迅速改变基因频率。若外显率为100，经过一代淘汰，隐性基因和隐性

10、性状的频率就达到1。其显性基因和显性性状就完全消除。,连续两代间基因频率的关系：,连续两代间基因频率的关系：,连续两代间基因频率的关系：,选择后的基因型频率 （原始基因型频率留种率 ）/(原始基因型频率留种率 ),25,连续两代间基因频率的关系：,26,例如：有一个羊群有白色、黑色，由一对基因控制，白对黑为显性，白羊占84，黑羊占16。白羊全部淘汰后，基因频率如何？,27,（二）全部淘汰隐性个体 由于隐性基因常常受到显性基因的作用而表现不出来，所以要淘汰隐性基因相对较慢。 1淘汰隐性个体后，隐性基因频率的变化 对隐性个体全部淘汰，即S1，适合度1S0，基因变化如下表所示。,28,下一代的基因频

11、率为：,29,3使基因频率降到一定程度所需的代数（n）,根据这个公式，只要我们知道0世代的基因频率，就能计算出达到某一基因频率所需的代数。,30,例如，有一猪群有白猪和黑猪，白色对黑色为显性，已知黑色基因频率为0.4，如果把黑猪全部淘汰，下一代黑色基因的频率是多少？还会出现多少黑猪？如果淘汰20代又如何？假设要使黑猪基因频率降到0.01，供需多少代？ 解：已知：q0 =0.4 qn=0.01 求,31,三、遗传漂变(又称遗传漂移),1.大群体随机交配能达到群体遗传平衡，小群体相当于大群体的一个样本，样本容量越小，样本与总体间产生偏差的可能性也越大，从而造成样本(小群体)与总体(大群体)基因频率

12、差异，称为遗传漂变(genetic drift)。 2.遗传漂变：由于样本机误造成基因频率的随机波动，漂变在所有群体中都会出现，在小群体中更为明显。,32,3.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)。但频率高的基因容易向高频率漂变，频率低的基因容易消失，低频率基因向高频率基因漂变概率很小。 4.随着抽样群体的增大，遗传漂变趋于缓和。 5.漂变的原因引种、留种、分群、建系等。 6.遗传漂变的范围大于0小于1。在基因频率p1，q0，或p0，q1的群体中是不会发生的。,33,34,四、迁移,迁移实际上就是两个基因频率

13、不同群体的混杂。 迁移产生的原因有：混群，杂交，引种。那么，两个群体混杂后，基因频率会发生什么样的变化呢？如何计算呢？,35,1设有M和N两个群体，分别以m和n个个体相混杂，M群体的基因频率为pm，N群体的基因频率为pn，混合群体的基因频率为pmn。 那么，混合群体的基因频率就等于两个群体基因频率以各自群体个数为权的加权平均数。 即,36,例：有一个100个体的群体，某一基因A的频率为04，另有一个200个个体的群体，某基因A的频率为05，混合群体的基因频率是多少？,答：混合群体A基因的频率为0.467。,37,2如果是两个群体的雌雄个体杂交所产生的杂种群体，其基因频率为两个亲本群体基因频率的

14、简单平均数。 设甲群体为 ，某基因频率为P1；乙群体为 ，某基因频率为P2，那么 杂种群某基因频率 P（ P1 +P2 ）/2 例：无角牛群为 ，有角基因频率为q0，有角牛群为 ，有角基因频率为q1。 混合群牛群有角基因频率为 q（0+1）20.5,38,如果迁入个体中基因频率与原群体不同，将改变群体基因频率。在没有其他因素影响下，设一群体的基因频率为p0 ，q0。若从另一群体(基因频率为pm, qm)迁入若干个体，占新群体比例(迁入率)为m，则迁入后新群体的基因频率为： p1=(1-m)p0+m pm q1=(1-m)q0+m qm 基因频率的改变为： p=p1-p0=(1-m)p0+mpm-p0=m(pm-p0) q=q1-q0=(1-m)q0+mqm-q0=m(qm-q0),39