群体遗传学2017

上一课主要内容回顾主要的概念：•交换抑制因子、假显性、平衡致死品系、罗伯逊易位、染色体组、单体、三体、双三体、四体、缺体、主要的知识点：•染色体缺失、倒位、重复和易位的类型、细胞学效应和遗传学效应•CIB技术、平衡致死品系、假连锁的原理第十一章群体遗传学哈工大-遗传学第十一章群体遗传学群体遗传学（populationgenetics）：是研究群体遗传结构及其变化规律的科学，是遗传学分支学科；是应用数学和统计学方法研究群体基因频率和基因型频率及其变化的影响因素。主要作用：阐明生物进化的遗传机制探讨遗传病的发病频率及规律第一节群体的遗传结构哈工大-遗传学第十一章群体遗传学一、孟德尔群体和基因库孟德尔群体(Mendilianpopulation)：指一定地域内一群可以相互交配且能够产生可育子代的所有生物个体；基因库(genepool)：群体中所有个体的全部基因；关系：一个孟德尔群体，它们享有一个共同的基因库；哈工大-遗传学第十一章群体遗传学二、群体的遗传结构两个主要参数：基因频率和基因型频率(相互推算)基因频率(genefrequency)：在一个群体内的特定基因座上，某一等位基因占该基因座等位基因总数的比率，称为该等位基因的基因频率，也称等位基因频率(allelesfrequency)；基因型频率(genotypefrequency)：群体中某特定基因型个体的数目，占个体总数的比率；哈工大-遗传学第十一章群体遗传学基因频率和基因型频率的符号(两个等基因)等位基因基因型基因符号AaAAAaaa频率符号pqDHR哈工大-遗传学第十一章群体遗传学基因频率和基因型频率的符号(复等位基因)等位基因基因型基因符号A1A2A3A1A1A1A2A1A3A2A2A2A3A3A3频率符号p1p2p3P11P12P13P22P23P33哈工大-遗传学第十一章群体遗传学设：一个群体中个数总数为Ｎ，在常染色体有一对等位基因Ａ、a，包括三种基因型：AA、Aa、aa，其中AA个体数为n1，Aa为n2，aa为n3：则：3种基因型的频率为：AA：D=n1/NAa:H=n2/Naa:R=n3/N∵D+H+R=1，且每个AA个体有两个A基因，每个Aa有一个A，aa个体没有A；∴等位基因A的频率为p=(2n1+n2)/2N=D+H/2‥‥①等位基因a的频率为q=(2n3+n2)/2N=R+H/2‥‥②怎样由基因型频率计算基因频率？由基因型频率计算基因频率举例例如:在某地调查MN血型情况，共调查了500人其中：M型130MN型300N型70基因型：MMMNNNM基因：260300300140N基因：1000M=260+3001000=0.56N=1000140+300=0.44第二节Hardy–Weinberg平衡定律哈工大-遗传学第十一章群体遗传学一、定律内容在随机交配的大群体中，若没有其它因素(选择、突变和迁移)的影响：基因频率保持世代不变；无论基因频率和基因型频率如何，只要经过一个世代的随机交配，一个基因座的基因型频率就达到平衡，即基因型频率也保持世代不变；平衡群体中，基因型频率和基因频率的关系为：H=2pqR=q2D=p2哈工大-遗传学第十一章群体遗传学二、定律推导则：p0=D0+H0q0=R0+H02121设：一个初始群体内三个基因型频率是：AA=D0，Aa=H0，aa=R0亲代基因型频率基因频率AAAaaaAaD0H0R0D0+H0R0+H02121p0q0哈工大-遗传学第十一章群体遗传学亲代三种基因型产生A和a型配子的频率基因型AAAaaa总和基因型频率D0H0R0A配子频率D0H00D0+H0a配子频率0H0R0R0+H021212121p0q0每一代产生的配子中含某一等位基因的概率与当代该等位基因的基因频率相等雌配子雄配子A(p0)a(q0)A(p0)AA(p02)Aa(p0q0)a(q0)Aa(p0q0)aa(q02)若个体间随机交配，配子间的随机结合可得以下结果：由上式及公式①和②p1=D1+H1=p02+2p0q0=p0q1=R1+H1=q02+2p0q0=q021212121D1=p02H1=2p0q0R1=q02雌配子雄配子A(p1=p0)a(q1=q0)A(p1=p0)AA(p02)Aa(p0q0)a(q1=q0)Aa(p0q0)aa(q02)由配子间的随机结合可：由上式及公式①和②p2=D2+H2=p02+2p0q0=p0q2=R2+H2=q02+2p0q0=q021212121D2=p02H2=2p0q0R2=q02?①.初始群体(亲代):基因型频率：D0=0.6，H0=0，R0=0.4基因频率：p0=D0+(1/2)H0=0.6+(1/2)(0)=0.6q0=R0+(1/2)H0=0.4+(1/2)(0)=0.4AA=100%aa=100%AA个体数:60万aa个体数:40万例如：初始群体②.随机交配第一代：基因型频率：D1=p02=0.62=0.36H1=2p0q0=2×0.6×0.4=0.48R1=q02=0.42=0.16基因频率：p1=D1+(1/2)H1=0.36+(1/2)(0.48)=0.6q1=R1+(1/2)H1=0.16+(1/2)(0.48)=0.4③.随机交配第二代：基因型频率：D2=p12=0.62=0.36，H2=2p1q1=2×0.6×0.4=0.48，R2=q12=0.42=0.16基因频率：p2=D2+(1/2)H2=0.36+(1/2)(0.48)=0.6q2=R2+(1/2)H2=0.16+(1/2)(0.48)=0.4哈工大-遗传学第十一章群体遗传学Hardy–Weinberg定律内容在随机交配的大群体中，若没有其它因素(选择、突变和迁移)的影响：基因频率世代不变；无论基因频率和基因型频率如何，只要经过一个世代的随机交配，一个基因座的基因型频率就达到平衡，即基因型频率也保持世代不变；平衡群体中，基因型频率和基因频率的关系为：H=2pqR=q2D=p2哈工大-遗传学第十一章群体遗传学(1)二倍体群体中，杂合体的比例只有当p=q=0.5时最大；推导：p+q=1(p+q)2=1(p2+q2-2pq)+4pq=14pq=1-(p–q)2当p–q=0,即p=q=0.5时，2pq有最大值：2pq=0.5(2)杂合体的频率是两个纯合体频率乘积的方根的两倍；推导：H=2p×q=2p2×q2=2D×R或者：H2=4DR或H/D×R=2，可用于验证群体是否达到平衡；三、平衡群体的一些基本性质(3)群体点在齐次坐标中的运动轨迹为一个抛物线H2=4DR；∵[D+H+R=1为定值(坐标系中等边三角形的高)]平衡群体在齐次坐标系中为抛物线H2=4DR；哈工大-遗传学第十一章群体遗传学(4).Aa×Aa交配的频率为AA×aa交配频率的两倍；推导：Aa×Aa=H2=(2pq)2=2(2p2q2)=2(2DR)=2(AA×aa)(5).若一个基因的频率很低，则该基因绝大多数处于杂合状态；推导：q→0，则p→1，q2→0，因此：R≈0H=2pq≈2qD≈1-2q说明：一个群体中一个隐性基因的频率q很低，则隐性纯合体基因型的频率q2更低；例：尿黑酸尿症发病率q2=10-6隐性基因频率q=10-3群体中杂合体的频率H≈2q=2×10-3哈工大-遗传学第十一章群体遗传学如果常染色体一个基因座有3个等位基因A1、A2、A3在群体中遗传，其频率分别为p1、p2、p3，p1+p2+p3=1。平衡时：(A1A2A3)2=A1A1A1A2A1A3A2A2A2A3A3A3p1p2p3p122p1p22p1p3p222p2p3p32即：(p1+p2+p3)2=p12+2p1p2+2p1p3+p22+2p2p3+p32由基因型频率推导基因频率：p1=P11+(P12+P13)p2=P22+(P12+P23)p3=P33+(P13+P23)212121四、平衡定律的推广(一)、复等位基因的平衡哈工大-遗传学第十一章群体遗传学如若群体中有k个等位基因：A1,A2,…Ai,…Ak；相应的基因频率：p1,p2,…pi,…pk；基因频率与基因型频率的关系：(∑piAi)2=∑pi2AiAi+2∑pipjAiAj(0i,jk,其中ij)其中AiAi表示纯合体，共有k种；AiAj为杂合子，有k(k-1)/2种。i=1k某个等位基因的基因频率等于该等位基因处于纯合状态时的基因型频率加上该等位基因处于杂合状态时基因型频率之和的二分之一；已知基因型频率求基因频率某个纯合基因型的基因型频率等于组成该基因型的等位基因的基因频率乘积，若为杂合基因型则再乘2；已知基因频率求基因型频率平衡与非平衡群体平衡群体例如：果蝇D.willistoni的Lap-5基因的座位上有三个等位基因“98”“100”“103”哈工大-遗传学第十一章群体遗传学遗传平衡定律也适用于性连锁基因；Ⅰ.判定在X染色体上等位基因达到平衡的标准：在随机交配条件下，下列情况达到了H-W平衡：雌雄群体基因频率相等；雄性群体雌性群体XAXaXAXAXAXaXaXapqp22pqq2(二)、伴性基因的平衡①②哈工大-遗传学第十一章群体遗传学Ⅱ.X染色体上等位基因由不平衡到平衡的方式和规律方式：不平衡群体经过多个世代的随机交配，以振荡的方式快速地接近平衡；规律：1.每随机交配一次，雌雄群体中基因频率的差值减少一半；2.在建立平衡的过程中，雌雄两性群体中的基因频率随着随机交配世代的增加而交互递减；推导：设：亲代群体中，雌性群体A和a基因频率分别为pxx和qxx，雄性群体A和a基因频率分别为px和qx；则：pxx+qxx=1，px+qx=1，下一代相应基因频率推导如下：亲代总体基因雌性雄性雌雄频率差异Apxxpxpx–pxx=daqxxqxqx–qxx=d’子代雌性雄配子雌配子XA(pxx)Xa(qxx)XA(px)XAXA(pxpxx)XAXa(pxqxx)Xa(qx)XAXa(qxpxx)XaXa(qxqxx)子代雄性雄配子雌配子XA(pxx)Xa(qxx)Y(1)XAY(pxx)XaY(qxx)A：p1=pxpxx+pxqxx+pxxqx=pxpxx+[px(1-pxx)+pxx(1–px)]=(px+pxx)21212121a：q1=qxqxx+pxqxx+pxxqx=qxqxx+[qxx(1-qx)+qx(1–pxx)]=(qx+qxx)21212121子代雌性雄配子雌配子XA(pxx)Xa(qxx)XA(px)XAXA(pxpxx)XAXa(pxqxx)Xa(qx)XAXa(qxpxx)XaXa(qxqxx)a：q1=qxxA：p1=pxx子代雄性雄配子雌配子XA(pxx)Xa(qxx)Y(1)XAY(pxx)XaY(qxx)子代总体基因雌性雄性雌雄频率差异A(px+pxx)pxx(pxx–px)=–da(qx+qxx)qxx(qxx–qx)=–d’212121212121某一代雄性群体的基因(型)频率等于上一代雌性群体的基因频率A：p=(px+2pxx)31a：q=(qx+2qxx)31亲代：哈工大-遗传学第十一章群体遗传学Ⅱ.X染色体上等位基因由不平衡到平衡的方式和规律方式：不平衡群体经过多个世代的随机交配，以振荡的方式快速地接近平衡；规律：1.每随机交配一次，雌雄群体中基因频率的差值减少一半；2.在建立平衡的过程中，雌雄两性群体中的基因频率随着随机交配世代的增加而交互递减；推导：设：亲代群体中，雌性群体A和a基因频率分别为pxx和qxx，雄性群体A和a基因频率分别为px和qx；则：pxx+qxx=1，px+qx=1，下一代相应基因频率推导如下：哈工大-遗传学第十一章群体遗传学例子：求色盲基因频率，根据男性群体的某调查结果发现其色盲的患者为7%，预测女性色盲发病率；由：qx=0.07，得：qxx=qx=0.07，因此，预期女性发病率为q2=(0.07)2=0.49%伴X隐性遗传：男性发病率:女性发病率=q:q2=1:q伴X显性遗传：男性发病率:女性发病率=p:(p2+2