07群体遗传学

医学遗传学群体遗传学populationgenetics问题目录同济大学基础医学院细胞生物教研室郭峰本章节重点基因频率和基因型频率及计算遗传平衡定律影响群体遗传平衡的因素——突变、选择近亲婚配问题目录进化理论一、进化理论（一）拉马克－用进废退＋获得性状遗传：如长颈鹿、人的进化，在对环境的适应中进化，否认选择。（二）达尔文－自然选择：群体繁殖率有限的生活资源生存斗争可遗传的变异自然选择（适者生存）。（三）进化的综合理论杜布赞斯基：20世纪达尔文，要点：（1）种群是生物进化的基本定位，进化机制的研究属于群体遗传学的范畴（2）进化的实质是种群基因频率的改变（3）突变、基因重组、选择、隔离是物质形成及生物进化中的四个基本环节。达尔文拉马克群体遗传学医学群体遗传学(遗传流行病学)参考答案群体遗传学(populationgenetics)是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。应用数学和统计学方法研究群体中基因频率和基因型频率以及影响这些频率的选择效应和突变作用，研究迁移和遗传漂变等与遗传结构的关系，由此探讨进化的机制。群体遗传学最早起源于英国数学家哈迪和德国医学家温伯格于1908年提出的遗传平衡定律。群体遗传学是一门定量地研究生物进化机制的遗传学科，所以有人又称它为进化遗传学（evo-lutionarygenetics）。但严格说来，二者是有区别的。通常把群体遗传学理解为研究某一物种的群体遗传规律，而把进化遗传学理解为研究任何物种的群体遗传规律，即进化遗传学的范围更广，群体遗传学规律而群体遗传学则是进化遗传学的一个组成部分。参考答案群体：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)。问题目录孟德尔群体：有性繁殖、2n生物，个体之间自由交配，基因在个体之间自由交换的群体。又叫基因库（genepool）。一个物种、或者一个品种是一个最大的孟德尔群体。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。问题目录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英国数学家德国医学家一定条件下，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)问题目录HARDY-WEINBERGEQUILIBRIUM1.Largepopulation2.Randommating3.Noeffectofrecurrentmutation4.Noselectionagainstanyphenotype5.Nomigrationinoroutofthepopulation6.AutosomallocusHardy-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)＝qpqq2p2＋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(AA)2pq(Aa)q2(aa)Sincethereareonlytwoallelesinthepopulation,p+q=1andp2+2pq+q2=1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。问题目录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)＝1/2XR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。问题目录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＝Sq2XR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。问题目录孤岛模型：有一对等位基因A和a，频率各为0.5AA×Aaaa×AAAa×Aaaa×aaAAAaAaaaAAAaAaaaaa×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美国印第安人的一族: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。问题目录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)。基因流更多图解链接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近亲婚配问题目录近亲婚配近亲(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)。问题目录亲缘系数(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。近亲系数问题目录近亲婚配案例兄妹婚配(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2X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。问题目录突变负荷(mutationload)：是指基因突变产生有害或致死基因，使群体适合度下降而给群体带来的负荷。突变负荷取决于突变率和突变基因的选择系数。AD的负荷AR的负荷XD的负荷XR的负荷分离负荷分离负荷(segregationload)：是指适合度较高的杂合子由于基因分离而产生适合度较低的显性纯合子(AA)与隐性纯合子(aa)