5-第六章群体遗传学

医学遗传学第六章群体遗传本章节重点掌握基因频率和基因型频率概念及遗传平衡定律概念及应用。掌握突变、选择因素对群体遗传平衡的影响。熟悉遗传漂变、迁移对群体遗传平衡的影响。熟悉近婚系数的计算了解遗传多态现象。群体遗传学(populationgenetics)是研究群体的遗传结构及其变化规律的科学，即研究群体中的基因分布、基因频率和基因型频率的维持和变化规律的科学。医学群体遗传学（遗传流行病学）：研究人类致病基因在群体中的分布、变化规律的科学。第一节群体的遗传平衡群体中最大的通常称为种族(race)，人类有三个主要的种族：高加索人、黑人、亚细亚人。群体(population)：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。基因库(genepool):一个群体所具有的全部遗传信息。基因频率和基因型频率任何基因座位上全部基因频率的总和等于1。基因频率(genefrequency)：指群体中某一基因数量在其所有等位基因数量中所占的比例。一对等位基因A和a基因A的基因频率为p基因a的基因频率为qAA+aaA+ap＋q=1基因频率和基因型频率任何群体各个基因型频率的总和等于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。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RD+H+R=1一对等位基因A和aDominant显性的Heterozygote杂合子Recessive隐性的对于共显性和不完全显性性状群体中的基因型频率可通过群体中表型的调查直接获得群体中的基因频率也可通过群体中的基因型频率推算出来在一个747人的群体中，M血型的人占31.2%；N型血的人占17.3%；MN型血的人占51.5%。p=（747×0.312×2＋747×0.515）/（747×2）=0.57q=（747×0.173×2＋747×0.515）/（747×2）=0.43基因型MMMNNN基因型频率D=0.312H=0.515R=0.173HDp21HRq21设M基因的频率为p；N基因的频率为q，则有：对于共显性和不完全显性性状群体中的基因型频率可通过群体中表型的调查直接获得群体中的基因频率也可通过群体中的基因型频率推算出来对于完全显性性状？AAAa一、Hardy-Weinberg定律遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)DH.HardyW.Weinberg1.群体很大2.随机婚配3.没有突变4.没有选择5.没有大规模迁移遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)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，称为遗传平衡定律。如果一个群体达到了这种状态，就是一个遗传平衡的群体。条件：例：一个群体100万人，AA60万人，Aa20万人，aa20万人。这是一个遗传平衡群体吗？假定A→p，a→q基因型AA的频率D=60/100=0.6基因型Aa的频率H=20/100=0.2基因型aa的频率R=20/100=0.2HDp21HRq21P=0.7q=0.3精A(p)0.7精a(q)0.3卵A(p)0.7AA(p2)0.49Aa(pq)0.21卵a(q)0.3Aa(pq)0.21aa(q2)0.09基因型AA的频率D为0.49基因型Aa的频率H为0.42基因型aa的频率R为0.09子代中HDp21HRq21F1代基因型AA：Aa：aa的比例变化p=0.7q=0.3一个遗传不平衡的群体，只要是进行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。p＋q=l（p＋q）2＝1二项式展开，p2＋2pq＋q2=lp2→AAq2→aa2pq→AaF2卵A(p)0.7AA(p2)0.49Aa(pq)0.21卵a(q)0.3Aa(pq)0.21aa(q2)0.09精A(p)0.7精a(q)0.3任何基因座位上全部基因频率的总和等于1。Hardy-Weinberg定律数学表达式的内涵据数学原理：(p＋q)2=(p＋q)(p＋q)=p2＋2pq＋q2＝1即AA：Aa：aa=p2：2pq：q2-----为遗传平衡群体二、Hardy-Weinberg定律的应用（一）遗传平衡群体的判定判定的方法：一个群体中的基因频率与基因型频率如果代代保持不变，就是一个遗传平衡的群体。具体方法：只有求出一个群体中的基因频率，计算出虚拟下一代的基因型频率，并和该群体的基因型频率进行比较，如果二者一致，就是一个遗传平衡的群体，否则就不是遗传平衡的群体。例：一个群体中，AA的频率为0.36，Aa的频率为0.48，aa的频率为0.16。这是一个遗传平衡群体吗？HDp21HRq21p=0.6q=0.4AA：Aa：aa=p2：2pq：q2基因型AA的频率D为0.36基因型Aa的频率H为0.48基因型aa的频率R为0.16例：在一个群体中，AA的频率为0.36；Aa的频率为0.48；aa的频率为0.16。该群体是否平衡？群体的基因频率：p=D+H/2=0.36+0.48/2=0.6q=R+H/2=0.16+0.48/2=0.4基因型频率的理论值：AA的频率p2=0.62=0.36Aa的频率2pq=2×0.6×0.4=0.48aa的频率q2=0.42=0.16基因型频率的实际值与理论值相符，所以是遗传平衡群体。隐性表型频率(发病率)＝隐性致病基因型频率即aa=q2=发病率a基因频率q＝q2＝发病率A基因频率p＝1－q≈1Aa=2pq≈2q≈2群体发病率（二）Hardy-Weinberg平衡定律的在遗传咨询中的用途1.常染色体隐性基因频率的计算按遗传平衡定律计算：aa=q2=1/20000a=q=√1/20000=0.007A=p=1-q=1-0.007=0.993Aa=2pq=2×0.993×0.007=0.0139≈0.014在这个群体中：致病基因a的频率为0.007，携带者的频率约为0.014。例:一个群体中白化病（AR）的发病率为1/20000，求致病基因频率；携带者频率？设杂合子(Aa)的频率（发病率）为H，则有Aa=H=2pq由于q≈1，所以Aa=H=2p,A基因频率p=½H因此，只要知道杂合子的频率——发病率——就可以求出显性基因A的频率。2.常染色体显性基因频率的计算HDp21例：假如丹麦某地区软骨发育不全性侏儒（AD）发病率为1/10000，求基因频率。杂合子Aa的频率(H)为1/10000，即H=1/10000；则A=p=H/2=1/2×1/10000=0.00005也就是说，致病基因A的频率为0.00005正常基因a的频率q=1-p=1-0.00005=0.99995性别女性男性基因型XAXAXAXaXaXaXAYXaY基因型频率p22pqq2pq1.男性表型频率＝男性基因型频率＝男性基因频率。2.女性纯合体的频率为男性相应表型频率的平方。3.XD中，男女发病比例为p/(p2＋2pq)＝½，即女性患者是男性患者的2倍。4.XR中，女性携带者（2pq=2q）是男性患者的2倍，男女发病比例为q/q2＝1/q。3.X连锁遗传基因频率的推算例：如红绿色盲（XR）男性发病率是7%，即q=0.07，女性中红绿色盲的发病率为女性携带者XaXa=0.072=0.49%，XAXa=2pq=2q=0.14例：血友病，男性发病率是0.008%，即q=0.00008，女性发病率仅仅是（0.008%）2=6.4×10-9，即6.4/10亿，但女性携带者频率高达XAXa=2q=2×0.00008=0.00016，即1.6/万。性别女性男性基因型XAXAXAXaXaXaXAYXaY基因型频率p22pqq2pq1.群体很大2.随机婚配3.没有突变4.没有选择5.没有大规模迁移遗传平衡定律(lawofgeneticequilibrium)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，称为遗传平衡定律。如果一个群体达到了这种状态，就是一个遗传平衡的群体。条件：第二节影响群体遗传平衡的因素突变选择随机遗传漂变基因流非随机婚配一、非随机婚配近亲婚配（consanguinousmating)近亲是指在3-4代以内有共同祖先的个体间的关系，有此关系的个体间婚配就称为近亲婚配。A1亲缘系数(coefficientrelationship)是指有共同祖先的两个个体，在某一基因座位上带有相同基因的概率。A1A1ⅠⅡ1122近亲婚配中的2人，他们可能从共同祖先继承到同一基因，婚后又可能把同一基因传递到他们子女，这样，子女的这一对基因就是相同的。近亲婚配使子女得到这样一对相同基因的概率，称为近婚系数。（一）近婚系数（inbreedingcoefficient,F）A1A1A1A1A11.常染色体基因的近婚系数假设一对同胞兄妹的父亲有基因A1A2，母亲有基因A3A4，见下图。（1）同胞兄妹之间的近婚系数A1A2A3A4P1P2B1B2SA1A1A2A2A3A3A4A4P1把A1传给B1的概率为1/2；B1得到A1再传给S的概率也是1/2，A1经过B1传给S的概率为1/2×1/2=1/4，同理，A1经过B2传给S的概率为1/2×1/2=1/4，所以，S要从P1得到一对等位基因A1A1的概率为(1/2)4一级亲属的近婚系数：F＝4(1/2)4=1/4（2）舅甥女（或姑侄）的近婚系数（二级亲属）A1A2A3A4B1B2P1P2C1二级亲属的近婚系数：F＝4(1/2)５=1/8SA1A1A2A2A3A3A4A4（3）表兄妹之间的近婚系数（三级亲属）C1A1A2B1B2P1P2C2A3A4S三级亲属的近婚系数：F＝4(1/2)6=1/16A1A1A2A2A3A3A4A4（4）二级表兄妹（从表兄妹）间的近婚系数C1A1A2A3A4B1B2P1P2C2D2D1SA1A1A2A2A3A3A4A4五级亲属的近婚系数：F＝4(1/2)8=1/64亲缘关系级别近婚系数（F）父女11/4兄弟姐妹11/4舅甥女（姑侄）21/8表兄妹31/16二级表兄妹51/64亲缘关系和近婚系数遗传平衡定律，即在一定条件下，在一代代大的繁殖传代中，一群体中()保持不变。A、基因频率和基因型频率B、基因频率C、基因型频率D、表现型频率E、表现型频率和基因型频率同一基因座位所有基因型频率之和等于A、0B、1C、0.5D、0.25E、0.15Hardy-Weinberg平衡律不含A、在一个大群体中B、选型婚配C、没有突变发生D、没有大规模迁移E、群体中基因频率和基因型频率在世代传递中保持不变一个群体中某一基因型的个体占全部个体的比率称A、基因组B、基因库C、基因型D、基因频率E、基因型频率我国汉族人群中PTC味盲者占9%，味盲基因(t)的频率为A、0.81B、0.45C、0.30D、0.09E、0.03一遗传平衡群体中，显性基因的频率为0.1,隐性基因的频率为0.9,杂合显性性状个体的数量占A、0.01B、0.03C、0.09D、0.18E、0.36AR基因一级亲属间的近婚系数是A、1/64B、1/16C、1/8D、1/4E、1/2女性有两条X染色体，可形成纯合子XX男性只有一条X染色体，是个半合子XY所以，只需计算女儿的近婚系数F。2.X-连锁基因的近婚系数的计算XYXXXXYXXXY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0（1）姨表兄妹X连锁基因的近婚系数SP1P2C1X1YX2X3B1B2C2-X1X1X2X2X3X3姨表兄妹的近婚系数：F＝(1/2)３＋２(1/2)５=3/16111（2）舅表兄妹X连锁基因的近婚系数B1B2P1P2C1C2X1YX2X3不能形成(1/2)4=1/16(1/2)=1/164(1/2)4+(1/2)4=1/8F=X1X1X2X2X3X3S（3）姑表兄妹X连锁基因的近交系数P1P2B1B2C1C2X1YX2X3不能形成不能形成X1X1X2X2X3X3不能形成近婚系数为：0S（4