统计遗传学绪论课件

1、生物信息科学与技术学院 哈尔滨医科大学主讲教师：统计遗传学教研室统计遗传学统计遗传学研究的对象及任务1统计遗传学的发展简史234统计遗传学与其他学科的关系5统计遗传学对社会发展的作用统计遗传学-绪论5统计遗传学研究的基本方法与内容一、统计遗传学研究的对象及任务1、什么是统计遗传学统计遗传学，是利用统计学的方法，借助计算机的实现手段，研究生命体基因组的遗传和变异的一门学科。本次授课将更多的关注于人类基因组的统计遗传学。一、统计遗传学研究的对象及任务2、什么是 遗传遗传：是指亲代和子代之间的相似性的现象。 生物通过各种方式繁衍种族。低等的单细胞生物通过简单的细胞分裂来繁殖，较高等的多细胞生物通过无

2、性生殖又可通过有性生殖来繁殖。无论是什么方式，都是保证生命在世代间的延续，并使子代和亲代相似。大肠杆菌的后代仍然是大肠杆菌，人的后代仍然是人。这种世代间相似的现象就是遗传（heredity）。生命的两大特征：第一是生存，第二是繁衍。什么样的一种神秘机制使得生命可以在与环境的斗争中延续？一、统计遗传学研究的对象及任务3、什么是变异变异：亲代和子代之间、子代个体之间在性状上的差异性。有性生殖从精卵结合形成受精卵开始。含有特定遗传物质的受精卵，经过一系列的代谢变化，细胞分裂，增殖和分化，完成生长发育，形成新一代的个体。同一个（对）亲本可以繁殖不止一个后代，后代的不同个体之间基本相似，但并不完全相同，

3、或者说总是互有差异的。后代与亲本相比，也不是完全相同的。同一物种内个体间的差异在遗传学上称为变异（Variation）。一、统计遗传学研究的对象及任务4、遗传与变异之间的关系两者为生物的两个基本属性，也是生命运动过程中的一对矛盾。 （1）相互对立：遗传可以使亲代和子代之间保持种的稳定性；变异使生物不断进化。 （2）相互依存：变异所出现的新特性只有通过遗传才能保持。扩展阅读：无论何种生物，动物还是植物，高等的还是低等的，复杂的还是简单的，都表现出子代与亲代之间的相似或类同。同时子代与亲代之间，子代个体之间总有不同程度的差异，这种遗传和变异并存的现象是生物界的普遍规律，是生物界的基本特征之一。变异

4、是生物进化的素材。没有变异，生物界就失去了进化的源泉，遗传就成为简单的重复。遗传是种族延续的保证，没有遗传，变异就不能固定和累积，变异就失去了意义，生物也就不能进化。若非如此，我们现在都是黑皮肤。一、统计遗传学研究的对象及任务5、人类进化简史统计遗传学家使用大规模的基因组数据已经得出一些重要的结论：走出非洲。现代统计遗传学的研究离不开人类的进化历史。二、统计遗传学发展简史1、经典统计遗传时期 统计遗传学始终伴随着遗传学的成长真正开始对遗传和变异规律做过系统研究的是从19世纪英国学者达尔文Darwin 的物种起源（Origin of species）开始。后来Weisman-提出种质论（germ

5、plasm theory），认为种质是细胞核内的染色物质，具有稳定性和连续性。遗传学理论的正式产生是从孟德尔l-遗传理论开始的，称为颗粒遗传（particular heredity，1856），他提出了遗传学的分离定律和自由组合定律。二、统计遗传学发展简史 Sutton and Boveri等等提出染色体是遗传因子的载体假说。弗里斯发现了突变现象；Batson发现了连锁现象。此外Hooke 发明了自制显微镜。Flemming发现受精和染色体分离现象（fertilization and chromosome segragation，1875,1884）。这个时期对遗传学贡献最大的是诺贝尔获奖者M

6、organ。他提出了连锁交换的遗传机理（the law of lingkage and crossover，1910）。Avery证明DNA是遗传物质(1944)，并获诺贝尔奖；这些重要发现都伴随着统计遗传学发展。二、统计遗传学发展简史2、分子统计遗传时期 统计遗传学始终伴随着遗传学的成长Watson and Crick提出的DNA的双螺旋结构(double helixDNA，1953)，这标志着分子生物学的诞生，获得诺贝尔奖； Crick提出“中心法则”central principle；Nirenberger尼伦伯格等发现了遗传密码-（genetic codon），获得诺贝尔奖；Arber

7、 and Smith发现了限制性核酸内切酶(restriction endonuclease enzyme 1968)，获诺贝尔奖；Mullis发明了基因扩增技术-聚合酶链式反应（polymerase chain reaction ，PCR，1985)，获诺贝尔奖；二、统计遗传学发展简史3、高通量、系统水平的统计遗传时期 统计遗传学始终伴随着遗传学的成长 芯片与测序时代的统计遗传学人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)于1990年开始启动，目前已完成人类和一些其他生物的DNA测定和基因鉴定。Jim project，吉姆工程是美国454生命科学公司（基因技术公司）在2

8、007年前给“DNA之父”称誉的美国科学家詹姆斯沃森绘制完整的个人基因组图谱的工作。 Hap Map计划：目标是构建人类DNA序列中多态位点的常见模式。二、统计遗传学发展简史The Encyclopedia of DNA Elements Project ：即“DNA元件百科全书计划”，简称ENCODE计划。是完成人类基因组全序列测定后，2003年9月由美国国立人类基因组研究所（National Human Genome Research Institute）组织的又一个重大的国际合作计划。其目的是解码基因组的蓝图，鉴定人类基因组中包括基因、启动子、增强子、抑制子/沉默子、内含子、复制原点等已

9、知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划中提出的每一类元件都是已经被发现过的，所不同的是现在要在全基因组的范围内进行系统的研究。千人基因组计划（1000genome），由中国深圳华大基因研究院、美国国立人类基因组研究所、英国桑格研究所等机构于2008年启动，旨在绘制迄今最详尽、最有医学应用价值的人类基因多态性图谱。 这些大的国际计划的开展，为统计遗传学 提出了巨大的挑战 。三、统计遗传学研究的基本方法与内容单核苷酸多态、基因频率与基因型频率的概念Hardy-Weinberg平衡定律(定律内容、定律证明、平衡检验)亲属对基因型联合分布(父子对兄弟对的基因型联合分

10、布律)染色体交叉、重组、重组率、图距、物理距离、图谱函数常染色体位点连锁相不平衡(连锁、连锁平衡，连锁不平衡、连锁分析的基本概念)影响群体结构的因素（迁移，突变，选择，遗传漂变和非随机交配）单基因模型：平均值、加性效应和显性效应及方差寡基因模型微效基因模型简介遗传方差、环境方差、表型相似性遗传力与重复力及自然选择基于群体数据的关联分析三、统计遗传学研究的基本方法与内容传递不平衡检验（TDT检验）群体分层与关联分析全基因组关联分析方法关联研究中的meta分析方法单体型相关基本概念及单体型的分析方法HapMap计划（一期、二期、三期）连锁分析的遗传学基础Lods score连锁分析方法Haseman-Elston 线性回归方法基于方差组分的连锁分析ASP患病同胞对法ARP受累亲属对方法多点连锁分析和基因的区间定位分析四、统计遗传学与其他学科的关系在高通量数据的今天，统计遗传学与其他学科相互交融已不可分割。统计遗传学技术已用于解决各个层面的问题。比如：遗传变异位点与转录组的相互调控遗传变异位点与表观遗传现象的相互影响遗传变异位点对蛋白组学影响遗传变异位点与转录后调控的的关系高通量数据对统计学的需求高通量数据对