第十一章群体中的基因

第十一章

群体中的基因

第一节基本概念群体(种群、孟德尔式群体)：

生活在某一地区彼此能相互交配的个体群。群体遗传学：

研究群体的遗传组成及其变化规律的学科医学群体遗传学(遗传流行病学):

通过研究致病基因在群体中的变化而揭示遗传病在群体中的发生、流行规律的学科第一节基因频率与基因型频率基因库(genepool):一个群体所具有的全部遗传信息.基因频率(genefrequency):群体中某一等位基因占该基因座所有等位基因的百分比.基因频率的计算

某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30、60、10,那么A、a的基因频率是多少？A=30×2+60

________________________

200=60%

200a=10×2+60

________________________=40%A+a=1

此种基因的个数种群中该对等位基因的总数此种基因的个数=纯合子个体数X2＋杂合子个体数种群中该对等位基因的总数=个体总数X2通过基因型个体数量计算基因频率某种基因的基因频率=已知基因型频率求基因频率一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的频率A=AA+1/2Aa

a=aa+1/2Aa第二节遗传平衡

一、Hardy-Weinberg（哈代——温伯格定律）定律

在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、迁移和自然选择的发生，则基因频率和基因型频率代代保持不变

p(A)+q(a)=1p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)=1符合上述五个条件，则该群体为平衡群体③④⑤此定律可分为3个部分：第一部分是前提：理想群体：无穷大，随机交配，没有突变、没有迁移和自然选择；第二部分：是结论:基因频率和基因型频率逐代不变；第三部分：是关键随机交配一代以后基因型频率将保持平衡。亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%60%40%36%48%16%若种群中一等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，

因为(p＋q)=A%+a%=1，则（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型频率=p2；aa的基因型频率=q2；Aa的基因型频率=2pq。例:

调查某一地区1000人的群体,发现镰形细胞贫血症患者(aa)有200人，杂合子(Aa)有200人,正常显性纯合子(AA)600人,求这一群体A、a基因的频率？并判定该群体是否平衡群体？解:

设A基因频率:pAA基因型频率:p2a基因频率:qAa基因型频率:2pq

aa基因型频率:q2∴关系式:

p(A)=p2

+

½

(2pq)

=600/1000+½*200/1000=0.7q(a)

=q2+½

(2pq)=200/1000+½*200/1000=0.3上述1000人群体是否一个平衡群体？方法1、已知：p=0.7q=0.3

p+q=1p2=0.62pq=0.2q2=0.2p2+2pq+q2=1∵AA=p2p2=0.72=0.49≠0.6

Aa=2pq2pq=2×0.7×0.3=0.42≠0.2

aa=q2q2=0.32=0.09≠0.2所以该群体不是平衡群体。不平衡群体只要随机交配一代，后代就会达到平衡。∵子一代基因频率不变：p=0.7q=0.3∴子一代（基因型比例发生变化）：p2(AA)=0.492pq(Aa)=0.42q2(aa)=0.09∵p=0.7q=0.3p2=0.72=0.49=p2

2pq=2×0.7×0.3=0.42=2pq

q2=0.32=0.09=q2∴此群体平衡

A

p(0.7)a

q(0.3)Ap(0.7)AAp2=(0.49)

Aa

pq=(0.21)

a

q(0.3)Aa

pq=(0.21)

aa

q2=(0.09)

精子卵子第三节

影响遗传平衡的因素一、突变二、选择三、迁移与遗传漂变四、近亲婚配五、遗传负荷

一.突变

设正向突变（A→a）的频率为u，

回复突变（a→A）的频率为v。群体中f(A)=p，f(a)=q，假设群体很大，无自然选择存在，那么在每一代中，A等位基因以u频率突变成a，a等位基因也以v频率回复突变为A.若upvq时，f（a）增加,即正突变回复突变，若upvq时，f（A）增加,即正突变回复突变。若达到平衡时，p=vq

－up=0,

vq=up,vq=u(1-q)

解这个等式，我们可以得到平衡时q值

vq=u－

uq

vq+uq=u

q(v+u)=uq=u/(v+u)同理：p=v/(v+u)

突变率:每代每个配子中某个基因座的突变频率

=n×10-6基因/代(1-q)Ａau(隐性突变率)v(显性突变率)(q)例如:人类PTC的尝味能力由基因T决定，突变纯合子tt失去对PTC的尝味能力，此突变既无害也无益，称中性突变。不同人群中等位基因T和t的频率差异可能就来源于突变率差异。如果u=0.6x10-6/代，v=0.4x10-6/代,则基因t的频率q=u/v+u=0.6/0.6+0.4=0.6,味盲频率（tt）q2=0.36=36%二、选择

选择是对群体某一基因型个体生存和生育的选择，故用适合度来衡量。适合度：某种基因型个体存活并将其

基因传递给下一代的能力.

常用相对生育率（f）来代表。例:

丹麦调查108名软骨发育不全性侏儒的人生育了27个小孩,而这些患者的正常同胞有457人,共生育了582个孩子,求f？

选择系数（selectioncoefficient，s）

在选择作用下，使适合度降低的百分数

∴S=1－fS+f=1

适合度f（相对生育率）＝0.2

27/108582/457＝＝

患者平均生育子女数正常同胞平均生育子女数

v(显性基因突变率)=Sp=S(p2+½·2pq)=S·½(2pq)例:经调查,某市二十五年来所生的300000个孩子,其中有12人为成骨不全(AD),该病的适合率为0.4,求该致病基因的突变率.解：发病率（2pq）=12/3000000=4.0×10-5

S=1－f=1－0.4=0.6

∴v=S·½(2pq)=0.6×½×4.0×10-5

=12×10-6基因/代1.、突变和选择对显性基因的作用2、突变和选择对隐性基因的作用

u(隐性基因突变率)＝Sq2例:

已知半乳糖血症（AR）的发病率是1/20000,这种病的生育率仅为正常人的20%,求突变率?

解:已知:q2=1/20000f=0.2∴u=Sq2=(1－0.2)×1/20000=4.0×10-6/代3、突变和选择对XR基因的作用XAYpXaYq被选择（发病率＝致病基因频率q）

XAXAp2XAXa2pqXaXaq2被选择，罕见，可忽略XAuXa∴u=

1/3Sq(q)(p)例：调查某一地区3000000个男性，发现患DMD(XR)的男人有18人,患者的相对生育率为0.35,求突变率?解:已知q=18/3000000=0.000006f=0.35∴u=1/3sq=1/3×(1－0.35)×0.000006=1.3×10-6基因/代

4、突变和选择对XD基因的作用

XAYXaYXAXAXAXa

XaXa

(p)

(q)

(p2)(2pq)(q2)被淘汰被淘汰∴每代被淘汰的XA基因频率:p∴v=sp被淘汰三、迁移与遗传漂变(geneticdrift）

-四、近亲婚配3~4代以内有共同祖先的人彼此婚配亲缘系数(coefficientofrelatinship,r)

两个人从共同祖先获得某一等位基因的概率

近婚系数(inbreedingcoefficient)

近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率表:亲属级别与亲缘系数P56

与先证者的亲缘关系亲缘系数

一级亲属:（父母、同胞、子女）

1/2

二级亲属:

(外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨

1/4

三级亲属:

姨表兄妹、堂表兄妹

1/8ⅠⅢⅡ121234

12亲缘系数计算例:表兄妹有1/8基因相同aa

1/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ1a∴Ⅲ1、Ⅲ2同时出现Ⅰ1a的概率:1/4×1/4=1/161/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同时出现Ⅰ2a

的概率:Ⅲ1Ⅱ2aⅠ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同时出现Ⅰ1a

或Ⅰ2a的概率:1/16+1/16=1/81/4×1/4=1/16(一)近婚系数：近亲婚配所生子女从共同祖先获得一对相同基因的概率

1.常染色体基因近婚系数的计算例一:同胞兄妹结婚,求F?

A1A2A3A4

解:

A1A1:(½×½)×(½×½)=1/16A2A2:(½×½)×(½×½)=1/16A3A3:(½×½)×(½×½)=1/16A4A4:(½×½)×(½×½)=1/16∴F=1/16×4=1/4

一级亲属（同胞兄妹）结婚子女是纯合子的概率是1/4ⅠⅡ1212A1A1A2A2A3A3A4A4?另一计算方法:

Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ:

(½)2∴Ⅲ同时从父母得到祖父A1A1的概率是:

(½)2×(½)2=(½)4

同理:

Ⅲ得到A2A2、A３A３、A４A4的概率也是(½)4∴同胞兄妹结婚子女是纯合子的概率:４×(½)4ⅠⅡ1212ⅠⅡ1212A1A2A3A4∵A1:Ⅰ1→Ⅱ1→Ⅲ

经2步传递

(½)2Ⅲ例二:表兄妹结婚,求F?A1:Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ1→Ⅳ

需3步(½)3Ⅰ1→Ⅱ3→Ⅲ2→Ⅳ:(½)3∴Ⅳ是A1A1的概率是:

(½)3×(½)3=(½)6

∴表兄妹结婚子女是A1A1、A2A2、A3A3或A4A4的概率:４×(½)6=1/16ⅠⅢⅡ1