群体中的基因

群体中的基因第一页，共四十五页，2022年，8月28日第十章

群体中的基因

群体遗传学(PopulationGenetics)：

研究群体的遗传组成及其变化规律的学科。第二页，共四十五页，2022年，8月28日

群体中的遗传平衡【掌握】1.Hardy—Weinberg定律的概念和适用条件。2.基因频率和基因型频率的计算。3.基因库的概念。【熟悉】遗传平衡定律的应用。【了解】群体、群体遗传学、遗传流行病学的概念。第三页，共四十五页，2022年，8月28日突变和选择【掌握】1.选择对常染色体显性基因、常染色体隐性基因、X连锁隐性基因的作用。2.适合度和选择系数的意义。【熟悉】平衡多态、遗传负荷的概念。【了解】1.突变率的表达方式：回复突变、正向突变。2.选择压力增强和放松对遗传平衡的影响。3.突变负荷、分离负荷的概念。第四页，共四十五页，2022年，8月28日近亲婚配【掌握】近婚系数的概念，常染色体基因和X连锁基因近婚系数的计算。【了解】平均近婚系数的计算。近亲婚配的危害。第五页，共四十五页，2022年，8月28日遗传漂变与迁移【掌握】遗传漂变的概念。【了解】遗传漂变对群体遗传平衡的影响。迁移的概念和对群体遗传平衡的影响第六页，共四十五页，2022年，8月28日第十章

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、流行规律的学科第七页，共四十五页，2022年，8月28日基因库(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.第八页，共四十五页，2022年，8月28日人群某一个基因位点上有一对等位基因A、a;可形成三种基因型：AA、Aa、aa则：p+q=1;AA的基因型频率为p2；Aa的基因型频率为2pq;aa的基因型频率为q2

等位基因A、a可形成三种基因型：AA、Aa、aa。这三种基因型个体在群体中的随机婚配组合：

AA×AA;AA×Aa;AA×aa;Aa×Aa;Aa×aaaa×aa设：A基因频率—pa基因频率—qＡA+aA基因频率：p=aA+aa基因频率：q=Aa第九页，共四十五页，2022年，8月28日例：在上述一个具有AA、Aa、aa的群体

中，生殖细胞只有两种：A、a配子∴F1代群体的基因型频率:AA:Aa:aa=p2:2pq:q2F1代男女性群体随机婚配，产生9种组合

A

(p)a

(

q)

A(p)

a

(

q)

精子卵子AA

=

p2

Aa

=

pqAa

=

pqaa

=

q2亲代群体的基因频率和F1代基因型频率第十页，共四十五页，2022年，8月28日F2代基因型频率

AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)AA(p2)p42p3qp2q2

Aa(2pq)2p3q4p2q2

2pq3aa(q2)p2q2

2pq3q4

第十一页，共四十五页，2022年，8月28日F1代婚配类型、频率与F2代基因型频率

F1代F2代基因型频率类型频率

AAAaaaAA×AAp4p4

－－AA×Aa4p3q2p3q2p3q－AA×aa2p2q2

－2p2q2

－Aa×Aa4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa4pq3－

2pq32pq3aa×aaq4

－－

q4F2代基因型：

AA=p4+2p3q+p2q2=p2(p2+2pq+q2）=p2Aa=2p3q+2p2q2+

2p2q2+

2pq3=2pq(p2+

2pq+q2)=2pq

aa=p2q2+

2pq3+

q4=q2(p2+2pq+q2)=q2第十二页，共四十五页，2022年，8月28日∴F2代群体的基因型频率:

AA:Aa:aa=p2:2pq:q2二、Hardy-Weinberg定律的应用(一)Hardy-Weinberg平衡的判定

——判定一个群体是否平衡群体第十三页，共四十五页，2022年，8月28日第二节遗传平衡

一、Hardy-Weinberg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①②③④⑤第十四页，共四十五页，2022年，8月28日此定律可分为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。第十五页，共四十五页，2022年，8月28日例:

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第十六页，共四十五页，2022年，8月28日上述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。第十七页，共四十五页，2022年，8月28日∵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)Aapq=(0.21)aa

q2=(0.09)

精子卵子第十八页，共四十五页，2022年，8月28日（二）基因频率的计算在一个平衡群体下：

p=Aq=ap+q=1p2=AA2pq=Aaq2=aap2+2pq+q2=11.AR遗传病基因频率的计算:例:调查一个60000人的群体,发现先天聋哑(AR)病人有5人,求该群体的正常和致病基因频率以及携带者频率?解:已知q2=5/60000∴q=√5/60000=0.009p=1-q=0.991

2pq=2×0.991×0.009=1.81%第十九页，共四十五页，2022年，8月28日2.

AD遗传病基因频率的计算:例:某地区调查100000人中有多指患者(AD)2人,求这一地区的p、q？解：∵p2+2pq=2/100000

∴q2=1－(p2+2pq)=1－2/100000=0.99998

q=√0.99998=99.99%

∴p=1－99.99%=0.01%第二十页，共四十五页，2022年，8月28日X连锁等位基因的频率基因型各基因型频率各等位基因频率XAXaXAXAp2/22p2/3-XAXa2pq/22pq/32pq/3XaXaq2/2-2q2/3XAYp/2p/3-XaYq/2-q/3第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日3.XR遗传病基因频率的计算:例:调查某一地区170000个男人,其中119人患红绿色盲,求该地区的p、q、携带者和患者频率？解：男性基因型：p(XＡY)

+

q(XaY)

=1

女性基因型：p2(XAXA)+2pq(XAXa)+q2(XaXa)=1∵男性发病率＝q＝119/170000=0.07%∴p=1－q=1－0.0007=99.93%

携带者

2pq=2×99.93%×0.07%=0.14%

女患者q2=(0.07%)2=0.49%=4.9×10-5第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日第三节

影响遗传平衡的因素一、突变二、选择三、近亲婚配第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日

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。第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日若达到平衡时，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－uqvq+uq=u

q(v+u)=uq=u/(v+u)同理：p=v/(v+u)第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日

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)第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日例如: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%第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日二、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。第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日例:

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第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日

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第三十页，共四十五页，2022年，8月28日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/代第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日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)第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日例：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

第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日4、突变和选择对XD基因的作用

XAYXaYXAXAXAXaXaXa

(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被淘汰第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日第三节

影响遗传平衡的因素一、非随机婚配—考虑配偶基因型的婚配近亲婚配(consanguinousmating)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第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日表: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

1/8第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日ⅠⅢⅡ121234

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第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日(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?第三十八页，共四十五页，2022年，8月28日另一计算方法:

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第三十九页，共四十五页，2022年，8月28日例二:表兄妹结婚,求F?A1:Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ1→Ⅳ

需3步(½)3Ⅰ1→Ⅱ3→Ⅲ2