群体遗传学-高中生物竞赛要点课件

第六章群体遗传学第六章群体遗传学1基因频率和基因型频率、适合度、选择系数、亲缘系数Hardy-Weinberg定律、影响因素及其应用、近婚系数的计算遗传负荷群体中的平衡多态现象（类型、DNA多态包括种类)

本章主要内容提示本章主要内容提示2群体可相互交配的个体群群体遗传学是研究群体中基因的分布及逐代传递中影响基因频率与基因型频率的变化规律的科学。医学群体遗传学研究人类致病基因在群体中的分布、变化规律的科学，也称遗传流行病学。研究手段研究对象细胞遗传学核型分析、FISH等染色体数目和结构异常的类型、发生率及与疾病的关系。群体遗传学应用数学的思维和方法群体的基因频率、基因型频率及其和某些因素的关系。群体可相互交配的个体群研究手段研究对象细胞遗传学核3背景

群体（population）是指一个物种生活在某一地区内的、能够相互交配并能生成有繁殖能力后代的个体群，也称孟德尔式群体。一个群体所具有的全部遗传信息称为基因库（genepool）。实际研究中，只能探讨某一对等位基因的情况——狭义基因库第一节群体中的遗传平衡背景第一节群体中的遗传平衡4一、基因频率和基因型频率

基因频率（genefrequency）:群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例。

A%=-------=pp+q=?

基因型频率（genotypefrequency）:群体中某一基因型个体占群体总个体数的比例。

AA%=------------

对于共显性和不完全显性表型调查→基因型频率→基因频率AA+aAAAA+Aa+aa1一、基因频率和基因型频率基因频率（genefrequen5MN血型在747人的人群中，MM有233人，MN有385人，NN有129人

基因型频率MM=233/747=0.312MM,MN,NN0.3120.5150.173

基因频率p=M=MM+MN/2=0.57q=N=NN+MN/2=0.43☆

以MN血型（共显性）为例:基因型频率→基因频率MN血型在747人的人群中，MM有233人，MN有385人，6（1）基因型频率→基因频率设M的基因频率为p，N的基因频率为q，则

p=MM+1/2MNq=NN+1/2MNp+q=1（2）基因频率→基因型频率设M的基因频率为p，N的基因频率为q，则MM=p2NN=q2MN=2pqp+q=1→（p+q）2=1→p2+2pq+q2=1↓↓↓MMMNNN（1）基因型频率→基因频率设M的基因频率为p，N的基因频率为7二、遗传平衡定律（Hardy-Weinberg定律）1908年，英国数学家Hardy和德国内科医生Weinberg分别同时提出遗传平衡定律。※内容：在一定条件下，群体的基因频率和基因型频率在一代一代繁殖传代中保持不变。※条件：（1）在一个很大的群体（2）随机婚配而非选择性婚配（3）没有自然选择（4）没有突变发生（5）没有大规模迁移第一节群体中的遗传平衡二、遗传平衡定律（Hardy-Weinberg定律）8Hardy-Weinberg定律

假设在一个理想的群体中，某个基因座上的两个等位基因A和a，

基因频率A=p，a=q

p+q=1精子A（p）a（q）A（p）AA（p2）Aa（pq）a（q）Aa（pq）aa（q2）卵子因此第一代基因型频率AA=p2Aa=2pqaa=q2Hardy-Weinberg定律假设在一个理想的群体中，9婚配类型的频率父方基因型AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)

母方AAAA×AAAA×AaAA×aa基因型(p2)(p4)(2p3q)(p2q2)AaAa×AAAa×AaAa×aa(2pq)(2p3q)(4p2q2)(2pq3)aaaa×AAaa×Aaaa×aa(q2)(p2q2)(2pq3)(q4)

婚配类型的频率父方基因型10

随机婚配，第二代基因型频率为：后代AAAaaa婚配类型频率AA×AAp4p4AA×Aa4p3q2p3q2p3qAA×aa2p2q22p2q2Aa×Aa4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa4pq32pq32pq2Aa×aaq4q4AA=p4+2p3q+p2q2=p2（p2+2pq+q2）=p2（p+q）2=p2

Aa=2p3q+2p2q2+2p2q2+2pq3=2pq（p2+2pq+q2）=2pq（p+q）2=2pqaa=p2q2+2pq2+q4=q2（p2+2pq+q2）=q2（p+q）2=q2

A基因频率=AA+1/2Aa=p2+1/2(2pq)=p2+pq=p(p+q)=pa基因频率=q随机婚配，第二代基因型频率为：后11Hardy-Weinberg定律假定有一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频率为q，则：

p+q=1(p+q)2=1p2+2pq+q2=1↓↓↓AAAaaa

因此，当AA：Aa：aa=p2：2pq：q2时，这样的群体处于平衡状态。Hardy-Weinberg定律假定有一对等位基因A和a，A12Hardy-Weinberg定律处于遗传不平衡的群体只需随机杂交一代后，即可达到遗传平衡。例如：一个100人的群体中，AA有60人，aa有20人，Aa有20人，则：AA=60/100=0.6Aa=20/100=0.2AA：Aa：aa=0.6：0.2：0.2=3：1：1aa=20/100=0.2

A=AA+1/2Aa=0.7a=aa+1/2Aa=0.3p2=0.492pq=0.42q2=0.09AA：Aa：aa≠p2：2pq：q2Hardy-Weinberg定律处于遗传不平衡13Hardy-Weinberg定律遗传不平衡群体在随机杂交条件下：

基因频率保持不变A=0.7a=0.3

基因型频率精子A（0.7）a（0.3）A（0.7）AA（0.49）Aa（0.21）a（0.3）Aa（0.21）aa（0.09）卵子AA=0.49Aa=0.42aa=0.09AA：Aa：aa=p2：2pq：q2Hardy-Weinberg定律遗传不平衡群体在随机杂交条件14Hardy-Weinberg定律的应用第一节群体中的遗传平衡（一）遗传平衡群体的判定

平衡时：基因频率p+q=1基因型频率实际值与理论值相符AA：Aa：aa=p2：2pq：q2不平衡时：比例不相符

Hardy-Weinberg定律的应用第一节群体中的遗传15例如：下列那个群体符合遗传平衡群体？请说明理由

1.AA0Aa60%aa40%2.AA60%Aa0aa40%3.AA36%Aa48%aa16%4.AA64%Aa20%aa16%例如：下列那个群体符合遗传平衡群体？请说明理由16(二)基因频率的计算1、通过AR病群体发病率计算等位基因频率和各种基因型频率。例如：已知白化病的发病率为1/10000，求白化病致病基因频率q和携带者频率。白化病为AR遗传病，患者为致病基因的纯合子，因此：发病率=q2=1/10000q=1/100p=1－q=99/100携带者频率=2pq=2×1/100×99/100=0.0198

这提示人群中有2%为白化病致病基因携带者，对于遗传咨询很重要。第一节群体中的遗传平衡(二)基因频率的计算1、通过AR病群体发病率计算等位基17☆

对于一种罕见的AR遗传病致病基因频率q很低，正常基因频率p≈1：杂合携带者频率=2pq=2q即杂合携带者频率约为致病基因频率的2倍。杂合携带者2pq2纯合患者q2q提示:致病基因频率q越低，致病基因在群体中主要以杂合携带者形式存在.==☆对于一种罕见的AR遗传病==18２、计算AD病基因频率群体发病率=AA+Aa=p2+2pq，p+q=1实际计算时，致病基因频率p很低，AA纯合个体少，p2可以忽略，因此：p2≈0，q≈1，发病率=p2+2pq≈2pq≈2p所以对于AD遗传病：p=½发病率例如：丹麦某地软骨不全发病率1/10000致病基因A频率p=½*1/10000=0.00005正常基因a频率q=１－p=0.99995

２、计算AD病基因频率群体发病率=AA+Aa=p2+2pq，193、X连锁基因的频率男性表型频率=相应基因型频率=群体频率我国某地区男性红绿色盲发病率７％

女性纯合体频率＝男性相应表型频率的平方女性发病率＝q2=0.072≈0.5%3、X连锁基因的频率男性表型频率=相应基因型频率=群体频率20☆

对于一种罕见的XR遗传病致病基因频率q很低，男性患者=致病基因频率=q女性患者=致病基因频率的平方=q2男性患者q1女性患者q2q提示：疾病越罕见，q越低，女性患者越罕见。==☆对于一种罕见的XR遗传病==21☆

对于一种罕见的XD遗传病致病基因频率p很低，正常基因频率q≈1男性患者=致病基因频率=p

女性患者=p2+2pq≈2p男性患者女性患者=1/2☆对于一种罕见的XD遗传病=1/222第二节影响群体遗传平衡的因素条件影响因素（1）在一个很大的群体小群体（2）随机婚配而非选择性婚配近亲婚配（3）没有自然选择选择（4）没有突变发生突变（5）没有大规模迁移迁移和基因流第二节影响群体遗传平衡的因素条23影响Hardy-Weinberg平衡的因素

一、突变突变率以每代中每一百万个基因中发生突变的次数表示（n×10-6/基因/代）设一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频率为q，A突变为a的突变率为u，a突变为A的突变率为v。因此：每代中由A突变为a的数量=pu=（1－q）u由a突变为A的数量=qv

当pu=qvA和a的基因频率保持不变，群体处于遗传平衡pu>qva的基因频率增加pu<qvA的基因频率增加影响Hardy-Weinberg平衡的因素一、突变突变率24影响Hardy-Weinberg平衡的因素

二、选择指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别选择反映了环境因素对特定表型或基因型的作用，可以是正性选择或负性选择。☆

适合度（f）：一个个体能生存并把他的基因传给下一代的能力，一般用在同一环境中不同个体间的相对生育率衡量。实际上对特定缺陷的表型往往由于生育力下降有一个负性选择。0<f<1影响Hardy-Weinberg平衡的因素二、选择指由25影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆选择的作用在于增高或降低个体的适合度，一般用选择系数（S）表示。

选择系数（S）：在选择的作用下降低的适合度。

S=1－f☆例如：软骨发育不全的侏儒108人共生育了27个子女，这些侏儒的457个正常同胞共生育了582个子女，则：27/108f==0.2582/457影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆选择的作用在于26☆

选择对AD等位基因的作用若罕见的有害显性基因A的频率为p，选择系数为S，则每代中因选择而减少的A为Sp。实际上面临选择的是杂合子（H），因此：H=2pq≈2pp=H/2在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的A将由突变（v）补偿。

v=½SH因选择而减少的A为SH/2☆

选择对AR等位基因的作用若罕见的有害隐性基因a的频率为q，选择系数为S，则每代中面临选择的是隐性纯合子（q2），因选择而减少的a为Sq2，因此：在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的a将由突变（u）补偿。u=Sq2影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆选择对AD等位基因的作用因选择而减少的A为SH/2☆选27影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆

选择对XR等位基因的作用若罕见的有害隐性基因Xa的频率为q，选择系数为S，女性纯合患者罕见，只有男性患者面临选择。因男性为半合子，故基因频率为q/3。每代中因选择而减少的Xa为1/3Sq，因此：在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的a将由突变（u）补偿。u=1/3Sq☆

选择对XD等位基因的作用

若罕见的有害隐性基因XA的频率为p，选择系数为S，男性半合子（p/3）和女性杂合子（2pq/3）面临选择。因q≈1，每代中因选择而减少的XA为S（p/3+2p/3）=Sp，因此：在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的XA将由突变（v）补偿。

v=Sp影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆选择对XR等位28影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆

选择也可以通过增加适合度呈正性选择

例如：AR遗传病——镰形细胞贫血纯合子患者：严重的溶血性贫血和持续恶病质，f降低杂合子：红细胞镰变，f增加杂合子对疟疾具有相对免疫力，被疟原虫寄生后，比正常红细胞更能被有效清除，表现出抗疟性，在恶性疟疾流行区适合度增加。

对于某些AR遗传病，杂合子与正常纯合子比较，表现出适合度增加，称为杂合子优势。影响Hardy-Weinberg平衡的因素☆选择也可以通过29影响Hardy-Weinberg平衡的因素

三、小群体在一个群体中，由于所生育的子女数目少，可导致等位基因的频率产生相当大的随机波动，称为随机遗传漂变。p386小群体行成可能原因：

Ⅰ由于政治、宗教或地理原因从一个大群体中分离出来。

Ⅱ由于某种因素使小群体中某些隐性突变基因携带者在逐代传递中该基因的频率高于原来的整个群体Ⅲ某等位基因不可传递而消失，仅有另一等位基因，这种现象称为建立者效应。影响Hardy-Weinberg平衡的因素三、小群体30影响Hardy-Weinberg平衡的因素

四、基因流

随着群体迁移，两个群体混合并相互婚配，新的等位基因进入另一群体，将导致基因频率的改变，这种等位基因跨越种族或地界的渐进混合称为基因流。例如：B型血等位基因起源于亚洲，逐渐向西流动，因此B型血的等位基因在亚洲频率高，跨越欧洲逐步降低。影响Hardy-Weinberg平衡的因素四、基因流31影响Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近亲婚配在3~4代内有共同祖先的个体间称为近亲，他们之间的婚配称为近亲婚配。近亲婚配使子女得到一对相同等位基因的概率称为近婚系数（inbreedingcoefficient，F）。近亲婚配可以降低杂合子频率而增高纯合子频率，因此使不利的隐性表型面临选择，从而最终改变了后代的等位基因频率，导致后代发病率增高，尤其是罕见的AR。亲缘系数：两个具有共同祖先的个体在某一基因座上具有相同等位基因的概率。影响Hardy-Weinberg平衡的因素五、近亲婚配32影响Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近亲婚配1、常染色体基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）4A2A2=（1/2）4A3A3=（1/2）4A4A4=（1/2）4F=4×（1/2）4=1/4同胞兄妹间婚配一级亲属间的近婚系数为1/4影响Hardy-Weinberg平衡的因素五、近亲婚配1、33影响Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近亲婚配常染色体基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）5A2A2=（1/2）5A3A3=（1/2）5A4A4=（1/2）5F=4×（1/2）5=1/8舅甥女间婚配C二级亲属间的近婚系数为1/8影响Hardy-Weinberg平衡的因素五、近亲婚配常染34影响Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近亲婚配常染色体基因：

P1P2B1B2SA1A2A3A4A1A1=（1/2）6A2A2=（1/2）6A3A3=（1/2）6A4A4=（1/2）6F=4×（1/2）6=1/16表兄妹间婚配三级亲属间的近婚系数为1/16C1C2影响Hardy-Weinberg平衡的因素五、近亲婚配常染35总结对于常染色体遗传：一级亲属间的近婚系数为1/4二级亲属间的近婚系数为1/8三级亲属间的近婚系数为1/16F常n=12n+1总结对于常染色体遗传：二级亲属间的近婚系数36影响Hardy-Weinberg平衡的因素

五、近亲婚配2、X连锁基因：因为女性有两条X染色体，所以可以形成纯合子，会受到近亲婚配的影响。男性为半合子，近亲婚配不受影响。计算X连锁基因的F值时，只计算女性F值。传递特点：男性的X连锁基因一定传给女儿，传递概率为1男性的X连锁基因不可能传给儿子，传递概率为0女性的X连锁基因传给女儿和儿子的传递概率为1/2影响Hardy-Weinberg平衡的因素五、近亲婚配2、37影响Hardy-Weinberg平衡的因素

近亲婚配X连锁基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=13

（1/2）3X2X2=（1/2）5X3X3=（1/2）5F=（1/2）3+（1/2）5+（1/2）5=3/16姨表兄妹影响Hardy-Weinberg平衡的因素近亲婚配X连锁38影响Hardy-Weinberg平衡的因素

近亲婚配X连锁基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=0X2X2=12（1/2）4X3X3=12

（1/2）4F=（1/2）4+（1/2）4=1/8舅表兄妹影响Hardy-Weinberg平衡的因素近亲婚配X连锁39影响Hardy-Weinberg平衡的因素

近亲婚配X连锁基因：P1P2B1B2SX1YX2X3C1C2X1X1=0X2X2=0X3X3=0F=0姑表兄妹影响Hardy-Weinberg平衡的因素近亲婚配X连锁40影响Hardy-Weinberg平衡