2024年高中生物竞赛遗传学课件+数量性状遗传+

本章重点质量性状和数量性状的区别数量性状的多基因效应学说数量性状的基本统计方法及表示方法遗传率（广义、狭义遗传率)的定义和计算近交系数的计算QTL介绍和多基因疾病的基因定位数量性状（quantitativecharacter)：是指性状呈连续变化，界限不清楚，不易分类的性状。第一节、数量性状的定义数量性状和质量性状的差别变异的连续性F1的类型环境变化产生的影响杂种后代中，各种变异类型的个体数的分布

支配性状的基因数目

质量性状是不连续的差异，可用文字描述；数量性状是连续的差异，只能用数字来表示质量性状的F1呈亲本中的显性性状；

数量性状的F1往往表现两个亲本的中间类型质量性状受环境影响较小；数量性状则较大质量性状可用孟德尔定律来分析；

数量性状的分布呈正态分布，即极端类型的少，中间类型的多支配质量性状的是1对基因；

支配数量性状的是多个效应很小的基因数量性状遗传与质量性状遗传的关联调控数量性状遗传的基因是作用于同一性状的不同质量性状基因。数量性状遗传在某些情况下表现为质量性状遗传（外观上不连续）。某些数量控制性状表现出某种质量形状的特征。产生某些性状需要导致形状差异的基本物质达到某个域值，尽管调控导致形状差异的基本物质是多基因控制的，但表现出的性状却是不连续的。超数排卵激素分布胎数(数量性状)

(质量性状)数量性状的多基因假说1909年尼尔逊·埃尔（Nilson-Ehle）提出多基因假说例如，小麦的红色籽粒品种与白色籽粒品种杂交，F2籽粒可分为红色籽粒和白色籽粒两组。有的表现15∶1分离，有的为63∶1分离，这两种分离都反映了基因的重叠作用。下面将二对和三对基因的遗传动态图示如下：１浅红x白色

AAbbccaabbcc

淡红Aabbcc

１浅红２淡红１白色

２

红色x白色

AABBccaabbcc

浅红AaBbcc

１白色４淡红６浅红４中红１红色深红x白色

AABBCCaabbcc

中红AaBbCc６３／６4六种深浅不一的红色（比率为１、６、１５、２０、１５、６）１／６４白色亲本AABBCCaabbccAaBbCc子一代子二代Ｘ多基因假说

mutiplefactorhypothesis

数量性状受一系列微效多基因的支配，每个基因的效应是独立、微小、相等的微效多基因之间通常不存在显隐性关系，表现为不完全显性或无显性，或表现为增效和减效作用。F1大多表现为2个亲本的中间类型微效多基因的遗传仍遵守遗传的基本规律，同样有分离、重组、连锁和互换，只是控制性状的基因很多，使分离后的表型呈一常态分布每个微效基因的作用可以累加，使后代的分离表现为连续变异

计算参与数量性状的基因数1两种最极端表型的比例=4nN=参与数量性状的基因数数量性状表型的种类2n+1种n极端表型所占比例F2代中表型种类数目11/4321/16531/64741/256951/102411数量性状表型的种类2n+1种1两种最极端表型的比例=4nN=参与数量性状的基因数计算参与数量性状的基因数第二节分析数量性状的统计学方法数量性状是连续分布的,不能用质量性状的分析方法去分析数量性状.只能用统计方法分析,用数字表示。

目的：1，可以用数学的语言对庞大的群体数据进行简洁的描述。2，从较小的随机群体中获得的信息可以推广到较大的群体当中。3，通过对不同群体的相同统计指标的比较，可以得出群体之间的相似或相异度数量性状的表示方式平均数＋标准差（Mean+S.D.)数量性状遗传分析的统计学基础一、平均数1.算术平均数

表示观察样本的集中程度：

公式：X,μ2.加权平均数

利用样本中随机变量的分布频率表示平均数：

公式：

二、方差与标准差

表示偏离平均数的变异程度.1.方差：

样本方差:S2

总体方差:σ22.标准差：sσ

三、直线相关与回归(1)直线相关:rxy度量变量x和y之间的相关程度.(2)协方差:covxy度量相关变量x和y共同变异的程度.(3)回归系数

一个变量变异时另一个变量的变异程度byx:表示x变化一个单位后y改变的单位数;bxy:表示y变化一个单位后x改变的单位数;

阈值：当一个个体的易患性达到一定的限度就得病，这个限度就称为阈值。

阈值群体发病率第三节遗传参数的估算及其应用数量性状的遗传率(Heritability)表型方差=遗传（基因型）方差+环境方差

VPhenotype=VGenetics+VEnvironment表型是基因型和环境相互作用的结果数量性状的遗传率遗传率H2＝遗传方差/表型方差＝VG/（VG+VE〕遗传率:遗传方差在全部方差中所 占比率,用于定量描述遗传变 异在表型变异中所起的作用数量性状的遗传率(Heritability)VG=VAddition+VDominance

VA：加性方差,由基因的相加效应所产生的方差VD：显性方差，基因在杂合状态时的显性效应所产生的方差数量性状的遗传率广义遗传率(Heritabilityinthebroadsense,H2b)H2b＝遗传方差/表型方差＝VG/（VG+VE〕狭义遗传率(Heritabilityinthenerrowsense,H2n) h2n＝相加遗传方差/表型方差＝VA/（VG+VE〕一对基因A，a，它们的3个基因型的平均效应是：

AA，a；Aa，d；aa，-aaaAaAAO-aadAA，Aa，aa性状计量的模式图，O点表示两亲代的中间值，杂合体Aa位于O点的右方，表示A为部分显性。F2平均值和遗传方差的计算F2的遗传方差VF2=Σx2-(Σx)2/n=1/2a2+1/4d2如果控制同一性状有n对基因：A,a;B,b;…N,n则F2的遗传方差:VG=1/2aa2+1/2ab2+…+1/2an2…

(VA)

+1/4da2+1/4db2+…+1/4dn2...

(VD)设：VA为加性效应产生的方差

VD为显性效应产生的方差则表型方差VF2=1/2VA+1/4VD+VE（表型方差可由观察值来计算。）由定义：广义遗传率：H2b=VG/VP=(VF2-VE)/VF2

=(1/2VA+1/4VD)/(1/2VA+1/4VD+VE)由于两亲代为纯合体，基因型相同，表型的变异可看作均来自环境的影响，所以：

VE=(1/2)(VP1+VP2)

或VE=(1/3)(VP1+VP2+VF1)

例题：玉米穗长度57个世代P1P2F1F2S20.673.562.315.07H2b=VG/VP=(VF2-VE)/VF2

5.07－(0.67+3.56+2.31)/35.07=57％=狭义遗传率：h2=VA/VP=(1/2VA）/VF2

要求出VA,需用F1个体回交两个亲本：F1(Aa)

XP1(AA)得B1;

F1(Aa)

XP2(aa)得B2。B1,B2的表型方差分别计算如下

B1的平均数和遗传方差的计算

(AAXAa)fxfxfx2AA1/2a½a

½a2Aa1/2d½d

½d2合计1½(a+d)

½(a2+d2)B1的遗传方差：VB1=½(a2+d2)–[½(a+d)]2

=1/4*(a-d)2B2的平均数和遗传方差的计算

AaXaaB2的遗传方差：VB2=½(a2+d2)–[½(d-a)]2

=1/4*(a+d)2fxfxfx2aa1/2-a-½a½a2Aa1/2d½d½d2合计1½(d-a)½(a2+d2)1/4VA=VF2-1/2(VB1+VB2)由VB1,VB2可分离出加性方差VAB1,B2遗传方差的平均值：

½（VGB1+VGB2）=1/4(a2+d2)½（VB1+VB2）=¼VA+¼VD+VE而F2的表型方差VF2=½VA+¼VD+VE由上述二式即可求出VA,进而求出狭义遗传率。狭义遗传率h2n＝VA/(VG+VE)

世代

小麦抽穗期

表型方差P11311.04P22710.32F118.55.24F221.240.35B115.617.35B223.434.29½（VB1+VB2）=¼VA+¼VD+VE

＝

½(17.35+34.29)

＝25.82¼VA＝

VF2－½（VB1+VB2）

＝40.35－25.82=14.53h2n=

½VA½VA+¼VD+VE

＝

2X(14.53)/40.35

＝

72%遗传率的应用如前所述，遗传率可作为杂种后代性状选择指标的指标，其高低反映：性状传递给子代的能力、选择结果的可靠性、育种选择的效率；通常认为遗传率：>50%

高； =20~50%中； <20%低.平均显性程度控制某一性状的所有等位基因显性的平均程度。

d/a＝VD/VA显性的遗传方差的求法项目方差成分实验值(1)VF2½VA+¼VD+VE40.35(2)1/3(VP1+VP2+VP3)VE1/3(11.04+10.32+5.24)=8.87(3)1/2VA29.06(1)-(2)-(3)1/4VD2.42平均显性程度＝0无显性平均显性程度＝1显性完全平均显性程度≠1不完全显性平均显性程度=VD/VA=0.41遗传率的特点统计学概念，针对群体而言。同一群体在不同环境，遗传率不同；不同群体在同一环境，遗传率不同。纯系内，VG=0,数量性状的个体差异不遗传。育种时，应力求饲养方式、栽培条件等一致，降低环境对性状的影响。遗传率高，选择较容易；遗传率低，选择较难。多基因在选择上的表现菜豆种子重量的实验，市场上收集19个品种,每品种1粒种下,自交n代，结果：不同品系之间比较：各品系平均粒重不同，原来轻的仍轻，原来重的仍重每一品系的籽粒平均重量与刚从市场收集来的亲本一样同一品系比较：籽粒大小不一，从小到大连续分布每粒种子的后代籽粒大小呈连续分布各籽粒后代的籽粒均数相等，并与亲本相同数量控制性状经过多代自交后趋于纯合。第四节近亲繁殖近亲繁殖的概念近亲交配的后果目前确定的狗遗传疾病有：松狮，胃癌；萨莫耶德狗，糖尿病；毕尔格猎犬（猎兔犬），血凝异常；矮脚长耳猎犬，严重综合型免疫缺损症；小型硬毛达克斯猎狗，癫痫；杜宾，嗜眠病；金毛猎犬，淋巴瘤。查理王小猎犬:骨髓空洞症京巴：呼吸困难，无法正常散热近亲繁殖或近交(Inbreeding)近交和近交系数(coefficientofinbreeding)近交系数（F）：一个个体从其某一祖先得到一对纯合的、且遗传上等同的基因的频率。近交系数的计算（利用家系图）P1a1a2a3a4P2B1B2s在a1，a2，a3，a4四个等位基因，S至少得到一对纯合子的概率（即近交系数）为：F=4（1/2）4近交系数计算举例姑表兄妹结婚所生子女的近交系数：F=4*（1/2）6

=1/16a1a2a3a4P1C1P2C3C2C4B1B2S性染色体上基因的近交系数男性X染色体上伴性基因传递给女儿的机会是1。家系中出现两个连续传代的男性，伴性基因中断传递。伴性遗传基因近交系数计算举例姨表兄妹结婚所生子女的近交系数：F=（1/2)3

+2(1/2)5=3/16X1YX2X3P1C1P2C3C2C4B1B2X1X1X2X2X3X3伴性遗传基因近交系数计算举例姑表兄妹结婚所生子女的近交系数：

F=0X1YX2X3P1C1P2C3C2C4B1B2SS不可能是:X1X1,X2X2或X3X3平均近交系数

Meancoefficientofinbreeding）

衡量群体中血缘关系程度或近交的流行程度。近交婚配所生子女数与近交系数的乘积总婚配所生子女数例如：100个人的群体，其中5人是表兄妹婚配所生，7人是从表兄妹的婚配所生，计算该群体的平均近交系数。

5X1/16+7X1/64100=0.00421980年近亲婚配率平均近交系数延吉朝鲜族00北京1.4%6.65/10000贵州布依族3.5%17.63/10000贵州苗族16.24%76.96/10000

近亲婚配率和近交系数世代AAAaaa杂合比例F00101011/41/21/41/21/223/81/43/81/43/437/161/87/161/87/8N(2n-1)2n+11/2n(2n-1)2n+11/2n

1-1/2n自交后代近交系数的计算（F）近交或近亲婚配的结果提高遗传纯合性所以，自交n代

n越大，纯合体的比例越高，近交系数F值越大F＝1－1/2n近交对生物的影响（1）近交群体纯合的速率和程度异体受精生物自交（近交）衰退的表现强健性降低（体弱）体重减轻（发育不良）繁殖力低对疾病的抵抗力低出现畸形杂种优势的表现和遗传理论第五节QTL介绍和多基因疾病的基因定位

Whystudyquantitativetraits?Many(most)humantraits/disordersarecomplexinthesensethattheyaregovernedbyseveralgeneticlociaswellasbeinginfluencedbyenvironmentalagents;Manyofthesetraitsareintrinsicallycontinuouslyvaryingandneedspecializedstatisticalmodels/methodsforthelocalizationandestimationofgeneticcontributions;Inaddition,inseveralcasestherearepotentialbenefitsfromstudyingcontinuouslyvaryingquantitiesasopposedtoabinaryaffected/unaffectedresponse:Forexample:inastudyofriskfactorstheunderlyingquantitativephenotypesthatpredisposediseasemaybemoreetiologicallyhomogenousthanthediseasephenotypeitself;somequalitativephenotypesoccuronceathresholdforsusceptibilityhasbeenexceeded,e.g.type2diabetes,obesity,etc.;insuchacasethebinaryphenotype(affected/unaffected)isnotasinformativeastheactualphenotypicmeasurements;ApedigreerepresentationQTL定位的基本步骤检测、筛选亲本并构建遗传群体；检测群体的分子标记基因型并构建分子标记连锁图谱；应用根据相应的统计模型和方法编写的计算机软件处理分析实验数据，确定分子标记与QTL的连锁关系及QTL在染色体上的区域。人类多基因性状的基因定位？多基因遗传病常见的多基因遗传病：哮喘、精神分裂症、原发性高血压、消化性溃疡、II型糖尿病、冠心病、癫痫、动脉粥样硬化等。多基因遗传病的易感性、易患性和阈值：易感性：由遗传因素所决定的一个个体得多基因遗传病的风险。易患性：由遗传因素和环境因素共同作用下一个个体得多基因遗传病的风险。大多数个体的易患性在平均值附近，易患性很高或很低的个体很少。多基因遗传多基因遗传：性状或疾病由多个基因和环境因素相互作用产生，每个基因对表型仅产生有限的个别影响，是多个基因和环境因素相互作用的累积效应。多基因性状通常为数量性状，而不是质量性状。大多数成年人常见病如糖尿病、高血压、精神分裂症和多数常见先天畸形如如唇裂、腭裂等，为多基因遗传。多基因遗传特点：以唇裂、或唇腭裂为例唇裂、或唇腭裂发病率的家系研究亲属受累%比同群体相比发病风险倍数一级同胞4.141X

子女3.535X二级姑和叔0.77X

侄儿和侄女

0.88X三级一级表兄妹0.33X群体发病率为1/1000。亲属中唇裂、或唇腭裂发病率明显高于一般人群，然而，受累亲属的比例既不符合常染色体显性遗传，也不符合常染色体隐性遗传。二级亲属同一级亲属相比发病风险迅速降低，三级亲属同二级亲属相比发病风险降低得更多。这与常染色体显性遗传中，亲属级别每降低一级，发病风险降低1/2的情况相比，降低的程度更大。受累先征者的同胞和子女的患病风险大致相同，这一点与常染色体隐性遗传不同。多基因遗传特点：以唇裂、或唇腭裂为例双生子研究：在多基因遗传病中常利用双生子来研究遗传因素的作用。单卵双生子（MZ）遗传上完全一样，异卵双生子（DZ）相当于同胞兄弟，50%基因一样。

常见多基因病单卵双生子和异卵双生子的一致性程度性状一致性%

单卵异卵唇裂、或唇腭裂

404幽门狭窄222精神分裂症4614胰岛素依赖性糖尿病306双生子研究双生子研究如果性状是完全遗传的，则100%的单卵双生子的性状是一致的，50%的异卵双生子的性状是一致的。如果性状是完全不遗传的，则单卵双生子和异卵双生子的一致程度大约相等，并明显小于100%。如果性状是多基因的，则单卵双生子性状的一致程度小于100%，但明显高于异卵双生子的一致程度。多基因病，遗传决定的不是疾病本身，而是这种疾病的遗传易感性。有遗传易感性的个体能否发病，取决于各种遗传因素和环境因素的相互作用，包括饮食、活动、毒素等。例：多基因疾病的遗传性对于多基因病，遗传决定的不是疾病本身，而是这种疾病的遗传易感性。有遗传易感性的个体能否发病，取决于各种遗传因素和环境因素的相互作用，包括饮食、活动、毒素等。基因是可以遗传的。基因对性状的作用，用遗传率来表示：

遗传因素

遗传率（%）=---------------------------------X100%

遗传因素+环境因素遗传率高说明性状主要是由遗传引起的。

疾病 群体发病率（%）遗传率（%）唇裂+腭裂0.17 76糖尿病275精神分裂症1.080哮喘480高血压4-862。。。。。。。。。DNA多态性所谓DNA的多态性（DNApolymorphism）,则是指DNA水平上的多态性。一般认为DNA序列中某特定位点的变异频率低于1%的为突变,高于1%则为分子多态性。突变还是多态镰刀型贫血症的发生率为8/100000，但是在某些人种中却有较高的发生率，例如非洲裔的美国人发生率为1/600以及西班牙裔的美国人为1/1000-1400。1）、限制性片段长度多态性（RFLP）：同一物种不同个体的DNA分子，用同一种限制性内切酶完全酶切后，出现分子量不同的同源等位基因片段，称为限制性片段长度多态性。限制性片段长度多态性是多态性DNA标记之一。RFLP的示意图不同的个体的DNA，在同一种限制酶作用下，切出不同大小的片段，显示出多态性因为DNA的多态性，两个个体的DNA内切酶位点是不一致的左图是一个典型的甲型血友病家族，在第IV和第V代有患病男性。系谱检察发现III-2、III-4、III-5肯定是杂合子携带者。根据系谱个体IV-4是携带者的风险为50%，她在建立家庭之前想确切知道这种危险性。通常，人们发现血友病基因携带者血液中含有大约半量的正常VIII因子蛋白，因此有时可利用这一所见来区分纯合的正常妇女和携带者。但是在正常和携带者之间有很大的重叠，所以利用蛋白定量的方法有时不能明确区分。这样的家庭中，确定IV-4是否是携带者更准确的方法就是利用RFLP作为携带突变等位基因的标记。中图显示VIII因子基因内一个内含子区域含有限制性酶BclI多态性的限制图谱。用位于多态性限制位点两侧的PCR引物1和2扩增靶区域，用BclI切割扩增后的DNA，切割后的DNA片段直接进行凝胶电泳以分析该酶切位点是否存在。如果存在，142bp的产物将被切割成为99bp和43bp两个片段；如果不存在，将会看到142bp的全长片段。所有血友病男性患者都有142bp片段，说明带有血友病突变基因无BclI酶切位点。个体IV-4从她母亲III-4遗传了BclI等位基因，因此是血友病携带者。在67bp处有一个固定的不明来源的条带，在本次分析中可以忽略。在这个例子中讨论了X连锁隐性遗传病，这类分析也同样可成功地应用于常染色体显性和隐性遗传病。这种基于PCR技术的分析方法非常快速，称为PCR-RFLP，几小时就能得到结果，而且只需要每个个体微量的基因组DNA。2）、短片段重复序列（STR）多态性：STR是由一些头尾相连的短序列以串联方式重复多次形成。这些序列如果有功能现在尚不清楚，但一个元件中的重复单位数量（即元件的总长度）在同源染色体中经常变化。在这种情况下，任何限制性酶切割或PCR这个串联重复序列的两侧将会产生一个片段，而其长度反映出STR的大小。因为这个重复序列的总长度在不同染色体之间变化很大，可能存在很多数量的等位基因，这一特点使这些多态性非常有用。这种带谱称DNA指纹。这种DNA同一性分析在亲子鉴定和法医学中已经广泛应用。STR高度多态，两个非亲缘个体携带相同的两个等位基因的机率非常低，经常小于1%。通过检测4个或更多这种独立的多态性，任何两个非亲缘个体相同的机率非常低，除非是单卵双子。利用单个探针检测大量分散于基因组内STR多态性的DNA指纹分析。每对样品代表卵生儿的DNA。B两个卵生儿和C两个卵生儿都完全配对，表明他们都是单卵双生子；A和D是异卵双生子。异卵双生子之间有大约一半可变谱带相同，与一级亲属一样。VNTR多态性和法医学DNA分析图左DNA印迹分析显示独特DNA探针检测单个STR位点，与前面图中探针1相似。被害者（V）与嫌疑犯（S）的DNA显示了不同的谱带。从犯罪现场采集的物证制备的DNA与嫌疑犯的DNA谱带吻合。从各种STR等位基因在总人群中的频率就可估计出吻合嫌疑人的概率。通过对许多不同的STR多态性进行相似的分析，这种吻合的概率就会非常低。图左DNA印迹分析是同时用了4个不同的单个位点特异STR探针。提取的物证与嫌疑犯之间的结果完全吻合。目前的法医学分析通常采用至少四种独立的、高度多态的STR标记。1998年，H.Montgomery在《自然》杂志上发表论文，在对33名英国最优秀的登山运动员的ACE基因I/D多态观察中发现，ACE的I等位基因与II纯合子的频率显著高于对照组健康男子。同年，澳大利亚的G.George等人对64名奥运优秀划船运动员的ACE基因I/D多态进行了分析结果，表明I等位基因与II型纯合子的分布频率显著高于对照组，支持Montgomery的结论。之后的相关研究层出不穷。3.片段缺失插入多态个体ACE水平的变异主要由ACE基因中的I/D多态控制。DD型人群ACE水平最高，ID型次之，II型最低，三者之间差异有显著性。4、单核苷酸多态性单核苷酸多态性（SNP）广泛分布于人类全基因组，最大限度地代表了不同个体之间的遗传差异，是研究复杂疾病、药物敏感性及人类进化的重要标记。GeneticPenetranceofInheritedDiseasesManyinheriteddiseasesareMendelianandhighlypenetrantSicklecelldiseaseThalassemiasHuntington’sdiseaseColorblindnessCysticfibrosisMostcommondiseasesarecomplex(multifactorial-causedbymultiplegenesormultiplepathwaysaswellasmultipleenvironmentalfactors)andoflowpenetranceFamilialPredispositiontodiseaseVerylargeenvironmentaland/orbehavioralcomponentType2diabetesCoronaryheartdiseaseAsthmaManycomplexdiseasescanbeavoidedwithdiet,nutrition,exerciseorbehavioralmodificationManycomplexdiseasescanalsobemonitoredbyincreasedvigilance(anotherbehavioralmodification)©FrancisCollins,200