基因變異群體行為

1、關(guān)于基因變異的群體行為第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基因變異的群體行為前言群體的遺傳平衡影響遺傳平衡的因素遺傳負(fù)荷群體中的平衡多態(tài)現(xiàn)象第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月前言群體 是由一群可以相互婚配的個體組成基因變異是人類進化的基礎(chǔ),構(gòu)成了群體中的個體多樣性第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月不同人種第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月我國不同民族人群第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月群體遺傳學(xué) 研究群體中基因的分布及逐代傳遞中影響基因頻率和基因型頻率的因素，追蹤基因變異的群體行為，應(yīng)用數(shù)學(xué)手段研究基因頻率和相對應(yīng)的表型在群體中的分布

2、特征和變化規(guī)律，這就是的研究內(nèi)容。第六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 群體的遺傳平衡 一、Hardy-Weinberg平衡律 在隨機婚配的大群體中，沒有受到外在因素影響的情況下，顯性性狀并沒有隨著隱性性狀的減少而增加，不同基因型相互比例在一代代傳遞中保持穩(wěn)定。第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hardy-Weinberg平衡律第一代的兩個等位基因頻率和基因型頻率 精 子 A（p） a（q）卵 A（p） AA（p） Aa（pq）子a（q） Aa（pq） aa（q）第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hardy-Weinberg平衡律第二代基因型頻率AA(p

3、)Aa(2pq)aa(q)AA( p)AAAA(p4)AAAa(2pq)AAaa(pq)Aa(2pq)AaAA(2pq)AaAa(4pq)Aaxaa(2pq)aa(q)aaxAA(pq)aaxAa(2pq)aaxaa(q4)第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hardy-Weinberg平衡律各種婚配的后代基因型分布婚配類型頻率后 代AAAaaaAAAAAAAaAAaaAaAaAaaaaaaap44pq2pq4pq4pqq4p42pqpq2pq2pq2pq2pqpq2pqq 4第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hardy-Weinberg平衡律表中結(jié)果顯示：AA后代 =p

4、4+2pq+pq=p(p+2pq+q)=p(p+q)=p；Aa后代 =2pq+4pq+2pq=2pq(p+2pq+q)=2pq(p+q)=2pq；Aa后代 =pq+2pq+ q4=q(p+2pq+q)=q(p+q)=q 可以看出在這一群體中第一代和第二代的基因型頻率是一致的。實際上無論經(jīng)過多少代，基因型頻率將保持不變，每種基因型的個體數(shù)量隨著群體大小而增減，但是相對頻率不變，這就是Hardy-Weinberg平衡的推理。第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、Hardy-Weinberg平衡律的應(yīng)用Hardy-Weinberg平衡判定例1：某一基因座的一對等位基因A和a，有三種基因

5、型AA，AaaA和aa，在隨機1000人的群體中，觀察的基因型分布如下：AA為600人、AaaA為340人、aa為60人。 第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月不同基因型頻率的預(yù)期值和觀察值基因型預(yù)期值觀察值A(chǔ)A592.9(p21000)600Aa/aA354.2(2pq1000)340aa 52.9(q21000)60X2=1.607 p0.05第十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月X2檢驗：當(dāng)p0.05時，表示預(yù)期值和觀察值之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，等位基因頻率和基因型頻率分布符合Hardy-Weinberg平衡，p0.0

6、5時，表示預(yù)期值和觀察值之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，等位基因頻率和基因型頻率分布不符合Hardy-Weinberg平衡。第十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例2：假設(shè)某一基因座的一對等位基因B和b，在1000人群體中，該基因型頻率分布是：BB為600人、Bb/bB為320、bb為80人。第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基因型預(yù)期值觀察值BB577.6(p21000)600Bb/bB364.8(2pq 1000)320aa57.6(q2 1000)80第十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)X2檢驗p0.05，該基因座隨著BB純合子的減少，Bb雜合子增加，該群體

7、偏離了Hardy-Weinberg平衡。第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hardy-Weinberg平衡律的應(yīng)用等位基因頻率和雜合子頻率例如：常染色體隱性遺傳病囊性纖維化在歐洲白種人的發(fā)病率約1/2000，患者為突變基因的純合子q21/2000，則q=1/2000 =1/45=0.022， p=1-1/45=44/45=0.978，雜合子即攜帶突變基因的個體2pq=244/451/45=1/23=0.043。 第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素一、非隨機婚配 隨機婚配指無須考慮配偶的基因型選擇配偶；而非隨機婚配可以通過兩種方式增加純合子的

8、頻率。 第二十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月選型婚配（assortative mating），即選擇具有某些特征（如身高、智力、種族）的配偶；如果這種選擇發(fā)生在常染色體隱性遺傳性聾啞病患者中，就將增加純合患者的相對頻率。近親婚配（consanguinous mating），即有共同祖先血緣關(guān)系的親屬婚配，盡管表面上不改變等位基因頻率，但可以增加純合子的比例，降低雜合子數(shù)量，因此使不利的隱性表型面臨選擇，從而又最終改變了后代的等位基因頻率。 第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月近親婚配不僅提高了后代的有害隱性基因純合子的發(fā)生風(fēng)險，而且增加了后代對多基因或多因素疾病的出生

9、缺陷的易感性，這是因為多基因病的患病風(fēng)險與親屬級別成正比。 親緣系數(shù)（coefficient of relationship，r）是指兩個人從共同祖先獲得某基因座的同一等位基因的概率。 第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月不同親屬級別的親緣系數(shù) 親屬 級別親緣系數(shù)雙親-子女一級親屬1/2同胞(兄弟姐妹)一級親屬1/2叔(姑、舅、姨)-侄(甥)二級親屬1/4祖-孫二級親屬1/4表/堂兄妹三級親屬1/8第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月近婚系數(shù)：近親婚配使子女中得到這樣一對相同基因的概率，稱為近婚系數(shù)（inbreeding coefficient，F(xiàn)） 第二十四張，P

10、PT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月近婚系數(shù)估算（以常染色體上的某一基因座為例） 同胞兄妹的父親某一基因座有等位基因A1和A2，母親的這個基因座有等位基因A3和A4。他們的子女中，A1A3，A1A4，A2A3，A2A4 各1/4 。這一對子女如果近親婚配，所生后代中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率即為其近婚系數(shù)。 同胞兄妹婚配中等位基因的傳遞第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月S形成純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率：4（1/2）4=1/4。一級親屬間的近婚系數(shù)就是F=1/4。 第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 舅甥女（或姑

11、侄）之間婚配S成為純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率為4(1/2)5=1/8，近婚系數(shù)F=1/8。 舅甥女婚配中等位基因的傳遞第二十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果是表兄妹婚配，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需傳遞6步，所以其近婚系數(shù)為4(1/2)6=1/16（右圖）。三級親屬的近婚系數(shù)F=1/16。 表兄妹婚配中等位基因的傳遞第二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在二級表兄妹婚配的情況下，P1的等位基因A1經(jīng)B1、C1、D1傳遞給S需經(jīng)過4步傳遞，S為A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需8步傳遞，其近婚系數(shù)為4(1/2)8

12、=1/64（右圖），五級親屬的近婚系數(shù)F=1/64。 二級表兄妹婚配中等位基因的傳遞第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在姨表兄妹婚配中，等位基因X1由P1經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞1步（B1轉(zhuǎn)至C1）；基因X1經(jīng)B2、C2傳至S則傳遞2步（B2傳至C2和C2傳至S）。所以，S為X1X1的概率為（1/2）3。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，需計為傳遞2步；基因X2經(jīng)B2、C2傳至S，需計為3步。所以，S為的概率為（1/2）5。因此，對X連鎖基因來說，姨表兄妹婚配的近婚系數(shù)F為（1/2）3+2（1/2）5=3/16。 姨表兄妹婚配中等位基因的傳遞第三十張，PPT共五十

13、五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在舅表兄妹婚配中，等位基因X1由P1傳至B2時中斷，所以，不能形成純合子X1X1。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞2步；基因X2由P2經(jīng)B2、C2傳至S，也只需計為傳遞2步。所以，S為X2X2的概率為（1/2）4。因此，對X連鎖基因來說，舅表兄妹婚配的近婚系數(shù)F為2（1/2）4=1/8。 舅表兄妹婚配中等位基因的傳遞第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在姑表兄妹婚配中，等位基因X1由P1傳至B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳至C1時，傳遞中斷，所以，不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。姑表兄妹婚配中等

14、位基因的傳遞第三十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果堂兄妹配，基因X1由P1傳到B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳到C1時，傳遞中斷，所以，也不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。堂兄妹婚配中等位基因的傳遞第三十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 僅就X連鎖基因來看，姨表兄妹婚配/舅表兄妹婚配比姑表兄妹/堂表兄妹危害還要大。第三十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月你能估計一下賈寶玉薛寶釵、賈寶玉林黛玉之間的近婚系數(shù)嗎？第三十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 評價近親婚配對群體的危害時，除近親婚配率以外，平均近婚系數(shù)（

15、average inbreeding coefficient，a）有重要作用。a值可按下列公式計算： a = Mi.FiN其中，Mi為某型近親婚配數(shù)，N為總婚配數(shù)，F(xiàn)i為某型婚配的近婚系數(shù)。第三十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月不同國家、地區(qū)人群中a值的比較國家或地區(qū)調(diào)查年代調(diào)查婚姻數(shù)近親婚率平均近婚系數(shù)(a)美國德國法國意大利日本南印度北京、湖北（漢）甘肅（回）四川（彝）貴州赤水（苗）黑龍江（鄂倫春）黑龍江（鄂溫克）吉林延吉（朝鮮）195819461954195619581956196019501950198019811980198119801981198019811980198

16、1198019811980198113322811989953000016466122131482604277291376205423418362620800.110.590.670.908.1639.371.49.7014.1616.241.63.400.000080.000190.000230.000700.0040.028350.0006650.0050.009130.0076960.0002560.0001160第三十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月表親婚配和隨機婚配生出隱性純合子的概率qq2pq/16q2+pq/16q2+pq/16:q20.200.100.040.020

17、.010.0010.040.010.00160.00040.00010.0000010.010.0056250.00240.0012250.0006190.00006250.050.0156250.0040.0016250.0007190.00006351.251.562.504.067.1963.5第三十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月近親婚配的危害增高隱性純合子患者的頻率例如：表兄妹婚配，所生子女（S）是隱性純合子（aa）有兩種原因：父母（C1和C2）近親婚配從共同祖先（P1和P2）傳遞得到基因a，在這種情況下，如果群體中基因a的頻率為q，S為aa的總概率是4（1/64）q=（

18、1/16）q；由兩個不同祖先分別傳來基因a，在這種情況下，兩個基因a可以來自同一曾祖（P1和P2）不同的同源染色體，可以來自不同曾祖（P1和P2），也可以來自祖輩（ B1、B2、B3、B4）中的任何兩個， S為aa的總概率為： （ 1-1/16）q2=(15/16)q2。第三十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月近親婚配與非近親婚配對后代影響的比較組別婚配對數(shù)父母平均年齡子女?dāng)?shù)早產(chǎn)、流產(chǎn)數(shù)(%)先天畸形數(shù)(%)9歲前死亡數(shù)(%)近親婚配非近親婚配20319937.6338.141158100161(5.27)34(3.40)15(1.34)4(0.44)233(19.26)131(13

19、.09)第四十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、選擇 選擇反映了環(huán)境因素對特定表型或基因型的作用，它可以是正性選擇，也可以是負(fù)性選擇。 第四十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 Hardy-Weinberg平衡的理想化群體對基因型沒有選擇，但是，實際上對特定缺陷的表型往往由于生育力下降，有一個負(fù)性選擇；遺傳學(xué)上用生物適合度（biological fitness）來衡量生育力大小，反映下一代基因庫的分布情況。第四十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月適合度0時，表示遺傳性致死，即無生育力；適合度1，為生育力正常； 只有選擇作用發(fā)生在育齡期之前，才會影響群體的基因頻率

20、或基因型頻率，而發(fā)生在育齡期之后的選擇作用，其影響將是微不足道的。第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例題：根據(jù)丹麥的一項調(diào)查，軟骨發(fā)育不全的侏儒108人，共生育了27個子女，這些侏儒的457個正常同胞共生育了582個子女，侏儒的相對生育率(f)是: f =27/108=0.2582/457第四十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月相對生育率即代表適合度。選擇系數(shù)(selection coefficient)指在選擇作用下適合度降低的程度，用s表示。s反映了某一基因型在群體中不利于存在的程度，因此s=1-f。 第四十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、突變 H

21、ardy-Weinberg平衡是基于無突變的假設(shè)條件，如果某基因座具有較高的突變率，將使群體中的突變基因比例穩(wěn)定增加。第四十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因突變率 指每代每個配子中每個基因座的突變數(shù)量。 假設(shè)初始群體的某一基因座全是等位基因A的純合子，每一世代由等位基因A突變成等位基因a的突變率為1.010-5，那么，第一世代的等位基因a的頻率為1.010-5第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月P123糾正第一代A頻率=1.0 - 1.0 x105第二代a頻率=2.0 x105 - 1.0 x1010A頻率=1.0-2.0 x105 - 1.0 x1010第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 對于孟德爾遺傳病的基因突變率可以進行估計： 常染色體顯性遺傳病 u=I（1-f）/2 常染色體隱性遺傳病 u=I（1-f） X連鎖隱性遺傳病 uIM（1-f）3 第四十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月四、遺