群體遺傳課件

群體遺傳11概要什么是群體遺傳學(xué)？群體遺傳組成–

基因頻率和基因型頻率。Hardy–Weinberg平衡定律。影響基因頻率的因素。近親婚配及其對(duì)群體遺傳素質(zhì)的影響。2概要什么是群體遺傳學(xué)？2Population/GenePoolPopulation=groupoforganismsofthesamespecieslivinginthesamegeographicalareaandmatingwitheachother/群體=屬于一個(gè)物種、生活在同一地區(qū)、并能相互雜交的個(gè)體群，是物種的基本結(jié)構(gòu)單位。3Population/GenePoolPopulatioGenepool=allallelesinpopulation/基因庫(kù)

=

一個(gè)群體所具有的全部遺傳信息，即含有在特定位點(diǎn)的全部等位基因。4Genepool=allallelesinpopPopulationGeneticsStudyof

GeneticconstituteofPopulationanditsvariation./研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學(xué)科Distributionofgenesinpopulation,maintenanceofgenefrequenciesandgenotypefrequenciesandtheirvariations./研究群體中基因的分布、基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學(xué)。5PopulationGeneticsStudyof5對(duì)于醫(yī)學(xué)而言，群體遺傳是要探討遺傳病的發(fā)病頻率、遺傳方式、致病基因頻率及其變化的規(guī)律，以了解遺傳病在群體中的發(fā)生和散布的規(guī)律，為預(yù)防、監(jiān)測(cè)和治療遺傳病提供重要的信息和措施。因此有人又稱之為遺傳流行病學(xué)（geneticepidemiology）。6對(duì)于醫(yī)學(xué)而言，群體遺傳是要探討遺傳病的發(fā)病頻率、遺傳方式、致TheAreaofPopulationGeneticsfocusesonEstimationgenefrequencyandgenotypefrequency/怎樣估計(jì)群體的基因頻率和基因型頻率?Factorsaffectinggenefrequency/哪些因素可影響基因頻率?Howtoimprovegeneticqualityofoffsprings/怎樣增進(jìn)我們子孫后代的遺傳素質(zhì)?7TheAreaofPopulationGeneticGeneticconstituteofPopulation

群體的遺傳組成8GeneticconstituteofPopulatiGeneticvariationsamongdifferentpopulationsinthesamespeciesarebuiltondifferenceinallelefrequencies./由于同一物種內(nèi)不同群體間的遺傳變異主要在于基因頻率的差異,

所以基因頻率是群體遺傳組成的基本標(biāo)志。9GeneticvariationsamongdiffeGeneticconstituteofPopulation=Distributionsorratiosofgenes/allelesinapopulation/群體的遺傳組成

=

各種基因在群體里的分布或所占的比例。10GeneticconstituteofPopulatiGenotype&AlleleFreqsGenotypefrequency=proportionofindividualsinapopulationwithaspecificgenotype./基因型頻率

=

指特定基因型的個(gè)體在群體中所占的比率。

Allelefrequency=proportionofallelesinapopulation./基因頻率

=指某一基因在群體出現(xiàn)的頻率，即一種等位基因占該座位全部等位基因的比率。同一位點(diǎn)的全部等位基因的頻率之和為1。11Genotype&AlleleFreqsGenotypAllelesGenotypesAaAAAaaa

Freqs

pq

DHRFreq(A)：

p=D+1/2HFreq(a)：

q=R+1/2HCalculatingAlleleFrequenciesfromGenotypeFrequencies12AllelesGenotyFreq(LM)：0.03+1/2×0.296=0.178Freq(LN)：0.674+1/2×0.296=0.822EXAMPLE:13Freq(LM)：0.03+1/2×0.296=Hardy-WeinbergEquilibrium14Hardy-WeinbergEquilibrium14AssumingtheHardy-WeinbergconditionsRandommating(individualsmateindependentoftheirgenotype)Nomutation,noselection,nomigrationLargepopulationsize(geneticdriftcanbeignored)

Allelefrequenciesthesameinbothsexes15AssumingtheHardy-WeinbergcoThen,HWsays:Allelefrequencieswillremainconstantovertime./基因頻率將代代保持不變。Genotypefrequencieswillalsokeepconstantovergenerationsafteronegenerationofrandommating./一代隨機(jī)交配以后基因型頻率也將代代保持不變。16Then,HWsays:AllelefrequenciVerificationofHWLawConsiderasingleautosomallocuswithtwoalleles,Aanda,whosepopulationfrequenciesinbothspermandeggsarethesame.p=frequencyofalleleA(dominant)q=......a(recessive)p+q=1.Andthegenotypesfrequenciesare:Genotype:AAAa

aaFrequency:DHR17VerificationofHWLawConsiderAssume–

If：D=0.5,H=0.4andR=0.1Then，p=D+?H=0.5+0.2=0.7

q=?H+R=0.2+0.1=0.318Assume–18p2AAaFemalegametesMalegametesAAqpapqpqAaq2

aapqAa(p+q)2=p2+2pq+q2=1RandomMating

=

GametesCombineatRandom.So，

p1=D1+?H1=p2+pq=p(p+q)=p.Bythesametoken,q1=q19p2AAaFemalegametesMalegametp2

AAaFemalegametesMalegametesAAap=.7q=.3pqAaq2

aapqAa(p+q)2=p2+2pq+q2=1.49.21.09.21p=.7q=.3AAAaaaSo,p1=D1+?H1

=0.49+0.21=0.7=pq1=R1+?H1

=0.09+0.21=0.3=qD1H1R120p2AAaFemalegametesMalegametWhatAbouttheNextGeneration?p2=p12+p1q1=p1(p1+q1)=p1=pD2=p12=p2=D1Dp12

AAp1q1

Aaq12

aap1q1Aa.49.21.09.21p2=.

49

+

.21=0.7q2=.0

9

+

.21=0.3Ap1aq1Ap1aq121WhatAbouttheNextGenerationBytheSameToken,pn=pn-1=……=p1=pqn=qn-1=……=q1=q.AndDn=Dn-1=……D1Hn=Hn-1=……H1Rn=Rn-1=……R122BytheSameToken,pn=pn-1=X-linkedHWX-linkedgenesareaspecialcase(becausemaleshaveonlyoneX-chrm)Genotypefrequenciesamongmalesarethesameasallelefrequencies:

FrequencyofXAYmales=p

FrequencyofXaYmales=qAndgenotye&genefrequenciesamongfemalesarethesameasautosomalalleles23X-linkedHWX-linkedgenesareExampleOneoutofevery20menhasred-greencolorblindnessWhatistheincidenceofred-greencolorblindnessamongwomen?24ExampleOneoutofevery20menAnswer:q=Rm=1/20(given)Rf=q2=1/400=incidenceinfemalesHf=2pq~1/10=femalecarrierfreq.

25Answer:q=Rm=1/20(given)2MultiplealleleHWHardy-Weinbergfrequenciescanbeextendedtomultiplealleles:Frequencyofanyhomozygote=squareofallelefrequency/純合子頻率=基因頻率的平方Frequencyofanyheterozygote=2Xproductofallelefrequencies/雜合子頻率=2X等位基因頻率之積26MultiplealleleHWHardy-WeinbeWhatWeLearnfromHW?揭示了基因頻率和基因型頻率的遺傳規(guī)律。預(yù)示了在一個(gè)大的群體中，種群的遺傳特性能夠保持相對(duì)的穩(wěn)定。闡明了基因頻率和基因型頻率間的一般關(guān)系，從而為在各種情況下計(jì)算群體的基因頻率提供了依據(jù)。27WhatWeLearnfromHW?揭示了基因頻率和HardyWeinbergLawcanbeusedtofindthefreqencyofrecessivediseaseallelesinapopulationandcarrierfrequencyApplication:28HardyWeinbergLawcanbeused

設(shè)某常染色體隱性遺傳病受一等位基因A和a控制，基因型為aa的個(gè)體發(fā)病,其發(fā)病率為R。由Hardy-Weinberg定律：AAAaaap22pqq2隱性基因純合體發(fā)?。簈2=

R

隱性基因頻率：q=R1/2顯性基因頻率：p=1-q=1-R1/2雜合子的頻率：H=2pq29設(shè)某常染色體隱性遺傳病受一等位基因A和a控制Example：尿黑酸尿癥為常染色體隱性遺傳病，約1,000,000兒童中有1個(gè)患兒，其發(fā)病率=0.000001。尿黑酸尿隱性基因頻率：

q=R1/2=（0.000001）1/2=0.001正常顯性基因頻率：

p=1-q=1-0.001=0.999雜合子頻率：

2pq=2×0.999×0.001=0.00230Example：尿黑酸尿癥為常染色體隱性遺傳病，約1,000 (p+q)2=p2+2pq+q2=1HWequilibrium:allelefreqsremainconstantfromgenerationtogeneration,undercertainconditions.AllelefreqsGenotypefreqsGenepoolHardyWeinbergLaw:AaAAAaaa31 (p+q)2=p2+2pq+q2=1FactorsthatAlterGeneFrequencies

影響基因頻率的因素32FactorsthatAlterGeneFrequeForcesthatcancausedeviationfromHWratiosNon-randommating(e.g.,inbreeding)Geneflow(e.g.,migration)Geneticdrift(smallpopulation)MutationNaturalselection33Forcesthatcancausedeviatio基因突變（GeneMutation)是群體發(fā)生變異的根源?；蛲蛔儗?duì)于群體遺傳組成的改變有兩個(gè)重要的作用：首先，突變本身改變了基因頻率；其次，突變又為選擇提供了材料。34基因突變（GeneMutation)是群體發(fā)生變異的根源。MutationinBacteriaAAAaaGenerationIAAaaaIIp=0.6;q=0.4p=0.4;q=0.635MutationinBacteriaAAAaaGener在某一世代，基因的一個(gè)等位基因突變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因的頻率稱為突變率(mutationrate)。以一對(duì)常染色體等位基因A、a為例。A每代以頻率μ突變?yōu)閍，而a以頻率v反向突變?yōu)锳，最終達(dá)到平衡。36在某一世代，基因的一個(gè)等位基因突變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因的頻率稱為Considerfreq(A)(p):

Afraction(1-μ)oftheAallelesdonotmutate,whileafractionvoftheaallelesmutatetoA.37Considerfreq(A)(p):37Hence,freq(A)atn+1generationis:P(n+1)=(1-μ)pn+vqn

=(1-μ)pn+v(1-pn)=(1-μ-v)pn+vSo,p(n+1)=

P(n+1)–pn=

v-(μ+v)pnWhenp(n+1）=0;freq(A)reaches

anequilibriumvalue:

p=v/(μ+v)38Hence,freq(A)atn+1generati選擇（selection）自然選擇（naturalselection）和人工選擇（artificialselection）都是導(dǎo)致基因頻率變化的重要因素，就人而言，導(dǎo)致基因頻率變化的主要選擇因素是自然選擇。39選擇（selection）自然選擇（naturalsele適合度(fitness，f)

是指一個(gè)個(gè)體能夠生存并把他的基因傳給下一代的能力，用相對(duì)生育率來(lái)表示。

選擇主要是通過(guò)增加和減少個(gè)體的適合度來(lái)影響基因平衡?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)一個(gè)群體的不同個(gè)體的適合度不同時(shí)，選擇就會(huì)發(fā)生作用。40適合度(fitness，f)選擇主要是通過(guò)Example：據(jù)調(diào)查，108個(gè)軟骨發(fā)育不全的侏儒，共有小孩27人；而他們457個(gè)正常的同胞，共生育582個(gè)小孩。如果軟骨發(fā)育不全患者生育能力與正常同胞相同，108人中應(yīng)有多少孩子？582×(108/457)=137.5而現(xiàn)在實(shí)際只有27個(gè)孩子，此癥的生殖適合度為：f=27/137.5=0.196341Example：據(jù)調(diào)查，108個(gè)軟骨發(fā)育不全的侏儒，共有

選擇作用的大小用選擇系數(shù)(selectivecoefficient,S)來(lái)代表，是指某一基因型在群體中不利于生存的程度，用生育率降低的程度來(lái)表示:S＝1-f例如，軟骨發(fā)育不全癥患者的選擇系數(shù)是:S=1-0.1963=0.803742選擇作用的大小用選擇系數(shù)(selective選擇壓力對(duì)遺傳平衡的影響選擇對(duì)遺傳平衡的影響與選擇作用的強(qiáng)度有關(guān)，遺傳學(xué)中稱之為選擇壓力（selectivepressure）。選擇壓力越大，選擇系數(shù)越高，引起的基因頻率的變化越明顯。

43選擇壓力對(duì)遺傳平衡的影響選擇對(duì)遺傳平衡的影響與選擇作用的強(qiáng)度

反之，如果選擇壓力降低則會(huì)使群體中的有害基因增加，即增加了群體的遺傳負(fù)荷。所謂遺傳負(fù)荷(geneticload)是指一個(gè)群體由于有害基因的存在而使其適合度降低的現(xiàn)象。44反之，如果選擇壓力降低則會(huì)使群體中的有害基因增加，即增加了Selectionfor/againstrecessiveallelesisinefficientWhenthealleleisrareWhy?-becausethenmostrecessiveallelesareinheterozygotesThus,raredisease-causingrecessiveallelespersistinthepopulationinheterozygotecarriers,eveniftheyarelethalwhenhomozygous45Selectionfor/againstrecessivallelesinaffected2q2allelesincarriers2pq=qp=q(1-q)=q1=~=1/10,000;q=1/100,…q246allelesinaffected2q2allCarrier/AffectedRatioforanautosomalrecessivediseaseq22pqDiseaseIncidenceCarrierFrequencyRatioCarrier/Affected47Carrier/AffectedRatioforanIsmodernmedicalscienceruiningourgenepool?Doessavingthelifeofpeoplewithrecessivegeneticdiseasesdecreasethefitnessofourpopulation?homework48Ismodernmedicalscienceruin遺傳漂變(geneticdrift)小群體中或隔離人群中，基因頻率的隨機(jī)波動(dòng)稱為遺傳漂變(geneticdrift)。由于群體較小，所以等位基因在傳遞過(guò)程中會(huì)使有的基因固定下來(lái)而傳給子代，有的基因則丟失，最終使此基因在群體中消失。49遺傳漂變(geneticdrift)小群體DriftinBacteriaAAAaaGenerationIp=0.6;q=0.4p=0.5;q=0.5Whyme?AAaaIIp=0;q=1aaIIIq=1aaaaIVaaaaaaNq=1aaa50DriftinBacteriaAAAaaGenerati遺傳漂變的速率取決于群體的大小。群體越小，漂變的速率越快，常常在幾代甚至一代后即可出現(xiàn)基因的固定和丟失。51遺傳漂變的速率取決于群體的大小。群體越小，漂變的速率越快，常遺傳漂變的方向無(wú)法肯定，但是范圍卻可以估計(jì)。假設(shè)有一個(gè)容量為N的群體，考慮常染色體的某一基因座位，A和a，其基因頻率分別為p和q，則下一世代基因頻率改變的方差為：Varp=pq/2N52遺傳漂變的方向無(wú)法肯定，但是范圍卻可以估計(jì)。假設(shè)有中性突變–

隨機(jī)漂變學(xué)說(shuō)在分子水平上，僅很少一部分突變是有利的，多數(shù)突變是有害的、中性的。自然選擇是一種保存有利突變和消滅有害突變的進(jìn)化過(guò)程。大部分新突變都將消失，少量新突變的固定依賴于隨機(jī)漂變。53中性突變–隨機(jī)漂變學(xué)說(shuō)在分子水平上，僅很少一部分突變是有在分子水平上，群體存在著巨大的遺傳變異，造成豐富的遺傳多態(tài)。一個(gè)群體由最初的少數(shù)幾個(gè)人逐漸發(fā)展起來(lái)，則最初的人群對(duì)后代存在著顯著的影響，稱為“奠基者效應(yīng)”（foundereffect）。54在分子水平上，群體存在著巨大的遺傳變異，造成豐富的遺傳多態(tài)。遷移(migration)

遷移又稱移居，遷移的結(jié)果使不同人群通婚，彼此滲入外來(lái)基因，導(dǎo)致基因流動(dòng)，可改變?cè)瓉?lái)群體的基因頻率，這種影響也稱為遷移壓力。55遷移(migration)遷移又稱移居，遷移遷移壓力的大小一般取決于：

1.遷出和接受群體間基因頻率的差異。

2.每代移入個(gè)體（基因）的數(shù)量。遷移壓力的增強(qiáng)可使某些基因從一個(gè)群體有效地散布到另一個(gè)群體，稱為基因流(geneflow)。56遷移壓力的大小一般取決于：56MigrationinBacteriaAAAaaGenerationIAAAaaIIp=0.6;q=0.4p=0.5;q=0.5Aaa57MigrationinBacteriaAAAaaGeneExample:對(duì)味盲(苯硫脲的嘗味能力缺乏,tt)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在歐洲和西亞白人中，味盲基因頻率(t)=0.60。在我國(guó)漢族人群中，味盲基因頻率(t)=0.30。而在我國(guó)寧夏一帶聚居的回族人群中，味盲基因頻率(t)=0.45。可能原因：在唐代，歐洲和西亞的人，尤其是波斯人沿絲綢之路到長(zhǎng)安進(jìn)行貿(mào)易，以后又在寧夏附近定居，與漢族人婚后形成的基因流所致。58Example:對(duì)味盲(苯硫脲的嘗味能力缺乏,tt)的調(diào)近親婚配consanguineousmarriage59近親婚配consanguineousmarriage59在4代之內(nèi)有共同的祖先者均屬近親，如果他們之間進(jìn)行婚配就稱為近親婚配(consanguineousmarriage)。60在4代之內(nèi)有共同的祖先者均屬近親，如果他們之間進(jìn)行婚配就稱為有親緣關(guān)系的配偶，從他們共同的祖先得到同一基因，又將該基因同時(shí)傳遞給他們子女而使之成為純合子的概率稱為近婚系數(shù)(inbreedingcoefficient,F)。61有親緣關(guān)系的配偶，從他們共同的祖先得到同一基因，又將該基因同有親緣關(guān)系的兩個(gè)人攜帶相同基因的概率，稱之為親緣系數(shù)(coefficientofrelationship)。

62有親緣關(guān)系的兩個(gè)人攜帶相同基因的概率，稱之為親緣系數(shù)(coeHowmanyallelesdoyouhaveincommonwith...Yourdad/yourkids?Yoursister?Yourhalfbrother?Yourniece?Yourfirstcousin?-->Howsimilarareyou?63HowmanyallelesdoyouhaveiCDEFHowmanyallelesdobrotherandsistershare?64CDEFHowmanyallelesdo64DAEDEB1/21/21/21/21/2x1/2=1/4=fractionofallelesD&Esharefromdad1/2x1/2=1/4=fractionofallelesD&Esharefrommom1/4+1/4=1/2=fractionofallelesD&Eshare65DAEDEB1/21/21/21/21/2x1/2=CDEF66CDEF66DGAEHDGEHB1/21/21/21/21/21/21/21/21/2x1/2x1/2x1/2=1/16=fractionofallelesG&Hsharefromcommongrandfather1/2x1/2x1/2x1/2=1/16=fractionofallelesG&Hsharefromcommongrandmother1/16+1/16=1/8=fractionofallelesG&Hshare67DGAEHDGEHB1/21/21/21/21/21/21/Howmanyallelesdoyouhaveincommonwith...Yourdad/yourkids? 1/2Yoursister? 1/2Yourhalfbrother? 1/4Yourniece?/Youruncle ? 1/4Yourfirstcousin? 1/868Howmanyallelesdoyouhavei近親系數(shù)的計(jì)算1.常染色體基因69近親系數(shù)的計(jì)算692.X連鎖基因702.X連鎖基因70群體平均近婚系數(shù)對(duì)一個(gè)群體而言，用平均近婚系數(shù)（averageinbreedingcoefficient,a）來(lái)衡量群體近交的程度。71群體平均近婚系數(shù)對(duì)一個(gè)群體而言，用平均近婚系數(shù)（averagExample：有一群體共100人，其中5人來(lái)自表兄妹婚配（F=1/16），7人來(lái)自二級(jí)表兄妹婚配（F=1/64），其余88人父母無(wú)親緣關(guān)系（F=0）。這一群體的平均近婚系數(shù)是：

116a=5×+7×

164100=0.004272Example：有一群體共100人，其中5人來(lái)自表兄妹婚配（近親婚配的危害隱性純合子患者的概率=Fq+(1–F)q2=q2+Fpq。因此，群體中隱性致病基因的頻率愈低，近親婚配的危害也愈小。隱性純合的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)（）=(q2+Fpq)/q2=1+Fp/q。因此，近親婚配導(dǎo)致隱性純合的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)總是大于或者等于隨機(jī)婚配，F(xiàn)值愈大和q值愈低，近親導(dǎo)致隱性純合的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)愈高。73近親婚配的危害隱性純合子患者的概率=Fq+(1–OUTLINEWhatisPopulationGenetics?GeneticConstitutesofaPopulation-Gene&GenotypeFrequenciesHardy–WeinbergEquilibriumFactorsthatAlterGeneFrequenciesConsanguineousMarriageanditsImpactonGeneticQualityofaPopulation74OUTLINEWhatisPopulationGeneSeeYouthen!75SeeYouthen!75

群體遺傳761概要什么是群體遺傳學(xué)？群體遺傳組成–

基因頻率和基因型頻率。Hardy–Weinberg平衡定律。影響基因頻率的因素。近親婚配及其對(duì)群體遺傳素質(zhì)的影響。77概要什么是群體遺傳學(xué)？2Population/GenePoolPopulation=groupoforganismsofthesamespecieslivinginthesamegeographicalareaandmatingwitheachother/群體=屬于一個(gè)物種、生活在同一地區(qū)、并能相互雜交的個(gè)體群，是物種的基本結(jié)構(gòu)單位。78Population/GenePoolPopulatioGenepool=allallelesinpopulation/基因庫(kù)

=

一個(gè)群體所具有的全部遺傳信息，即含有在特定位點(diǎn)的全部等位基因。79Genepool=allallelesinpopPopulationGeneticsStudyof

GeneticconstituteofPopulationanditsvariation./研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學(xué)科Distributionofgenesinpopulation,maintenanceofgenefrequenciesandgenotypefrequenciesandtheirvariations./研究群體中基因的分布、基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學(xué)。80PopulationGeneticsStudyof5對(duì)于醫(yī)學(xué)而言，群體遺傳是要探討遺傳病的發(fā)病頻率、遺傳方式、致病基因頻率及其變化的規(guī)律，以了解遺傳病在群體中的發(fā)生和散布的規(guī)律，為預(yù)防、監(jiān)測(cè)和治療遺傳病提供重要的信息和措施。因此有人又稱之為遺傳流行病學(xué)（geneticepidemiology）。81對(duì)于醫(yī)學(xué)而言，群體遺傳是要探討遺傳病的發(fā)病頻率、遺傳方式、致TheAreaofPopulationGeneticsfocusesonEstimationgenefrequencyandgenotypefrequency/怎樣估計(jì)群體的基因頻率和基因型頻率?Factorsaffectinggenefrequency/哪些因素可影響基因頻率?Howtoimprovegeneticqualityofoffsprings/怎樣增進(jìn)我們子孫后代的遺傳素質(zhì)?82TheAreaofPopulationGeneticGeneticconstituteofPopulation

群體的遺傳組成83GeneticconstituteofPopulatiGeneticvariationsamongdifferentpopulationsinthesamespeciesarebuiltondifferenceinallelefrequencies./由于同一物種內(nèi)不同群體間的遺傳變異主要在于基因頻率的差異,

所以基因頻率是群體遺傳組成的基本標(biāo)志。84GeneticvariationsamongdiffeGeneticconstituteofPopulation=Distributionsorratiosofgenes/allelesinapopulation/群體的遺傳組成

=

各種基因在群體里的分布或所占的比例。85GeneticconstituteofPopulatiGenotype&AlleleFreqsGenotypefrequency=proportionofindividualsinapopulationwithaspecificgenotype./基因型頻率

=

指特定基因型的個(gè)體在群體中所占的比率。

Allelefrequency=proportionofallelesinapopulation./基因頻率

=指某一基因在群體出現(xiàn)的頻率，即一種等位基因占該座位全部等位基因的比率。同一位點(diǎn)的全部等位基因的頻率之和為1。86Genotype&AlleleFreqsGenotypAllelesGenotypesAaAAAaaa

Freqs

pq

DHRFreq(A)：

p=D+1/2HFreq(a)：

q=R+1/2HCalculatingAlleleFrequenciesfromGenotypeFrequencies87AllelesGenotyFreq(LM)：0.03+1/2×0.296=0.178Freq(LN)：0.674+1/2×0.296=0.822EXAMPLE:88Freq(LM)：0.03+1/2×0.296=Hardy-WeinbergEquilibrium89Hardy-WeinbergEquilibrium14AssumingtheHardy-WeinbergconditionsRandommating(individualsmateindependentoftheirgenotype)Nomutation,noselection,nomigrationLargepopulationsize(geneticdriftcanbeignored)

Allelefrequenciesthesameinbothsexes90AssumingtheHardy-WeinbergcoThen,HWsays:Allelefrequencieswillremainconstantovertime./基因頻率將代代保持不變。Genotypefrequencieswillalsokeepconstantovergenerationsafteronegenerationofrandommating./一代隨機(jī)交配以后基因型頻率也將代代保持不變。91Then,HWsays:AllelefrequenciVerificationofHWLawConsiderasingleautosomallocuswithtwoalleles,Aanda,whosepopulationfrequenciesinbothspermandeggsarethesame.p=frequencyofalleleA(dominant)q=......a(recessive)p+q=1.Andthegenotypesfrequenciesare:Genotype:AAAa

aaFrequency:DHR92VerificationofHWLawConsiderAssume–

If：D=0.5,H=0.4andR=0.1Then，p=D+?H=0.5+0.2=0.7

q=?H+R=0.2+0.1=0.393Assume–18p2AAaFemalegametesMalegametesAAqpapqpqAaq2

aapqAa(p+q)2=p2+2pq+q2=1RandomMating

=

GametesCombineatRandom.So，

p1=D1+?H1=p2+pq=p(p+q)=p.Bythesametoken,q1=q94p2AAaFemalegametesMalegametp2

AAaFemalegametesMalegametesAAap=.7q=.3pqAaq2

aapqAa(p+q)2=p2+2pq+q2=1.49.21.09.21p=.7q=.3AAAaaaSo,p1=D1+?H1

=0.49+0.21=0.7=pq1=R1+?H1

=0.09+0.21=0.3=qD1H1R195p2AAaFemalegametesMalegametWhatAbouttheNextGeneration?p2=p12+p1q1=p1(p1+q1)=p1=pD2=p12=p2=D1Dp12

AAp1q1

Aaq12

aap1q1Aa.49.21.09.21p2=.

49

+

.21=0.7q2=.0

9

+

.21=0.3Ap1aq1Ap1aq196WhatAbouttheNextGenerationBytheSameToken,pn=pn-1=……=p1=pqn=qn-1=……=q1=q.AndDn=Dn-1=……D1Hn=Hn-1=……H1Rn=Rn-1=……R197BytheSameToken,pn=pn-1=X-linkedHWX-linkedgenesareaspecialcase(becausemaleshaveonlyoneX-chrm)Genotypefrequenciesamongmalesarethesameasallelefrequencies:

FrequencyofXAYmales=p

FrequencyofXaYmales=qAndgenotye&genefrequenciesamongfemalesarethesameasautosomalalleles98X-linkedHWX-linkedgenesareExampleOneoutofevery20menhasred-greencolorblindnessWhatistheincidenceofred-greencolorblindnessamongwomen?99ExampleOneoutofevery20menAnswer:q=Rm=1/20(given)Rf=q2=1/400=incidenceinfemalesHf=2pq~1/10=femalecarrierfreq.

100Answer:q=Rm=1/20(given)2MultiplealleleHWHardy-Weinbergfrequenciescanbeextendedtomultiplealleles:Frequencyofanyhomozygote=squareofallelefrequency/純合子頻率=基因頻率的平方Frequencyofanyheterozygote=2Xproductofallelefrequencies/雜合子頻率=2X等位基因頻率之積101MultiplealleleHWHardy-WeinbeWhatWeLearnfromHW?揭示了基因頻率和基因型頻率的遺傳規(guī)律。預(yù)示了在一個(gè)大的群體中，種群的遺傳特性能夠保持相對(duì)的穩(wěn)定。闡明了基因頻率和基因型頻率間的一般關(guān)系，從而為在各種情況下計(jì)算群體的基因頻率提供了依據(jù)。102WhatWeLearnfromHW?揭示了基因頻率和HardyWeinbergLawcanbeusedtofindthefreqencyofrecessivediseaseallelesinapopulationandcarrierfrequencyApplication:103HardyWeinbergLawcanbeused

設(shè)某常染色體隱性遺傳病受一等位基因A和a控制，基因型為aa的個(gè)體發(fā)病,其發(fā)病率為R。由Hardy-Weinberg定律：AAAaaap22pqq2隱性基因純合體發(fā)?。簈2=

R

隱性基因頻率：q=R1/2顯性基因頻率：p=1-q=1-R1/2雜合子的頻率：H=2pq104設(shè)某常染色體隱性遺傳病受一等位基因A和a控制Example：尿黑酸尿癥為常染色體隱性遺傳病，約1,000,000兒童中有1個(gè)患兒，其發(fā)病率=0.000001。尿黑酸尿隱性基因頻率：

q=R1/2=（0.000001）1/2=0.001正常顯性基因頻率：

p=1-q=1-0.001=0.999雜合子頻率：

2pq=2×0.999×0.001=0.002105Example：尿黑酸尿癥為常染色體隱性遺傳病，約1,000 (p+q)2=p2+2pq+q2=1HWequilibrium:allelefreqsremainconstantfromgenerationtogeneration,undercertainconditions.AllelefreqsGenotypefreqsGenepoolHardyWeinbergLaw:AaAAAaaa106 (p+q)2=p2+2pq+q2=1FactorsthatAlterGeneFrequencies

影響基因頻率的因素107FactorsthatAlterGeneFrequeForcesthatcancausedeviationfromHWratiosNon-randommating(e.g.,inbreeding)Geneflow(e.g.,migration)Geneticdrift(smallpopulation)MutationNaturalselection108Forcesthatcancausedeviatio基因突變（GeneMutation)是群體發(fā)生變異的根源?；蛲蛔儗?duì)于群體遺傳組成的改變有兩個(gè)重要的作用：首先，突變本身改變了基因頻率；其次，突變又為選擇提供了材料。109基因突變（GeneMutation)是群體發(fā)生變異的根源。MutationinBacteriaAAAaaGenerationIAAaaaIIp=0.6;q=0.4p=0.4;q=0.6110MutationinBacteriaAAAaaGener在某一世代，基因的一個(gè)等位基因突變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因的頻率稱為突變率(mutationrate)。以一對(duì)常染色體等位基因A、a為例。A每代以頻率μ突變?yōu)閍，而a以頻率v反向突變?yōu)锳，最終達(dá)到平衡。111在某一世代，基因的一個(gè)等位基因突變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因的頻率稱為Considerfreq(A)(p):

Afraction(1-μ)oftheAallelesdonotmutate,whileafractionvoftheaallelesmutatetoA.112Considerfreq(A)(p):37Hence,freq(A)atn+1generationis:P(n+1)=(1-μ)pn+vqn

=(1-μ)pn+v(1-pn)=(1-μ-v)pn+vSo,p(n+1)=

P(n+1)–pn=

v-(μ+v)pnWhenp(n+1）=0;freq(A)reaches

anequilibriumvalue:

p=v/(μ+v)113Hence,freq(A)atn+1generati選擇（selection）自然選擇（naturalselection）和人工選擇（artificialselection）都是導(dǎo)致基因頻率變化的重要因素，就人而言，導(dǎo)致基因頻率變化的主要選擇因素是自然選擇。114選擇（selection）自然選擇（naturalsele適合度(fitness，f)

是指一個(gè)個(gè)體能夠生存并把他的基因傳給下一代的能力，用相對(duì)生育率來(lái)表示。

選擇主要是通過(guò)增加和減少個(gè)體的適合度來(lái)影響基因平衡?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)一個(gè)群體的不同個(gè)體的適合度不同時(shí)，選擇就會(huì)發(fā)生作用。115適合度(fitness，f)選擇主要是通過(guò)Example：據(jù)調(diào)查，108個(gè)軟骨發(fā)育不全的侏儒，共有小孩27人；而他們457個(gè)正常的同胞，共生育582個(gè)小孩。如果軟骨發(fā)育不全患者生育能力與正常同胞相同，108人中應(yīng)有多少孩子？582×(108/457)=137.5而現(xiàn)在實(shí)際只有27個(gè)孩子，此癥的生殖適合度為：f=27/137.5=0.1963116Example：據(jù)調(diào)查，108個(gè)軟骨發(fā)育不全的侏儒，共有

選擇作用的大小用選擇系數(shù)(selectivecoefficient,S)來(lái)代表，是指某一基因型在群體中不利于生存的程度，用生育率降低的程度來(lái)表示:S＝1-f例如，軟骨發(fā)育不全癥患者的選擇系數(shù)是:S=1-0.1963=0.8037117選擇作用的大小用選擇系數(shù)(selective選擇壓力對(duì)遺傳平衡的影響選擇對(duì)遺傳平衡的影響與選擇作用的強(qiáng)度有關(guān)，遺傳學(xué)中稱之為選擇壓力（selectivepressure）。選擇壓力越大，選擇系數(shù)越高，引起的基因頻率的變化越明顯。

118選擇壓力對(duì)遺傳平衡的影響選擇對(duì)遺傳平衡的影響與選擇作用的強(qiáng)度

反之，如果選擇壓力降低則會(huì)使群體中的有害基因增加，即增加了群體的遺傳負(fù)荷。所謂遺傳負(fù)荷(geneticload)是指一個(gè)群體由于有害基因的存在而使其適合度降低的現(xiàn)象。119反之，如果選擇壓力降低則會(huì)使群體中的有害基因增加，即增加了Selectionfor/againstrecessiveallelesisinefficientWhenthealleleisrareWhy?-becausethenmostrecessiveallelesareinheterozygotesThus,raredisease-causingrecessiveallelespersistinthepopulationinheterozygotecarriers,eveniftheyarelethalwhenhomozygous120Selectionfor/againstrecessivallelesinaffected2q2allelesincarriers2pq=qp=q(1-q)=q1=~=1/10,000;q=1/100,…q2121allelesinaffected2q2allCarrier/AffectedRatioforanautosomalrecessivediseaseq22pqDiseaseIncidenceCarrierFrequencyRatioCarrier/Affected122Carrier/AffectedRatioforanIsmodernmedicalscienceruiningourgenepool?Doessavingthelifeofpeoplewithrecessivegeneticdiseasesdecreasethefitnessofourpopulation?homework123Ismodernmedicalscienceruin遺傳漂變(geneticdrift)小群體中或隔離人群中，基因頻率的隨機(jī)波動(dòng)稱為遺傳漂變(geneticdrift)。由于群體較小，所以等位基因在傳遞過(guò)程中會(huì)使有的基因固定下來(lái)而傳給子代，有的基因則丟失，最終使此基因在群體中消失。124遺傳漂變(geneticdrift)小群體DriftinBacteriaAAAaaGenerationIp=0.6;q=0.4p=0.5;q=0.5Whyme?AAaaIIp=0;q=1aaIIIq=1aaaaIVaaaaaaNq=1aaa125DriftinBacteriaAAAaaGenerati遺傳漂變的速率取決于群體的大小。群體越小，漂變的速率越快，常常在幾代甚至一代后即可出現(xiàn)基因的固定和丟失。126遺傳漂變的速率取決于群體的大小。群體越小，漂變的速率越快，常遺傳漂變的方向無(wú)法肯定，但是范圍卻可以估計(jì)。假設(shè)有一個(gè)容量為N的群體，考慮常染色體的某一基因座位，A和a，其基因頻率分別為p和q，則下一世代基因頻率改變的方差為：Varp=pq/2N127遺傳漂變的方向無(wú)法肯定，但是范圍卻可以估計(jì)。假設(shè)有中性突變–

隨機(jī)漂變學(xué)說(shuō)在分子水平上，僅很少一部分突變是有利的，多數(shù)突變是有害的、中性的。自然選擇是一種保存有利突變和消滅有害突變的進(jìn)化過(guò)程。大部分新突變都將消失，少量新突變的固定依賴于隨機(jī)漂變。128中性突變–隨機(jī)漂變學(xué)說(shuō)在分子水平上，僅很少一部分突變是有在分子水平上，群體存在著巨大的遺傳變異，造成豐富的遺傳多態(tài)。一個(gè)群體由最初的少數(shù)幾個(gè)人逐漸發(fā)展起來(lái)，則最初的人群對(duì)后代存在著顯著的影響，稱為“奠基者效應(yīng)”（foundereffect）。129在分子水平上，群體存在著巨大的遺傳變異，造成豐富的遺傳多態(tài)。遷移(migration)

遷移又稱移居，遷移的結(jié)果使不同人群通婚，彼此滲入外來(lái)基因，導(dǎo)致基因流動(dòng)，可改變?cè)瓉?lái)群體的基因頻率，這種影響也稱為遷移壓力。130遷移(migration)遷移又稱移居，遷移遷移壓力的大小一般取決于：

1.遷出和接受群體間基因頻率的差異。

2.每代移入個(gè)體（基因）的數(shù)量。遷移壓力的增強(qiáng)可使某些基因從一個(gè)群體有效地散布到另一個(gè)群體，稱為基因流(geneflow)。131遷移壓