上海交通大學(xué)生態(tài)學(xué)課件第三章種群遺傳學(xué)

生

態(tài)學(xué)邱江平趙琦zhaoq@

農(nóng)生院2-319點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本第三章種群生態(tài)學(xué)第五節(jié)種群遺傳學(xué)

遺傳變異和自然選擇影響遺傳變異的原因遺傳漂變與物種形成物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握物種的概念及物種形成過程掌握遺傳與變異之源—突變與重組了解自然選擇學(xué)說以及自然選擇的三種類型了解分子鐘及其在生物進(jìn)化中的應(yīng)用1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本自然選擇學(xué)說naturalselectiontheory物競(jìng)天擇，適者生存點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本脖子短的長(zhǎng)頸鹿吃不到食物，死亡脖子長(zhǎng)的長(zhǎng)頸鹿存活率高，生出的后代存活率也高1.自然選擇和遺傳變異1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本穩(wěn)定化選擇stabilizingselection定向選擇directionalselection分裂選擇disruptiveselection自然選擇的類型馬鈴薯葉甲樺尺蛾燕尾鳳蝶1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本自然選擇學(xué)說naturalselectiontheory過度繁殖生存斗（競(jìng)）爭(zhēng)遺傳和變異適者生存主要內(nèi)容1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本自然選擇學(xué)說naturalselectiontheory過度繁殖生存斗（競(jìng)）爭(zhēng)遺傳和變異適者生存主要內(nèi)容1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異生物界不斷地普遍發(fā)生的現(xiàn)象物種形成和生物進(jìn)化的基礎(chǔ)遺傳物種得以延續(xù)龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會(huì)打洞變異物種不斷進(jìn)化龍生九子，各有不同遺傳與變異表型（phenotype）：生物所表現(xiàn)出來的性狀1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本基因型（genotype）：又稱遺傳型，反映生物體的遺傳構(gòu)成，即從雙親獲得的全部基因的總和。DNA氨基酸蛋白質(zhì)表現(xiàn)型＝基因型＋環(huán)境

點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異遺傳變異之源——突變&重組鐮狀細(xì)胞貧血病轉(zhuǎn)錄翻譯錯(cuò)義突變Mis-senseMutation無義突變NonsenseMutation同義突變SameSenseMutation谷氨酸（GAA）纈氨酸（GUU/C/A）點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異遺傳變異之源——突變&重組問題一：基因突變是有利的還是有害的？問題二：對(duì)于個(gè)體而言，因突變而改變的蛋白質(zhì)特性更趨向于有利還是

有害？點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異遺傳變異之源——突變&重組同源重組異常重組位點(diǎn)特異性重組轉(zhuǎn)座作用點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異遺傳變異之源——突變&重組發(fā)生原因結(jié)果發(fā)生時(shí)期發(fā)生頻率基因突變DNA分子發(fā)生變化而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變產(chǎn)生新的基因任何時(shí)期，通常發(fā)生在DNA復(fù)制時(shí)期很低基因重組控制不同性狀的基因重新組合產(chǎn)生新的基因型有性生殖的減數(shù)第一次分裂過程中較高突變&重組的差別點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1.自然選擇和遺傳變異在一個(gè)有性生殖的自然種群中，在符合以下5個(gè)條件的情況下，各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的：種群無限大種群間雌雄個(gè)體間隨機(jī)交配沒有突變發(fā)生；沒有任何形式的自然選擇；沒有基因的遷入與遷出。哈迪-溫伯格法則等位基因1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本近交和遺傳漂變使遺傳變異性減弱近交（Inbreeding）：即近親繁殖，是指血緣關(guān)系極為相近的個(gè)體之間或遺傳組成極相似的個(gè)體之間進(jìn)行的交配繁殖。近交的危害與好處？1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本近交和遺傳漂變使遺傳變異性減弱遺傳漂變（Geneticdrift）：由于某種機(jī)會(huì)，某一等位基因頻率的群體（尤其是在小群體）中出現(xiàn)世代傳遞的波動(dòng)現(xiàn)象，也稱為隨機(jī)遺傳漂變（randomgeneticsdrift）。1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本近交和遺傳漂變使遺傳變異性減弱遺傳漂變使群體的基因頻率發(fā)生岐化1.自然選擇和遺傳變異點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本近交和遺傳漂變使遺傳變異性減弱奠基者事件（founderevents）：當(dāng)來自一個(gè)大種群的少數(shù)個(gè)體在一個(gè)島嶼或一個(gè)新棲息地定居時(shí)，在其后續(xù)種群中的所有基因都將來自于奠基者所攜帶的有限遺傳物質(zhì)。由于種群太小使近交難以避免，隱性基因會(huì)更廣泛地顯示出來，使存活率下降。東非獵豹種群瓶頸（populationbottleneck）：小種群的持續(xù)存在會(huì)因遺傳漂變而引起遺傳變異的進(jìn)一步喪失的現(xiàn)象。2.物種與物種形成點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種概念

物種是由種群組成的，有一定的地理分布區(qū)域。物種之間在生殖上是隔離的。

進(jìn)化單元遺傳單元

繁殖單元

地理單元

2.物種與物種形成點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種形成過程2.物種與物種形成點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種形成過程隔離機(jī)制地理隔離生態(tài)隔離（形態(tài)，行為，生理隔離等）2.物種與物種形成點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種形成過程物種形成類型異域物種形成AllopatricSpeciation同域物種形成SympatricSpeciation

邊域物種形成PeripatricSpeciation

臨域物種形成ParapatricSpeciation

2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種的適應(yīng)2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化分子鐘假說MolecularClockHypothesis分子進(jìn)化中性學(xué)說NeutralTheoryofMolecularEvolution突變大多是“中性”的隨機(jī)固定中性突變決定進(jìn)化的速率實(shí)質(zhì)：種群基因頻率的改變2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化分子鐘假說（MolecularClockHypothesis）：基因或蛋白質(zhì)的序列隨時(shí)間的推移以相對(duì)恒定的速率變化，且（對(duì)于同一基因或蛋白質(zhì)）此速率在不同的有機(jī)體里大約一致。2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化幾種脊椎動(dòng)物血紅蛋白α-鏈氨基酸序列差異的數(shù)目Daa-兩種不同生物同源蛋白質(zhì)的氨基酸差異數(shù)Naa-構(gòu)成同源蛋白質(zhì)的氨基酸個(gè)數(shù)T-兩種生物的分歧進(jìn)化時(shí)間。2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化線粒體DNA病毒核DNA2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化---分子鐘的應(yīng)用利用分子鐘來估算鐵線蕨的進(jìn)化時(shí)間2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化---分子鐘的應(yīng)用利用分子鐘來估算海南島蚯蚓的擴(kuò)散路線蚯蚓物種地理分布五指山黎母山吊羅山廣東省尖峰嶺9.5-11.4Ma9-10.8Ma5.6-6.7Ma中新世末期(新生代中期)歷史地理事件中生代末期和新生代早期，海南島與中國(guó)大陸分離

(Eleanoretal.,2003;Suetal.,2004;Wangetal.,2006;WuandWang,1998;Xingetal.,1995;Zhangetal.,2011)在更新世（新生代末期），海南島與中國(guó)大陸連接和斷開好幾次

(Metcalfe,1996,1998a,1998b,1999;Voris,2000)分子鐘=

2-2.4%/(site*millionyears)2.物種的適應(yīng)與進(jìn)化點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本物種進(jìn)化---分子鐘的應(yīng)用利用分子鐘來估算海南島蚯蚓的擴(kuò)散路線