第十一章群體中的基因

第十一章

群體中的基因

第一節(jié)基本概念群體(種群、孟德爾式群體)：

生活在某一地區(qū)彼此能相互交配的個(gè)體群。群體遺傳學(xué)：

研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學(xué)科醫(yī)學(xué)群體遺傳學(xué)(遺傳流行病學(xué)):

通過研究致病基因在群體中的變化而揭示遺傳病在群體中的發(fā)生、流行規(guī)律的學(xué)科第一節(jié)基因頻率與基因型頻率基因庫(genepool):一個(gè)群體所具有的全部遺傳信息.基因頻率(genefrequency):群體中某一等位基因占該基因座所有等位基因的百分比.基因頻率的計(jì)算

某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳,褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別占30、60、10,那么A、a的基因頻率是多少？A=30×2+60

________________________

200=60%

200a=10×2+60

________________________=40%A+a=1

此種基因的個(gè)數(shù)種群中該對(duì)等位基因的總數(shù)此種基因的個(gè)數(shù)=純合子個(gè)體數(shù)X2＋雜合子個(gè)體數(shù)種群中該對(duì)等位基因的總數(shù)=個(gè)體總數(shù)X2通過基因型個(gè)體數(shù)量計(jì)算基因頻率某種基因的基因頻率=已知基因型頻率求基因頻率一個(gè)等位基因的頻率=該等位基因純合子的頻率+1/2×雜合子的頻率A=AA+1/2Aa

a=aa+1/2Aa第二節(jié)遺傳平衡

一、Hardy-Weinberg（哈代——溫伯格定律）定律

在一個(gè)隨機(jī)婚配的大群體中，如果沒有突變、遷移和自然選擇的發(fā)生，則基因頻率和基因型頻率代代保持不變

p(A)+q(a)=1p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)=1符合上述五個(gè)條件，則該群體為平衡群體③④⑤此定律可分為3個(gè)部分：第一部分是前提：理想群體：無窮大，隨機(jī)交配，沒有突變、沒有遷移和自然選擇；第二部分：是結(jié)論:基因頻率和基因型頻率逐代不變；第三部分：是關(guān)鍵隨機(jī)交配一代以后基因型頻率將保持平衡。親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%60%40%36%48%16%若種群中一等位基因?yàn)锳和a，設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q，

因?yàn)?p＋q)=A%+a%=1，則（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型頻率=p2；aa的基因型頻率=q2；Aa的基因型頻率=2pq。例:

調(diào)查某一地區(qū)1000人的群體,發(fā)現(xiàn)鐮形細(xì)胞貧血癥患者(aa)有200人，雜合子(Aa)有200人,正常顯性純合子(AA)600人,求這一群體A、a基因的頻率？并判定該群體是否平衡群體？解:

設(shè)A基因頻率:pAA基因型頻率:p2a基因頻率:qAa基因型頻率:2pq

aa基因型頻率:q2∴關(guān)系式:

p(A)=p2

+

?

(2pq)

=600/1000+?*200/1000=0.7q(a)

=q2+?

(2pq)=200/1000+?*200/1000=0.3上述1000人群體是否一個(gè)平衡群體？方法1、已知：p=0.7q=0.3

p+q=1p2=0.62pq=0.2q2=0.2p2+2pq+q2=1∵AA=p2p2=0.72=0.49≠0.6

Aa=2pq2pq=2×0.7×0.3=0.42≠0.2

aa=q2q2=0.32=0.09≠0.2所以該群體不是平衡群體。不平衡群體只要隨機(jī)交配一代，后代就會(huì)達(dá)到平衡?！咦右淮蝾l率不變：p=0.7q=0.3∴子一代（基因型比例發(fā)生變化）：p2(AA)=0.492pq(Aa)=0.42q2(aa)=0.09∵p=0.7q=0.3p2=0.72=0.49=p2

2pq=2×0.7×0.3=0.42=2pq

q2=0.32=0.09=q2∴此群體平衡

A

p(0.7)a

q(0.3)Ap(0.7)AAp2=(0.49)

Aa

pq=(0.21)

a

q(0.3)Aa

pq=(0.21)

aa

q2=(0.09)

精子卵子第三節(jié)

影響遺傳平衡的因素一、突變二、選擇三、遷移與遺傳漂變四、近親婚配五、遺傳負(fù)荷

一.突變

設(shè)正向突變（A→a）的頻率為u，

回復(fù)突變（a→A）的頻率為v。群體中f(A)=p，f(a)=q，假設(shè)群體很大，無自然選擇存在，那么在每一代中，A等位基因以u(píng)頻率突變成a，a等位基因也以v頻率回復(fù)突變?yōu)锳.若upvq時(shí)，f（a）增加,即正突變回復(fù)突變，若upvq時(shí)，f（A）增加,即正突變回復(fù)突變。若達(dá)到平衡時(shí)，p=vq

－up=0,

vq=up,vq=u(1-q)

解這個(gè)等式，我們可以得到平衡時(shí)q值

vq=u－

uq

vq+uq=u

q(v+u)=uq=u/(v+u)同理：p=v/(v+u)

突變率:每代每個(gè)配子中某個(gè)基因座的突變頻率

=n×10-6基因/代(1-q)Ａau(隱性突變率)v(顯性突變率)(q)例如:人類PTC的嘗味能力由基因T決定，突變純合子tt失去對(duì)PTC的嘗味能力，此突變既無害也無益，稱中性突變。不同人群中等位基因T和t的頻率差異可能就來源于突變率差異。如果u=0.6x10-6/代，v=0.4x10-6/代,則基因t的頻率q=u/v+u=0.6/0.6+0.4=0.6,味盲頻率（tt）q2=0.36=36%二、選擇

選擇是對(duì)群體某一基因型個(gè)體生存和生育的選擇，故用適合度來衡量。適合度：某種基因型個(gè)體存活并將其

基因傳遞給下一代的能力.

常用相對(duì)生育率（f）來代表。例:

丹麥調(diào)查108名軟骨發(fā)育不全性侏儒的人生育了27個(gè)小孩,而這些患者的正常同胞有457人,共生育了582個(gè)孩子,求f？

選擇系數(shù)（selectioncoefficient，s）

在選擇作用下，使適合度降低的百分?jǐn)?shù)

∴S=1－fS+f=1

適合度f（相對(duì)生育率）＝0.2

27/108582/457＝＝

患者平均生育子女?dāng)?shù)正常同胞平均生育子女?dāng)?shù)

v(顯性基因突變率)=Sp=S(p2+?·2pq)=S·?(2pq)例:經(jīng)調(diào)查,某市二十五年來所生的300000個(gè)孩子,其中有12人為成骨不全(AD),該病的適合率為0.4,求該致病基因的突變率.解：發(fā)病率（2pq）=12/3000000=4.0×10-5

S=1－f=1－0.4=0.6

∴v=S·?(2pq)=0.6×?×4.0×10-5

=12×10-6基因/代1.、突變和選擇對(duì)顯性基因的作用2、突變和選擇對(duì)隱性基因的作用

u(隱性基因突變率)＝Sq2例:

已知半乳糖血癥（AR）的發(fā)病率是1/20000,這種病的生育率僅為正常人的20%,求突變率?

解:已知:q2=1/20000f=0.2∴u=Sq2=(1－0.2)×1/20000=4.0×10-6/代3、突變和選擇對(duì)XR基因的作用XAYpXaYq被選擇（發(fā)病率＝致病基因頻率q）

XAXAp2XAXa2pqXaXaq2被選擇，罕見，可忽略XAuXa∴u=

1/3Sq(q)(p)例：調(diào)查某一地區(qū)3000000個(gè)男性，發(fā)現(xiàn)患DMD(XR)的男人有18人,患者的相對(duì)生育率為0.35,求突變率?解:已知q=18/3000000=0.000006f=0.35∴u=1/3sq=1/3×(1－0.35)×0.000006=1.3×10-6基因/代

4、突變和選擇對(duì)XD基因的作用

XAYXaYXAXAXAXa

XaXa

(p)

(q)

(p2)(2pq)(q2)被淘汰被淘汰∴每代被淘汰的XA基因頻率:p∴v=sp被淘汰三、遷移與遺傳漂變(geneticdrift）

-四、近親婚配3~4代以內(nèi)有共同祖先的人彼此婚配親緣系數(shù)(coefficientofrelatinship,r)

兩個(gè)人從共同祖先獲得某一等位基因的概率

近婚系數(shù)(inbreedingcoefficient)

近親婚配所生子女從共同祖先獲得一對(duì)相同基因的概率表:親屬級(jí)別與親緣系數(shù)P56

與先證者的親緣關(guān)系親緣系數(shù)

一級(jí)親屬:（父母、同胞、子女）

1/2

二級(jí)親屬:

(外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨

1/4

三級(jí)親屬:

姨表兄妹、堂表兄妹

1/8ⅠⅢⅡ121234

12親緣系數(shù)計(jì)算例:表兄妹有1/8基因相同aa

1/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2Ⅰ1Ⅱ2Ⅲ1a∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ1a的概率:1/4×1/4=1/161/2×1/2=1/41/2×1/2=1/4Ⅱ3Ⅲ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ2a

的概率:Ⅲ1Ⅱ2aⅠ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同時(shí)出現(xiàn)Ⅰ1a

或Ⅰ2a的概率:1/16+1/16=1/81/4×1/4=1/16(一)近婚系數(shù)：近親婚配所生子女從共同祖先獲得一對(duì)相同基因的概率

1.常染色體基因近婚系數(shù)的計(jì)算例一:同胞兄妹結(jié)婚,求F?

A1A2A3A4

解:

A1A1:(?×?)×(?×?)=1/16A2A2:(?×?)×(?×?)=1/16A3A3:(?×?)×(?×?)=1/16A4A4:(?×?)×(?×?)=1/16∴F=1/16×4=1/4

一級(jí)親屬（同胞兄妹）結(jié)婚子女是純合子的概率是1/4ⅠⅡ1212A1A1A2A2A3A3A4A4?另一計(jì)算方法:

Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ:

(?)2∴Ⅲ同時(shí)從父母得到祖父A1A1的概率是:

(?)2×(?)2=(?)4

同理:

Ⅲ得到A2A2、A３A３、A４A4的概率也是(?)4∴同胞兄妹結(jié)婚子女是純合子的概率:４×(?)4ⅠⅡ1212ⅠⅡ1212A1A2A3A4∵A1:Ⅰ1→Ⅱ1→Ⅲ

經(jīng)2步傳遞

(?)2Ⅲ例二:表兄妹結(jié)婚,求F?A1:Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ1→Ⅳ

需3步(?)3Ⅰ1→Ⅱ3→Ⅲ2→Ⅳ:(?)3∴Ⅳ是A1A1的概率是:

(?)3×(?)3=(?)6

∴表兄妹結(jié)婚子女是A1A1、A2A2、A3A3或A4A4的概率:４×(?)6=1/16ⅠⅢⅡ1