第三章群體遺傳學(xué)基礎(chǔ)演示文稿

第三章群體遺傳學(xué)基礎(chǔ)演示文稿2023/3/81當(dāng)前1頁，總共55頁。2023/3/82優(yōu)選第三章群體遺傳學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前2頁，總共55頁。第一節(jié)

基因頻率和基因型頻率當(dāng)前3頁，總共55頁。一、概念群體(population)：同類生物群的所有個體的總和個體(individual)：群體中的成員孟德爾群體(Mendelianpopulation)具有共同基因庫由有性交配個體組成（二倍體）基國庫：一個群體中所有個體的全部基因當(dāng)前4頁，總共55頁。一、概念基因頻率(genefrequency)：群體中某一等位基因(allele)占其同一基因座位(locus)全部等位基因的比率同一座位所有基因頻率之和等于1基因型頻率(genotypefrequency)：群體中某一基因型個體占群體總數(shù)的比率同一座位所有基因型頻率之和等于1當(dāng)前5頁，總共55頁。二、基因頻率和基因型頻率常染色體：假如某座位只有２個等位基因，分別為A和a，頻率分別為p和q，３種基因型AA、Aa和aa的頻率分別為D、H和R，群體大小為N，AA個體數(shù)為n1，Aa個體數(shù)為n2，aa個體數(shù)為n3，則：當(dāng)前6頁，總共55頁。二、基因頻率和基因型頻率性染色體：對性染色體同型染色體個體(XX,ZZ)來說，與常染體相同對性染色體異型個體(XY,ZW)來說，基因頻率等于基因型頻率當(dāng)前7頁，總共55頁。二、基因頻率和基因型頻率性染色體：家畜雌雄A1A1A1A2A2A2A1A2頻率PHQRS當(dāng)前8頁，總共55頁。第二節(jié)哈代-溫伯定律當(dāng)前9頁，總共55頁。概念：平衡群體 平衡群體(equilibriumpopulation):基因庫中的等位基因頻率不隨世代變化而改變。條件：沒有進(jìn)化：隨機(jī)交配的大群體中無遷移、突變和選擇由于反進(jìn)化作用和進(jìn)化作用的平衡，如突變和選擇之間達(dá)到平衡當(dāng)前10頁，總共55頁。Hardy-Weinberglaw在隨機(jī)交配的大群體中，若沒有其它因素的影響，基因頻率世代不變。任何一個大群體，無論其基因頻率如何，只要經(jīng)過一個世代的隨機(jī)交配，一對常染色體基因型頻率就達(dá)到平衡；若沒有其它因素的影響，一直進(jìn)行隨機(jī)交配，這種平衡狀態(tài)始終不變。平衡群體中，基因型頻率和基因頻率的關(guān)系為：當(dāng)前11頁，總共55頁。Hardy-Weinberglaw證明方法：數(shù)學(xué)歸納法假定基因型已知假定基因頻率已知平衡群體的性質(zhì)：二倍體為例2個性質(zhì)都是從哈代-溫伯定理推導(dǎo)出來的當(dāng)前12頁，總共55頁?；蝾l率的計(jì)算已知基因型頻率，基因頻率的計(jì)算等顯性時，無論平衡群體還是非平衡群體都能夠計(jì)算完全顯性時，必須是平衡群體，才能夠計(jì)算，因?yàn)闊o法確定純合顯性和雜合子伴性遺傳時，注意區(qū)分是性染色體還是常染色體復(fù)等位基因時的計(jì)算與只有2個等位基因時方法相同當(dāng)前13頁，總共55頁。一、基因（型）頻率的影響因素

遷移遷移(migration)兩個基因頻率不同群體的混雜混雜后的基因頻率為兩個群體基因頻率的加權(quán)平均當(dāng)前14頁，總共55頁。二、基因（型）頻率的影響因素

突變突變(mutation):定義基因結(jié)構(gòu)的改變由于突變而引起的基因改變推廣：表現(xiàn)出突變的個體突變作用形成新的等位基因改變基因頻率當(dāng)前15頁，總共55頁。二、基因（型）頻率的影響因素

突變突變：平衡時的頻率aAuv當(dāng)前16頁，總共55頁。二、基因（型）頻率的影響因素

突變突變n代后的基因頻率qn：等比數(shù)列當(dāng)前17頁，總共55頁。三、基因（型）頻率的影響因素

選擇選擇(selection)：決定群體中不同基因型個體相對比例的過程。適合度(fitness)：某個基因型個體存活和把其基因傳遞給后代的相對能力。用下一代后代的比率來度量。當(dāng)前18頁，總共55頁。（一）全部隱性基因淘汰后基因型頻率變化基因型AAAaaa合計(jì)初始群基因型頻率1適合度１10選擇后頻率0三、基因（型）頻率的影響因素

選擇當(dāng)前19頁，總共55頁。全部隱性基因淘汰后基因型頻率變化經(jīng)一代淘汰后：經(jīng)二代淘汰后：當(dāng)前20頁，總共55頁。全部隱性基因淘汰后基因型頻率變化經(jīng)n代淘汰后：經(jīng)n代淘汰后：基因頻率下降到一定程度所需世代數(shù)：當(dāng)前21頁，總共55頁。（二）隱性個體的不完全選擇基因型AAAaaa合計(jì)初始群體1適合度１１１－s選擇后當(dāng)前22頁，總共55頁。（二）隱性個體的不完全選擇下一世代的基因頻率一般公式當(dāng)前23頁，總共55頁。（二）隱性個體的不完全選擇q的一代變化率當(dāng)前24頁，總共55頁。(二）隱性個體的不完全選擇當(dāng)s=0.01或者更小時，分母接近１，有當(dāng)前25頁，總共55頁。（三）測交選擇顯性純合子公畜

精子卵子A(1)A(p0)AA(p0)a(q0)Aa(q0)每世代都對公畜進(jìn)行測交，對母畜不作選擇當(dāng)前26頁，總共55頁。（三）測交選擇顯性純合子公畜下一代的基因型頻率：D1=P0,H1=q0,R1=0下一代的基因頻率：q1=H1/2=q0/2,q2=h2/2=q0/22qn=q0/2n

nlg2=lg(q0/qn)n=(lgq0-lgq0)/lg2當(dāng)前27頁，總共55頁。（四）淘汰部分顯性，隨機(jī)交配基因型AAAaaa合計(jì)初始p22pqq21適合度1-s1-s1選擇后p2(1-s)2pq(1-s)q21-s(1-q2)當(dāng)前28頁，總共55頁。（四）淘汰部分顯性，隨機(jī)交配選擇后下一代的隱性基因頻率當(dāng)前29頁，總共55頁。(五)突變和選擇兩者的平衡狀態(tài)突變：對隱性個體做不完全選擇時：aAuv當(dāng)突變與選擇的變化量相等時：

v=0當(dāng)q很小時：第24幻燈當(dāng)前30頁，總共55頁。四、遺傳漂變定義１：由于抽樣誤差基因頻率的隨機(jī)波動。遺傳漂變在任何群體中都存在，但在小群體其效應(yīng)最明顯。定義２：基因頻率的隨機(jī)變化。這種變化在任何群體都會發(fā)生，并且不可逆轉(zhuǎn)。定義３：由某一代基因庫中抽樣形成下一代個體的配子時所發(fā)生的機(jī)誤，這種機(jī)誤引起基因頻率的變化。定義４：對固定群體大小來說，對配子的隨機(jī)抽樣引起基因頻率的變化當(dāng)前31頁，總共55頁。四、遺傳漂變Wright－Fisher模型：假定群體大小為N，沒有世代重疊，每世代從親本群體抽取2N個配子。Y(n)表示第n世代A1型配子的數(shù)量，在沒有突變和選擇的情況下，p=i/2N，則第n+1世代A1配子有j個的概率為：當(dāng)前32頁，總共55頁。四、遺傳漂變當(dāng)前33頁，總共55頁。五、非隨機(jī)交配：概念同型交配：相同基因型異型交配：不同基因型同質(zhì)交配：相同或相似表型異質(zhì)交配：表型差異較大當(dāng)前34頁，總共55頁。五、非隨機(jī)交配：效應(yīng)同型交配：純合子：基因型和基因頻率都不變雜合子：基因頻率不變，基因型頻率改變；每一世代雜合子頻率減少一半同質(zhì)交配：實(shí)際上是不完全的同型交配異型交配：增加雜合子頻率；不改變基因頻率當(dāng)前35頁，總共55頁。第四節(jié)遺傳多樣性GeneticDiversity當(dāng)前36頁，總共55頁。定義多態(tài)性(Diversity):生態(tài)學(xué)中指某一特定生態(tài)單位物種的數(shù)量遺傳多樣性，廣義：種內(nèi)遺傳變異大小分子、細(xì)胞、個體三個水平遺傳多樣性，狹義：種內(nèi)遺傳變異大小群體間和群體間當(dāng)前37頁，總共55頁。意義進(jìn)化和適應(yīng)的基礎(chǔ)越豐富，越有利對環(huán)境的適應(yīng)，進(jìn)化潛力越大對于人類有直接的經(jīng)濟(jì)意義育種的素材；高產(chǎn)、抗逆和產(chǎn)品品質(zhì)的提高當(dāng)前38頁，總共55頁。保護(hù)遺傳學(xué)ConservationGenetics定義：運(yùn)用遺傳學(xué)的原理和研究手段，以生物多樣性尤其是遺傳多樣性的研究和保護(hù)為核心內(nèi)容的學(xué)科。當(dāng)前39頁，總共55頁。Conservationacarefulpreservationandprotectionofsomething:esp:plannedmanagementofanaturalresourcetopreventexploitation,destruction,orneglect當(dāng)前40頁，總共55頁?；A(chǔ)理論隔離、基因交流和遺傳分化隔離(isolation)：由于細(xì)胞上、解剖上、生理上、行為上，或者生態(tài)上的差異，或者地理上的障礙，使兩個或者多個有關(guān)的種群或者物種不能成功交配。作用：物種形成或者特定的類群；群體滅絕或退化當(dāng)前41頁，總共55頁。基礎(chǔ)理論基因流動(geneflow):由于遷移而造成同一物種不同群體的基因交換，通常會導(dǎo)致受體群基因庫許多座位基因頻率發(fā)生變化。當(dāng)前42頁，總共55頁?；A(chǔ)理論遺傳分化(geneticdifference,geneticdivergence)：由于各種進(jìn)化力量的作用，如選擇，遺傳漂變，基因流動，同型交配等，使處于隔離或半隔離群體間基因頻率的差異累積增長。當(dāng)前43頁，總共55頁。某一座位平均雜合子比例中性等位基因：適合度相差很小的基因，其頻率變化是由于遺傳漂變的結(jié)果，與選擇無關(guān)(s<1/Ne)。根據(jù)中性理論，某一個座位平均雜合子比例為(u為基因的突變率)：當(dāng)前44頁，總共55頁。始祖效應(yīng)foundereffect當(dāng)從一個大群體中隨機(jī)選取少數(shù)動物（始祖）以建立一個獨(dú)立群體時，始祖只包括了親本群體部分遺傳多樣性。結(jié)果因?yàn)檫M(jìn)化壓力不同，導(dǎo)致親本群和新產(chǎn)生群體基因庫的進(jìn)化途徑不同。當(dāng)前45頁，總共55頁。概念瓶頸效應(yīng)(bottleneckeffect)：由于遺傳漂變的作用，當(dāng)一個大群體的群體大小變小和增大，則基因頻率會發(fā)生波動(通常是變異下降)。近交(inbreeding)：有親緣關(guān)系個體間的交配。當(dāng)前46頁，總共55頁。四、遺傳多樣性保護(hù)方法：原地保護(hù)、遷地保護(hù)策略保護(hù)、改良與利用相結(jié)合系統(tǒng)保種與目標(biāo)保種相結(jié)合系統(tǒng)保種、目標(biāo)保種相結(jié)合實(shí)際。系統(tǒng)保種指利用系統(tǒng)論的方法進(jìn)行保種。當(dāng)前47頁，總共55頁。第五節(jié)分子進(jìn)化當(dāng)前48頁，總共55頁。一、進(jìn)化理論的發(fā)展拉馬克理論：用進(jìn)廢退，獲得性遺傳。生物是由簡單到復(fù)雜，由低等到高等達(dá)爾文理論：“物兌天擇、適者生存”的自然選擇假說。新達(dá)爾文主義：物種在不斷演變，他們都起始于共同的祖先；突變是變異的源泉，自然選擇是新物種形成的主要外因條件，并在決定群體的遺傳構(gòu)成以及基因替換過程中起決定性作用。當(dāng)前49頁，總共55頁。一、進(jìn)化理論的發(fā)展分子種理論：如果從一個物種的整個基因組平均來看，DNA中核苷酸替代的速率是一個常數(shù)。因此，兩個物種間核苷酸差異的程度可以及來估計(jì)他們在進(jìn)化樹中的分支點(diǎn)。為建立分子進(jìn)化樹的基礎(chǔ)有爭議當(dāng)前50頁，總共55頁。一、進(jìn)化理論的發(fā)展：中性突變－分子進(jìn)化的隨機(jī)漂變理論在進(jìn)化過程中，大多數(shù)核苷酸替換不是由正向的達(dá)爾文選擇造成的，而是由于中性或接近中性突變的隨機(jī)固定引起的。許多蛋白質(zhì)的多態(tài)性是選擇中性（不影響表型），在群體中保存下來是由于突變和隨機(jī)滅絕之間平衡的結(jié)果。中性突變不是沒有功能；它們只是在提高存活力和繁殖方面與祖先的等位基因是等效的。不過，因?yàn)橹挥斜容^少量的配子從每世代大量配子中“抽樣”，只是下一世代個體的代表，所以，這些突變在一個群體中只能隨機(jī)地?cái)U(kuò)散。當(dāng)前51頁，總共55頁。二、分子進(jìn)化（1）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)鐘假說:給定一家族蛋白質(zhì)(如細(xì)胞色素，珠蛋白)的氨基酸替換率為一常數(shù)，因此，兩個物種蛋白質(zhì)氨基酸差異的程度可以用來估計(jì)它們從一個共同祖先開始分化后的分化時間長短。當(dāng)前52頁，總共55頁。