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文檔簡介
群體中的基因第一頁,共四十五頁,2022年,8月28日第十章
群體中的基因
群體遺傳學(PopulationGenetics):
研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學科。第二頁,共四十五頁,2022年,8月28日
群體中的遺傳平衡【掌握】1.Hardy—Weinberg定律的概念和適用條件。2.基因頻率和基因型頻率的計算。3.基因庫的概念?!臼煜ぁ窟z傳平衡定律的應用?!玖私狻咳后w、群體遺傳學、遺傳流行病學的概念。第三頁,共四十五頁,2022年,8月28日突變和選擇【掌握】1.選擇對常染色體顯性基因、常染色體隱性基因、X連鎖隱性基因的作用。2.適合度和選擇系數(shù)的意義?!臼煜ぁ科胶舛鄳B(tài)、遺傳負荷的概念?!玖私狻?.突變率的表達方式:回復突變、正向突變。2.選擇壓力增強和放松對遺傳平衡的影響。3.突變負荷、分離負荷的概念。第四頁,共四十五頁,2022年,8月28日近親婚配【掌握】近婚系數(shù)的概念,常染色體基因和X連鎖基因近婚系數(shù)的計算?!玖私狻科骄橄禂?shù)的計算。近親婚配的危害。第五頁,共四十五頁,2022年,8月28日遺傳漂變與遷移【掌握】遺傳漂變的概念?!玖私狻窟z傳漂變對群體遺傳平衡的影響。遷移的概念和對群體遺傳平衡的影響第六頁,共四十五頁,2022年,8月28日第十章
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體群。群體遺傳學:
研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學科醫(yī)學群體遺傳學(遺傳流行病學):
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)律的學科第七頁,共四十五頁,2022年,8月28日基因庫(genepool):一個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.第八頁,共四十五頁,2022年,8月28日人群某一個基因位點上有一對等位基因A、a;可形成三種基因型:AA、Aa、aa則:p+q=1;AA的基因型頻率為p2;Aa的基因型頻率為2pq;aa的基因型頻率為q2
等位基因A、a可形成三種基因型:AA、Aa、aa。這三種基因型個體在群體中的隨機婚配組合:
AA×AA;AA×Aa;AA×aa;Aa×Aa;Aa×aaaa×aa設(shè):A基因頻率—pa基因頻率—qAA+aA基因頻率:p=aA+aa基因頻率:q=Aa第九頁,共四十五頁,2022年,8月28日例:在上述一個具有AA、Aa、aa的群體
中,生殖細胞只有兩種:A、a配子∴F1代群體的基因型頻率:AA:Aa:aa=p2:2pq:q2F1代男女性群體隨機婚配,產(chǎn)生9種組合
A
(p)a
(
q)
A(p)
a
(
q)
精子卵子AA
=
p2
Aa
=
pqAa
=
pqaa
=
q2親代群體的基因頻率和F1代基因型頻率第十頁,共四十五頁,2022年,8月28日F2代基因型頻率
AA(p2)Aa(2pq)aa(q2)AA(p2)p42p3qp2q2
Aa(2pq)2p3q4p2q2
2pq3aa(q2)p2q2
2pq3q4
第十一頁,共四十五頁,2022年,8月28日F1代婚配類型、頻率與F2代基因型頻率
F1代F2代基因型頻率類型頻率
AAAaaaAA×AAp4p4
--AA×Aa4p3q2p3q2p3q-AA×aa2p2q2
-2p2q2
-Aa×Aa4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa4pq3-
2pq32pq3aa×aaq4
--
q4F2代基因型:
AA=p4+2p3q+p2q2=p2(p2+2pq+q2)=p2Aa=2p3q+2p2q2+
2p2q2+
2pq3=2pq(p2+
2pq+q2)=2pq
aa=p2q2+
2pq3+
q4=q2(p2+2pq+q2)=q2第十二頁,共四十五頁,2022年,8月28日∴F2代群體的基因型頻率:
AA:Aa:aa=p2:2pq:q2二、Hardy-Weinberg定律的應用(一)Hardy-Weinberg平衡的判定
——判定一個群體是否平衡群體第十三頁,共四十五頁,2022年,8月28日第二節(jié)遺傳平衡
一、Hardy-Weinberg定律
在一個隨機婚配的大群體中,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符合上述五個條件,則該群體為平衡群體①②③④⑤第十四頁,共四十五頁,2022年,8月28日此定律可分為3個部分:第一部分是前提:理想群體:無窮大,隨機交配,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)鍵隨機交配一代以后基因型頻率將保持平衡。第十五頁,共四十五頁,2022年,8月28日例:
調(diào)查某一地區(qū)1000人的群體,發(fā)現(xiàn)鐮形細胞貧血癥患者(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第十六頁,共四十五頁,2022年,8月28日上述1000人群體是否一個平衡群體?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交配一代,后代就會達到平衡。第十七頁,共四十五頁,2022年,8月28日∵子一代基因頻率不變: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)Aapq=(0.21)aa
q2=(0.09)
精子卵子第十八頁,共四十五頁,2022年,8月28日(二)基因頻率的計算在一個平衡群體下:
p=Aq=ap+q=1p2=AA2pq=Aaq2=aap2+2pq+q2=11.AR遺傳病基因頻率的計算:例:調(diào)查一個60000人的群體,發(fā)現(xiàn)先天聾啞(AR)病人有5人,求該群體的正常和致病基因頻率以及攜帶者頻率?解:已知q2=5/60000∴q=√5/60000=0.009p=1-q=0.991
2pq=2×0.991×0.009=1.81%第十九頁,共四十五頁,2022年,8月28日2.
AD遺傳病基因頻率的計算:例:某地區(qū)調(diào)查100000人中有多指患者(AD)2人,求這一地區(qū)的p、q?解:∵p2+2pq=2/100000
∴q2=1-(p2+2pq)=1-2/100000=0.99998
q=√0.99998=99.99%
∴p=1-99.99%=0.01%第二十頁,共四十五頁,2022年,8月28日X連鎖等位基因的頻率基因型各基因型頻率各等位基因頻率XAXaXAXAp2/22p2/3-XAXa2pq/22pq/32pq/3XaXaq2/2-2q2/3XAYp/2p/3-XaYq/2-q/3第二十一頁,共四十五頁,2022年,8月28日3.XR遺傳病基因頻率的計算:例:調(diào)查某一地區(qū)170000個男人,其中119人患紅綠色盲,求該地區(qū)的p、q、攜帶者和患者頻率?解:男性基因型:p(XAY)
+
q(XaY)
=1
女性基因型:p2(XAXA)+2pq(XAXa)+q2(XaXa)=1∵男性發(fā)病率=q=119/170000=0.07%∴p=1-q=1-0.0007=99.93%
攜帶者
2pq=2×99.93%×0.07%=0.14%
女患者q2=(0.07%)2=0.49%=4.9×10-5第二十二頁,共四十五頁,2022年,8月28日第三節(jié)
影響遺傳平衡的因素一、突變二、選擇三、近親婚配第二十三頁,共四十五頁,2022年,8月28日
一.突變
設(shè)正向突變(A→a)的頻率為u,回復突變(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頻率突變成a,a等位基因也以v頻率回復突變?yōu)锳.若upvq時,f(a)增加,即正突變回復突變,若upvq時,f(A)增加,即正突變回復突變。第二十四頁,共四十五頁,2022年,8月28日若達到平衡時,p=vq-up=0,vq=up,vq=u(1-q)
解這個等式,我們可以得到平衡時q值
vq=u-uqvq+uq=u
q(v+u)=uq=u/(v+u)同理:p=v/(v+u)第二十五頁,共四十五頁,2022年,8月28日
突變率:每代每個配子中某個基因座的突變頻率=n×10-6基因/代(1-q)Aau(隱性突變率)v(顯性突變率)(q)第二十六頁,共四十五頁,2022年,8月28日例如: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%第二十七頁,共四十五頁,2022年,8月28日二、選擇
選擇是對群體某一基因型個體生存和生育的選擇,故用適合度來衡量。適合度:某種基因型個體存活并將其
基因傳遞給下一代的能力.
常用相對生育率(f)來代表。第二十八頁,共四十五頁,2022年,8月28日例:
丹麥調(diào)查108名軟骨發(fā)育不全性侏儒的人生育了27個小孩,而這些患者的正常同胞有457人,共生育了582個孩子,求f?
選擇系數(shù)(selectioncoefficient,s)
在選擇作用下,使適合度降低的百分數(shù)
∴S=1-fS+f=1
適合度f(相對生育率)=0.2
27/108582/457==
患者平均生育子女數(shù)正常同胞平均生育子女數(shù)第二十九頁,共四十五頁,2022年,8月28日
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.、突變和選擇對顯性基因的作用第三十頁,共四十五頁,2022年,8月28日2、突變和選擇對隱性基因的作用
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/代第三十一頁,共四十五頁,2022年,8月28日3、突變和選擇對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)第三十二頁,共四十五頁,2022年,8月28日例:調(diào)查某一地區(qū)3000000個男性,發(fā)現(xiàn)患DMD(XR)的男人有18人,患者的相對生育率為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
第三十三頁,共四十五頁,2022年,8月28日4、突變和選擇對XD基因的作用
XAYXaYXAXAXAXaXaXa
(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被淘汰第三十四頁,共四十五頁,2022年,8月28日第三節(jié)
影響遺傳平衡的因素一、非隨機婚配—考慮配偶基因型的婚配近親婚配(consanguinousmating)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相同基因的概率第三十五頁,共四十五頁,2022年,8月28日表:親屬級別與親緣系數(shù)P56
與先證者的親緣關(guān)系親緣系數(shù)
一級親屬:(父母、同胞、子女)
1/2
二級親屬:
(外)祖父母、伯、叔、姑、舅、姨
1/4
三級親屬:
姨表兄妹、堂表兄妹
1/8第三十六頁,共四十五頁,2022年,8月28日ⅠⅢⅡ121234
12親緣系數(shù)計算例: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同時出現(xiàn)Ⅰ2a
的概率:Ⅲ1Ⅱ2aⅠ2∴Ⅲ1、Ⅲ2同時出現(xiàn)Ⅰ1a
或Ⅰ2a的概率:1/16+1/16=1/81/4×1/4=1/16第三十七頁,共四十五頁,2022年,8月28日(一)近婚系數(shù):近親婚配所生子女從共同祖先獲得一對相同基因的概率
1.常染色體基因近婚系數(shù)的計算例一: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
一級親屬(同胞兄妹)結(jié)婚子女是純合子的概率是1/4ⅠⅡ1212A1A1A2A2A3A3A4A4?第三十八頁,共四十五頁,2022年,8月28日另一計算方法:
Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ:
(?)2∴Ⅲ同時從父母得到祖父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第三十九頁,共四十五頁,2022年,8月28日例二:表兄妹結(jié)婚,求F?A1:Ⅰ1→Ⅱ2→Ⅲ1→Ⅳ
需3步(?)3Ⅰ1→Ⅱ3→Ⅲ2
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