群體遺傳學(xué)的基本概念與原理

群體遺傳學(xué)的基本概念與原理一、基因頻率與基因型頻率1、群體得遺傳結(jié)構(gòu)

孟德?tīng)柸后w(Mendelianpopulation):一個(gè)孟德?tīng)柸后w,就是一群能夠相互繁殖得個(gè)體,她們享有一個(gè)共同得基因庫(kù)。在有性繁殖得生物中,一個(gè)物種就就是一個(gè)最大得孟德?tīng)柸后w。一、基因頻率與基因型頻率2、等位基因頻率(allelesfrequency):在一個(gè)二倍體得某特定基因座上某一等位基因占該座位上等位基因總數(shù)得比率為該等位基因得頻率。這就是群體遺傳結(jié)構(gòu)得一個(gè)最基本得測(cè)度(p,q)。一、基因頻率與基因型頻率3、基因型頻率(genotypefrequency):群體中某特定基因型個(gè)體得數(shù)目,占個(gè)體總數(shù)目得比率。D,H,R一、基因頻率與基因型頻率4、基因頻率計(jì)算

P(AA)=D;P(Aa)=H;P(aa)=R;p=P(A)=P(A|AA)P(AA)+P(A|Aa)P(Aa)+P(A|aa)P(aa)=D+(1/2)Hp=D+(1/2)Hq=R+(1/2)H一、基因頻率與基因型頻率5、基因頻率計(jì)算例1(記數(shù)法):Greenland血型數(shù)據(jù)(據(jù)569個(gè)體):M83、5%,MN15、6%,N0、9%、計(jì)算基因頻率

解:定義M、MN和N得頻率為D、H和R;等位基因M、N得頻率為p和q。我們有p=D+1/2H=0、835+0、5X0、156=0、913q=R+1/2H=0、09+0、5X0、156=0、087注意:如果就是頻數(shù)資料,則:p=(2D+H)/2N;q=(2R+H)/2N。二、Hardy-Weinburg定律1、基本概念

隨機(jī)交配(Panmixia):在有性生殖生物中,一種性別得任何一個(gè)個(gè)體有同樣得機(jī)會(huì)和相反性別得個(gè)體交配得方式稱隨機(jī)交配(randommating)。即各種類型得個(gè)體交配得頻率完全取決于自身頻率得大小,而不受任何其她因素得影響。實(shí)行隨機(jī)交配得結(jié)果就是所有得基因型都就是孟德?tīng)柺椒蛛x所產(chǎn)生得配子隨機(jī)結(jié)合而形成得。二、Hardy-Weinburg定律2、Hardy-Weinburg定律

①在隨機(jī)交配下得孟德?tīng)柸后w中,若沒(méi)有其她因素(基因突變、選擇、遷移)得干擾,基因頻率世代相傳不變。

②無(wú)論群體得起始成分如何,經(jīng)過(guò)一個(gè)世代得隨機(jī)交配之后,群體得基因型頻率得平衡建立在下列得H-W公式之中:(pA+qa)2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa),平衡群體得基因型頻率決定于她得基因頻率。

③只要隨機(jī)交配系統(tǒng)得以保持,基因型頻率保持上述平衡狀態(tài)不會(huì)改變。二、Hardy-Weinburg定律(1)P(AA)=p2;P(Aa)=2pq;P(aa)=q2

(2)只要隨機(jī)交配系統(tǒng)得以保持,基因型頻率保持上述平衡狀態(tài)不會(huì)改變,子代頻率仍為:P(AA)=p2;P(Aa)=2pq;P(aa)=q2二、Hardy-Weinburg定律3、Hardy-Weinburg定律證明11大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流二、Hardy-Weinburg定律4、Hardy-Weinburg平衡檢驗(yàn)

二、Hardy-Weinburg定律5、Hardy-Weinburg平衡檢驗(yàn)例

三、親屬對(duì)基因型聯(lián)合分布1、基本概念親屬(relative):有血緣關(guān)系得人,有血緣關(guān)系意味著基因來(lái)源相同,即有相同得祖宗。遺傳學(xué)中得血緣關(guān)系就是相對(duì)得,一般指三代以內(nèi)得親屬關(guān)系,一對(duì)夫妻如果不就是近親結(jié)婚則不就是親屬。而父子、兄弟、祖孫則稱之為親屬對(duì)(relativepair)三、親屬對(duì)基因型聯(lián)合分布2、父子對(duì)與兄弟對(duì)

(同父女、母女等;并假定滿足隨機(jī)婚配與哈代-溫伯格平衡定律;二等位基因A,a頻率分別為p,q;符號(hào):父親F,兒子S,母親M)父子總和AAAaaaAAp3p2q0p2Aap2qpqpq22pqAa0pq2q3pq2總和p22pqpq21三、親屬對(duì)基因型聯(lián)合分布父子總和AAAaaaAAp3p2q0p2Aap2qpqpq22pqAa0pq2q3pq2總和p22pqpq21F×MP(F×M,S=AA)AA×AAAA×AaP4p3qP(F=AA,S=AA)=P(F=AA,M=AA,S=AA)+P(F=AA,M=Aa,S=AA)=P4+p3q=p3推導(dǎo):三、親屬對(duì)基因型聯(lián)合分布3、兄弟對(duì)兄弟總和AAAaaaAA(1/4)p2(1+p2)

(1/2)p2q(1+p)(1/4)p2q2p2Aa(1/2)p2q(1+p)pq(1+pq)(1/2)pq2(1+q)2pqAa(1/4)p2q2(1/2)pq2(1+q)(1/4)q2(1+q2)pq2總和p22pqpq21推導(dǎo)同理,需要考慮父母得六種婚配型四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡1、基本概念(1)連鎖:如果在同一條染色體上得兩個(gè)基因座相鄰比較近,那么同源于父親(母親)得等位基因更傾向于一起傳遞給后代,這種現(xiàn)象叫連鎖(2)交叉:在交換時(shí)一對(duì)染色體出現(xiàn)得交叉型結(jié)構(gòu)。在有絲分裂得雙線期可以在顯微鏡下看到。(3)互換(crossover):(4)重組(rebination):奇數(shù)次互換導(dǎo)致一個(gè)重組交叉之后開始互換4AaBb123AaBbccCC1234AAaaBBbbccCC1234AAaaBBbbccCC1234AAaaBBbbccCC四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡注:①交換發(fā)生就是隨機(jī)得,距離越長(zhǎng)交換得機(jī)會(huì)越多,因此交換值得大小可以用來(lái)表示基因間得距離長(zhǎng)短。②由于交換并不一定導(dǎo)致重組,因此重組值要小于或等于交換值。

③由于無(wú)法直接測(cè)定交換率,只有通過(guò)標(biāo)記基因得重組來(lái)估計(jì)交換得頻率。(5)重組率(rebinationfraction):用θ來(lái)表示兩個(gè)基因座之間發(fā)生奇數(shù)次交換得概率重組率θ=重組/(重組+非重組)四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡重組率取值范圍[0,1/2]四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡(6)連鎖分析(linkageanalysis):考察兩個(gè)基因座得位置就是否臨近,通過(guò)對(duì)一些基因數(shù)據(jù)得分析來(lái)尋找一些感興趣得基因位置,也稱為基因作圖(geneticmapping)。兩個(gè)連鎖得基因座上得等位基因更易于作為一個(gè)單位由父母?jìng)鬟f給后代,即更易于共分離。四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡

(7)連鎖平衡(linkageequilibrium)

:兩個(gè)基因座得等位基因組合得頻率等于組成組合得等位基因各自頻率得積,不存在優(yōu)勢(shì)組合,稱為連鎖平衡、(8)連鎖不平衡(linkagedisequilibrium;LD):兩個(gè)位點(diǎn)得某兩個(gè)等位基因不就是獨(dú)立出現(xiàn)得,則稱這兩個(gè)位點(diǎn)處于連鎖不平衡狀態(tài)。注:連鎖只與兩個(gè)位點(diǎn)有關(guān),而連鎖不平衡就是與兩個(gè)位點(diǎn)上得等位基因有關(guān)。四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡(9)連鎖不平衡計(jì)算中得幾個(gè)量:①連鎖不平衡參數(shù):四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡②若一個(gè)群體初始狀態(tài)D≠0,假定重組率為θ,則第二代D2=(1-θ

)D

n代:Dn=(1-θ)nD當(dāng)重組率比較小得時(shí)候趨于零得速度比較慢當(dāng)重組率比較大得時(shí)候趨于零得速度比較快該公式為關(guān)聯(lián)分析得理論基礎(chǔ)四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡③關(guān)聯(lián)分析原理:假設(shè)一個(gè)疾病基因位點(diǎn)有兩個(gè)等位基因D,d;引起疾病得等位基因位D,于就是疾病群體中得D得頻率要高于對(duì)照群體得,但就是我們不知道該疾病位點(diǎn)得位置,如果在疾病位點(diǎn)附近得某個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)為A,a,如果D與A關(guān)聯(lián),因此連鎖不平衡,即疾病群體中得A得頻率要高于對(duì)照群體得,即疾病與A關(guān)聯(lián)。因此我們尋找疾病于對(duì)照中差異較大得標(biāo)記位點(diǎn),在標(biāo)記位點(diǎn)附近可能存在著疾病基因。

四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡④四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡⑤四、常染色體位點(diǎn)連鎖相不平衡注:連鎖與連鎖不平衡得區(qū)別:連鎖描述兩個(gè)位點(diǎn)得位置關(guān)系,可通過(guò)重組率來(lái)度量,需要重組得數(shù)據(jù),因此需要家系資料。

連鎖不平衡描述得就是群體中兩個(gè)位點(diǎn)上得等位基因得關(guān)聯(lián)性,需要群體數(shù)據(jù)。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素當(dāng)一個(gè)群體就是大得,隨機(jī)交配,不受進(jìn)化力量得影響時(shí),群體得基因頻率并不因?yàn)檫z傳而改變。然而對(duì)很多群體而言并不就是理想群體。在這種情況下,基因頻率會(huì)發(fā)生改變。影響群體平衡得主要因素包括:突變、選擇、遷移、遺傳漂變和交配系統(tǒng)(非隨機(jī)交配)。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素1、突變:突變就是一切新遺傳變異得來(lái)源,等位基因得新組合可以通過(guò)重組而產(chǎn)生,但新得等位基因只有當(dāng)突變發(fā)生時(shí)才能產(chǎn)生。突變提供了進(jìn)化作用得遺傳原料。大部分得突變將受到損傷,并從群體中被排除。然而少數(shù)得突變可能對(duì)個(gè)體就是有利得,會(huì)被保留下來(lái),并在群體中傳播開。突變有害還就是有利取決于特殊得環(huán)境,若環(huán)境改變了,先前有害得突變可以變成有利得突變。例如在使用殺蟲劑DDT之后,昆蟲產(chǎn)生了對(duì)DDT得抗性突變,這樣昆蟲在噴有DDT得環(huán)境中不僅可以生存還能繁殖。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素突變對(duì)進(jìn)化還有一種潛在得作用:通過(guò)突變改變?nèi)后w中等位基因頻率。例如:一個(gè)群體中某個(gè)位點(diǎn)包含等位基因A,a,當(dāng)A突變?yōu)閍時(shí),將會(huì)降低A得頻率,若持續(xù)代數(shù)過(guò)多將會(huì)使得A消失。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素突變分為正向、回復(fù)突變:相對(duì)概念A(yù)突變?yōu)閍稱為正向突變(forwardmutation)。部分基因也會(huì)發(fā)生反向突變,即a突變A,這些突變稱為回復(fù)突變(reversemutation)。在一般情況下正向突變得頻率要大于回復(fù)突變得頻率。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素2、遺傳漂變哈代-溫伯格定律得一個(gè)主要得假定就就是群體無(wú)限大。實(shí)際得群體不可能無(wú)限大,但她們要大到足以能預(yù)期基因頻率和基因型頻率。但有些群體很小,這些群體得幾率因子可使基因頻率產(chǎn)生隨機(jī)變化。由于樣本得機(jī)誤(chanceerrors)導(dǎo)致群體基因頻率得隨機(jī)改變稱為遺傳漂變(geneticdrift)或簡(jiǎn)稱為漂變。此就是由群體遺傳學(xué)家S、Wright于1930年提出得,有時(shí)人們也把漂變稱S、Wright效應(yīng)。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素例:。設(shè)想在南太平洋群島上住著人類得最小群體,假設(shè)只有10個(gè)人組成,5個(gè)人綠眼睛,5個(gè)人棕色眼,假設(shè)眼睛得顏色就是由單基因決定得(實(shí)際上眼睛得顏色就是由多基因控制得),且綠色眼得等位基因b對(duì)棕色眼得等位基因B就是隱性得(BB和Bb為棕色眼,bb為綠色眼)。此島上得群體中綠眼等位基因得頻率就是0、6。一次臺(tái)風(fēng)襲擊了這個(gè)島,群體中50%得人死亡了,也就就是5位居民死于風(fēng)暴。正巧這死去得5個(gè)人就是棕色眼。臺(tái)風(fēng)之后這個(gè)島上綠色基因得頻率就是1、0。在這個(gè)群島上得群體中所發(fā)生得突變就是綠眼基因得頻率從0、6變成了1、0,這完全就是機(jī)會(huì)所造成。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素幾率使實(shí)際結(jié)果和預(yù)期比產(chǎn)生偏差得這種現(xiàn)象被稱為取樣誤差(samplingerror)。設(shè)群體產(chǎn)生一個(gè)無(wú)窮大得配子庫(kù),其含有得等位基因比分別為p和q。若發(fā)生隨機(jī)交配,所有得配子都結(jié)合成合子,那么基因型得比將就是:p2,2pq和q2,而在合子中等位基因得頻率仍保持為p和q。也許后代得數(shù)目就是有限得,但這些與配子結(jié)合形成得后代構(gòu)成了潛在得無(wú)限大配子庫(kù)中得一個(gè)樣本。由于隨機(jī)性,或由于樣本得機(jī)誤,樣本可能偏離大庫(kù),樣本越小,偏差越大。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素所有得遺傳漂變都就是由于取樣誤差而產(chǎn)生得,但在自然群體中取樣誤差得發(fā)生有各種途經(jīng)。幾種漂變得發(fā)生:在大西洋南部有三個(gè)很小得火山島(Tristandacwnha),1817年開始由蘇格蘭人WilliamGlass和她得家族到島上居住。后來(lái)又遷來(lái)幾個(gè)失事得水手和幾個(gè)來(lái)自遠(yuǎn)處島上得婦女,但這個(gè)島就是保持著遺傳隔離得狀態(tài)。1961年島上火山爆發(fā),島上得群體幾乎有300個(gè)居住者組成得群體到英格蘭。她們?cè)谟?guó)呆了2年,遺傳學(xué)家研究了她們,并重建了這個(gè)群體史。五、影響群體結(jié)構(gòu)得因素島上得群體在突變中發(fā)生了三種類型得遺傳漂變。①建立者效應(yīng)發(fā)生在開始定居者中。到1855年這個(gè)島得群體擴(kuò)大到約100人,但這個(gè)群體26%得基因就是由WilliamGlass和她妻子傳下來(lái)得。甚至