群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座

第十三章群體遺傳第一節(jié)遺傳平衡定律第二節(jié)哈代－溫伯格定律擴(kuò)展第三節(jié)影響哈代－溫伯格平衡原因*群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第1頁(yè)群體遺傳學(xué)：是研究群體遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳結(jié)構(gòu)改變規(guī)律遺傳學(xué)。第一節(jié)遺傳平衡定律一、概念1、群體（孟德?tīng)柺饺后w）：能夠相互交配一群個(gè)體。2、基因庫(kù)：群體中全部個(gè)體所共有全部基因。3、隨機(jī)交配（泛交）：孟德?tīng)柸后w中，任何一個(gè)個(gè)體都含有與其它個(gè)體以相等概率進(jìn)行交配機(jī)會(huì)。4、基因頻率（等位基因頻率）：在二倍體某特定基因座位上，某一等位基因中一個(gè)基因占該座位上等位基因總數(shù)比率。AA50%；Aa40%；aa10%PA=（2×50+1×40）/2×100=0.7群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第2頁(yè)

第一節(jié)遺傳平衡定律

一、概念

5、基因型頻率：群體中某一特定基因型個(gè)體數(shù)目占個(gè)體總數(shù)目標(biāo)比率?；蛐蛡€(gè)體數(shù)基因型頻率AAn1D=n1/NAan2H=n2/Naan3R=n3/N合計(jì)N1群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第3頁(yè)第一節(jié)遺傳平衡定律二、哈代—溫伯格定律定律內(nèi)容：1908,英國(guó)數(shù)學(xué)家哈代和德國(guó)醫(yī)生溫伯格分別發(fā)覺(jué)。當(dāng)一個(gè)大孟德?tīng)柸后w中個(gè)體間進(jìn)行隨機(jī)交配，同時(shí)沒(méi)有突變、沒(méi)有遷移和沒(méi)有任何選擇情況下，群體中基因型頻率在世代之間將保持不變。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第4頁(yè)第一節(jié)遺傳平衡定律三、基因頻率和基因型頻率計(jì)算1、基因頻率與基因型頻率關(guān)系：N個(gè)個(gè)體，Aa是常染色體一對(duì)等位基因，AA、Aa、aa基因型個(gè)體數(shù)分別n1、n2和n3，n1+n2+n3=N，PAA=D=n1/N，n1=N*D；PAa=H=n2/N，n2=N*H；

Paa=R=n3/N，n3=N*R；D+H+R=1

PA=（2n1+n2）/2N=（2N*D+N*H）/2N=D+1/2H=p

Pa=（2n3+n2）/2N=（2N*R+N*H）/2N=R+1/2H=q；p+q=1p+q=D+1/2H+R+1/2H=D+R+H=1群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第5頁(yè)三、基因頻率和基因型頻率計(jì)算2、遺傳平衡定律驗(yàn)證：一個(gè)含有Aa基因型大群體，（零世代或某一世代），A基因頻率PA=p，a基因頻率Pa=q，p+q=1，看F1代基因頻率？因?yàn)橛H代中PA=p，產(chǎn)生A配子頻率也是p；Pa=q，產(chǎn)生a配子頻率也是q。交配類(lèi)型：Aa×Aa→F1三種基因型AA：Aa：aa=1：2：1。F1基因型頻率：PAA=p×p=p2=D

PAa=2p×q=2pq=H；Paa=q×q=q2=RF1基因頻率：A基因頻率PA=D+1/2H=p2+pq=p（p+q）=pa基因頻率Pa=R+1/2H=q2+pq=q（p+q）q

一對(duì)等位基因代代相傳遺傳平衡公式可概括為：p2+2pq+q2=D+H+R=1，所以在以后全部世代中，假如沒(méi)有突變、遷移和選擇等原因干擾，這個(gè)群體遺傳成份將永遠(yuǎn)處于p2+2pq+q2平衡狀態(tài)。PA=（2n1+n2）/2N=（2N*D+N*H）/2N=D+1/2H=p

Pa=（2n3+n2）/2N=（2N*R+N*H）/2N=R+1/2H=q；p+q=1群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第6頁(yè)2、遺傳平衡定律驗(yàn)證：總之，哈代－溫伯格定律要求條件：（1）必須是能夠隨機(jī)交配無(wú)限大群體

（2）沒(méi)有基因突變（3）沒(méi)有選擇（4）沒(méi)有遷移滿(mǎn)足上述條件，不論群體起始成份怎樣，隨機(jī)交配后代群體中，基因型頻率平衡在（PA+Pa）2=p2（AA）+2pq（Aa）+q2（aa）之中。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第7頁(yè)三、基因頻率和基因型頻率計(jì)算2、遺傳平衡驗(yàn)證：群體中各個(gè)世代，等位基因頻率平方項(xiàng)即是基因型頻率。平衡狀態(tài)下，子代基因型頻率可依據(jù)親代基因頻率二項(xiàng)展開(kāi)式計(jì)算：[p(A)+q(a)]2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)=D(AA)+H(Aa)+R(aa)=1(一對(duì)等位基因)(D=p2H=2pqR=q2)若3個(gè)等位基因A1、A2、A3頻率分別是p、q、r，則基因型頻率是：(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qrA1A2A3A1A1A2A2A3A3A1A2A1A3A2A3※任何一個(gè)無(wú)限大群體,不論上一代基因型怎樣,只要經(jīng)過(guò)一代隨機(jī)交配,且基因頻率不變,群體就是平衡群體，符合上述條件。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第8頁(yè)第二節(jié)哈代－溫伯格定律擴(kuò)展一、復(fù)等位基因遺傳平衡假如某一座位有三個(gè)等位基因頻率分別為p、q、r，p+q+r=1，三個(gè)基因自由組合形成基因型以下：配子A（p）a（q）a′（r）A（p）AAp2AapqAa′prA（q）Aapqaaq2aa′qra′（r）Aa′praa′qra′a′r2以上9中組合能夠歸納為6種：1AA：2Aa：2Aa′：1aa：2aa′：1a′a′=p2+2pq+2pr+q2+2qr+r2即（A+a+a′）2=AA+2Aa+2Aa′+aa+2aa′+a′a′（p+a+a′）2=p2+2pq+2pr+q2+2qr+r2基因頻率：PA=p2+1/2（2pq+2pr）Pa=q2+1/2（2pq+2qr）;Pr=r2+1/2（2pr+2qr）即基因頻率P=該基因純合體基因型頻率+1/2含該基因雜合體基因型頻率群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第9頁(yè)一、復(fù)等位基因遺傳平衡比如，人ABO血型受IA、IB、i復(fù)等位基因控制設(shè)：IA=pIB=qi=r，隨機(jī)婚配，基因型及其頻率以下：表型基因型基因型頻率表型頻率AIAIAIAip22prp2+2prBIBIBIBiq22qrq2+2qrABIAIB2pq2pqOiir2r2群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第10頁(yè)一、復(fù)等位基因遺傳平衡假如A型=0.45B型=0.3O型=0.36AB型=0.06，計(jì)算復(fù)等位基因IA、IB、i頻率？即p、q、r值。因?yàn)镺型為ii，表型=基因型，i基因頻率r===0.6,A型+O型（表型頻率）=p2+2pr+r2=(p+r)2=0.45+0.36=0.81所以p+r==0.9而r=0.6故p=0.9-0.6=0.3又因p+q+r=1所以q=1-p-r=0.1,基因型頻率：IAIA=p2=0.09；IAi=2pr=2×0.3×0.6=0.36其它依這類(lèi)推。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第11頁(yè)二、伴性基因遺傳平衡

人類(lèi)性染色體，女性為XX，男性為XY。伴X性遺傳中，女性平衡基因型頻率與常染體基因情況一致，即基因型頻率為：p2+2pq+q2。男性為XY，只有一條X染色體，僅有兩種基因型：XAY、XaY，基因型頻率等于基因頻率：女性男性基因型基因型頻率基因型基因型頻率XAXAp2XAYpXAXa2pqXaXaq2XaYq

可見(jiàn)，男性隱性基因a表型個(gè)體頻率，要比女性高得多。比如，紅綠色盲是伴X隱性遺傳病，男性8%發(fā)病率。假設(shè)在男女中以一樣頻率出現(xiàn)，則男性隱性基因型率（發(fā)?。?基因頻率=8%，而女性中紅綠色盲基因型頻率=q2=8%×8%=0.0064=0.64%，比男性發(fā)病率低得多。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第12頁(yè)第三節(jié)影響哈代－溫伯格平衡原因*群體遺傳平衡是相正確、有條件。前面關(guān)于哈迪－溫伯格定律討論，是假定影響基因頻率原因不存在情況下進(jìn)行。實(shí)際上，自然界條件千變?nèi)f化，任何一個(gè)群體都在不一樣程度上受到各種影響群體平衡原因干擾，造成群體遺傳結(jié)構(gòu)不停改變，引發(fā)生物進(jìn)化。影響群體平衡主要原因包含：突變、選擇、遷移、遺傳漂變和交配系統(tǒng)（非隨機(jī)交配）。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第13頁(yè)一、突變

假設(shè)沒(méi)有選擇等其它原因存在，只有突變一個(gè)原因發(fā)生改變。設(shè)一個(gè)基因座位上有兩個(gè)等位基因A和a，A頻率為p，a頻率為q，p=1-q。A→a突變頻率為u，a→A頻率為v，則每一代中共有pu=(1-q)uA→a，qva→A，假如pu>qv，則a頻率增加，反之，A頻率增加。假如pu=qv，則A頻率為p，a頻率為q，基因頻率不變，處于平衡狀態(tài)。(1-q)u=vq；u-uq=vq；(u+v)q=uq=p=可見(jiàn)，基因頻率完全由突變頻率u和v決定。但絕大多數(shù)基因突變率很低。人類(lèi)基因自然突變率為10-4—10-6，由此看來(lái)，僅以基因突變來(lái)改變基因頻率是一個(gè)遲緩過(guò)程。是需要很多世代，而且自然界中這種情況也是不多。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第14頁(yè)一、突變?nèi)后w遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第15頁(yè)二、選擇主要是自然選擇：是在自然條件下，留良汰劣過(guò)程。指不一樣遺傳變異體差異生活能力和差異生殖力?？赡軐?duì)顯性基因有利，也可能對(duì)隱性基因有利。所以選擇可使群體中某一基因頻率增加，而定向改變基因頻率，影響群體基因平衡。自然選擇本質(zhì)：基因型差異復(fù)制，使帶有一些基因型個(gè)體比另一些具有更多后代。(一)適合度(選擇值、適應(yīng)值、W)指含有某一基因型個(gè)體能成活，并繁殖后代相對(duì)能力。用W表示，其值1—0之間，為方便起見(jiàn)，慣用含有最高生殖效能基因型適合度定為1，以未能交配或交配后未能產(chǎn)生后代基因型適合度為零。如AAW=1，Aa=80，aa=20。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第16頁(yè)適者生存群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第17頁(yè)二、選擇（二）選擇系數(shù)（淘汰系數(shù)、S）因?yàn)檫x擇作用使一個(gè)基因型適合度降低值。S=1-W（三）W與S關(guān)系W=1時(shí)S=0選擇不起作用，全部個(gè)體均成活且繁殖后代。W=0時(shí)S=1完全選擇，該基因型個(gè)體不能成活或不能生育后代。0<W<1時(shí)0<S<1不完全選擇群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第18頁(yè)二、選擇（四）選擇對(duì)隱性純合體不利時(shí)基因頻率改變?cè)谝粋€(gè)隨機(jī)交配大群體中，如有一對(duì)基因差異，它們能夠組成三種基因型：AA、Aa、aa，當(dāng)顯性完全時(shí)，AA=Aa（表型一致），Aa不受選擇作用，選擇只對(duì)隱性個(gè)體（aa）起作用。假如隱性純合體是有害，在選擇上不利。經(jīng)過(guò)一代自然選擇后，隱性基因頻率改變以下：群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第19頁(yè)二、選擇（五）選擇對(duì)顯性基因不利時(shí)基因頻率改變（自學(xué)）群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第20頁(yè)三、遷移遷移：（基因流動(dòng),基因流）:群體間個(gè)體移動(dòng)或基因流動(dòng).設(shè)有一個(gè)土著群體A,某一特定基因H頻率為q0,群體B為移民群體,對(duì)應(yīng)基因H頻率為qm,假設(shè)遷入B個(gè)體比率m,原有土著群體A中個(gè)體比率1-m，則有混合群體中基因頻率

q1=mqm+(1-m)q0=m(qm-q0)+q0

△q=q1-q0=m(qm-q0)PH=qmPA=1PH=q0PB=m

mqmA群體B群體PA=1-mPH=q1=mqm+(1-m)q0

PB=m混合群體群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第21頁(yè)四、遺傳漂變與奠基者效應(yīng)1、遺傳漂變（萊特效應(yīng)；漂變、遺傳漂移）：因?yàn)槿后w較小和偶然事件所造成基因頻率隨機(jī)波動(dòng)稱(chēng)為遺傳漂變。比如：人ABO血型是屬于非適應(yīng)性中性性狀,它存在頻率大小不能用自然選擇來(lái)解釋,A型人并不比其它血型人有更大生存性,不過(guò)人類(lèi)不一樣種族里基因IA、IB、I是有差異。東北人：B型多；四川人：O型多；愛(ài)斯基摩人：A型多；印帝安人沒(méi)有AB型。群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第22頁(yè)1、遺傳漂變—人ABO血型分布種群受試數(shù)目OABAB中國(guó)四川100044.828.923.72.6亞比西尼亞40042.726.525.35.5英國(guó)369643.744.28.93.2紐約白種人26541.546.89.81.9愛(ài)斯基摩人56923.956.211.28.7紐約黑種人26746.434.117.22.2印帝安人12073.325.80.80群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第23頁(yè)四、遺傳漂變與奠基者效應(yīng)1、遺傳漂變:假設(shè)16個(gè)小島，每個(gè)島上都住有Aa基因型羊，♀♂各1只，這對(duì)羊交配產(chǎn)生F1代基因型1AA：2Aa：1aa，假如群體保持一定大小，只繁殖♀♂個(gè)1只，那么就產(chǎn)生了以下結(jié)果：假如有1個(gè)小島，F(xiàn)1只有AA♀和AA♂個(gè)1只，則F2中基因型AA，在該島群體中A固定，a消失。假如有1個(gè)小島，F(xiàn)1只有aa♀和aa♂個(gè)1只，則F2中基因型aa，在該島群體中a固定，A消失。其它14種情況，A與a不等基因頻率，基因頻率發(fā)生了改變。普通，群體越小，遺傳漂變?cè)斤@著。♂♀AAAaaAaaAAAaaAaaAA×AAAA×AaAA×aAAA×aaAa×AAAa×AaAa×aAAa×aaaA×AAaA×AaaA×aAaA×aaaa×AAaa×Aaaa×aAaa×aa群體遺傳專(zhuān)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家講座第24頁(yè)四、遺傳漂變與奠基者效應(yīng)2、奠基者效應(yīng)：是一個(gè)由為數(shù)不多幾個(gè)個(gè)體所建立起來(lái)新群體所產(chǎn)生一個(gè)極端遺傳漂變。比如在東卡羅林島上先天性失明（常染色體隱性基因頻率高）病人患病率高達(dá)4%-10%。因?yàn)?780-1790年一次臺(tái)風(fēng)之后，大約只有9個(gè)男人和數(shù)目不詳女人幸存，其中有1人或幾個(gè)人是致病基因攜帶者。3、瓶頸效應(yīng)：因?yàn)榄h(huán)境激烈改變，隨機(jī)漂變使群體中個(gè)體數(shù)急劇降低，甚至面臨滅絕等位基因