【医学遗传学】第七章 群体遗传学

基因频率和基因型频率
基因频率(gene frequency)是指群体中某一 基因占该基因座位上全部等位基因的比率。基 因频率反映该基因在群体中的相对数量。
任何一个基因座上的全部等位基因频率之 和等于1。一个群体中所有个体所具有的全部 基因称为基因库(gene pool)。
群体遗传学
基因频率和基因型频率
群体遗传学
Hardy-Weinberg 定律 遗传平衡定律(law of genetic equilibrium)
DH.Hardy
W.Weinberg
Hardy-Weinberg定律
❖ 有一对等位基因 A 和 a
基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q
pq 1
❖ 基因型频率按下列分布展开
卵 f (A)＝p 子 f (a)＝q
近亲是指互相之间有共同祖先的人们，如果他 们之间通婚则称为近亲婚配(consanguineous marriage，inbreeding)。
❖ 近婚系数
由于近亲婚配，子女在等位基因座上得到一对 相 同 基 因 的 概 率 ， 称 为 近 婚 系 数 (inbreeding coefficient)。
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
复等位基因 ( IA, IB, i )
f (I A) p f (I B) q p q r 1
f (i) r
( p q r)2 p2 2 pq q2 2qr r2 2 pr 1
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
S X1X1
X2X2
F=0
X3X3
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数——堂兄妹
X1Y
X2X3
S X1X1
X2X2
F=0
X3X3
群体遗传学
平均近婚系数
❖ X连锁基因的近婚系数——堂兄妹
评估近亲婚配对群体的危害时，平均近婚 系数(average inbreeding coefficient，a)有重要 的意义。
群体遗传学
群体遗传学
第五节 遗传负荷
遗传负荷
遗传负荷(genetic load)是指在一个群体之 中，由于有害基因的存在而使群体适合度降低的 现象。它包括显性致死突变与隐性致死突变。致 死基因的产生是由突变发生的，是可以引起个体 死亡的突变基因。
群体遗传学
遗传负荷
1、突变负荷(mutation load)：是指由于突 变率增高而使群体平均适合度降 低，它是由群体中有害的等位基 因积累产生的结果。
群体遗传学
遗传负荷
2、分离负荷(segregation load)：是指有利 的杂合子由于基因的分离而产生 不利的纯合子，从而降低群体的 平均适合度，造成遗传负荷增高。
群体遗传学
• 3、近亲婚配所造成的遗传负荷比随机婚配群体的遗传负荷 要大。
• 4、环境污染对遗传负荷的影响： • （1）电离辐射——直接破坏DNA分子结构或染色体结构改
❖ MN血型(4q28.2-q31.1)
一个地区调查7470人，结果M血型2330人，
占 31.2% ； N 血 型 1290 人 ， 占 17.3% ； MN 血 型
3850人，占51.5%。
f(M) = p = MM + 1 MN = 0.312 + 0.515 = 0.57
2
2
f(N) = q = NN + 1 MN = 0.173 + 0.515 = 0.43
第七章 群体遗传学
群体遗传学
群体遗传学(population genetics)是研究群 体的遗传变化规律的学科，研究群体中基因的 分布、基因频率和基因型频率的维持和变化的 科学。
群体遗传学
群体遗传学
❖ 群体(population) 或称种群，是物种的基本结构单位，指生
活在一定地区内的同一物种，彼此能随机杂交 的个体群。这样的群体也称为孟德尔式群体 (Mendelian population)。
f (A) p 0.6 1 0.2 0.7 2
f (a) q 0.2 1 0.2 0.3 2
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
在 一 个 10000 人 的 群 体 中 ， 纯 合 子 AA 有 6000人，纯合子aa有2000人，杂合子Aa有2000 人，这样的群体是一个遗传平衡群体吗？
v Sp S 1/ 2H
常染色体隐性基因突变率的计算
u Sq2
X连锁隐性基因突变率的计算
u Sq / 3
群体遗传学
小群体中的随机遗传漂变
在一个小的隔离群体中，由于所生子女的数 目较少，可导致基因频率随机增减的现象，称为 随机遗传漂变(random genetics drift)。
群体遗传学
群体遗传学
突变与选择对遗传平衡的影响
❖ 突变
一对等位基因 A 和 a
f(A) ＝ p，突变率为 u， p ＝
qv f(a)
＝
q，突变率为
v，
q ＝ pu
p ＝ qp v Fra bibliotekvq u uv
群体遗传学
突变与选择对遗传平衡的影响
❖ 选择
选择的作用在于增加或减少个体的适合度 (fitness ， f) 。 适 合 度 是 指 在 一 定 环 境 下 ， 某 一 基因型的个体能生存并生育后代的相对能力，一 般用在同一环境中不同个体间的相对生育率来衡 量。
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ 常染色体上基因的近婚系数
F ＝ 4 × (1/2)n & F ＝ 2 × (1/2)n
4 ×: 两个共同祖先 (4条染色体) 2 ×: 一个共同祖先 (2条染色体) n : 传递步骤
n ＝ 2×世代数 n ＝ 世代数1＋世代数2
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兄妹婚配(一级亲属)
A1A2 A3A4
精子
f (A)＝0.7 f (a)＝0.3
卵 f (A)＝0.7
0.49
0.21
子 f (a)＝0.3
0.21
0.09
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ 常染色体隐性遗传病的致病基因计算
在一个地区中的调查发现白化病的发病率 约为1/20000。
f (a) q q2 隐性表型频率 群体发病率 1/20000 0.007
群体遗传学
隔离
由于地理、宗教、政治等因素，可能从大群 体中分离出一个小群体，小群体与其它人群间无 基因交流，形成了隔离群体。由于某种原因，隔 离群体中某个基因频率可能比大群体的频率高， 使得杂合子的比例下降，纯合子的比例增加，产 生类似近亲婚配的遗传效应。
群体遗传学
隔离
在小的隔离群体中，经过若干代的近亲婚配， 可以看到由少数几个祖先携带的某一突变基因， 形 成 了 高 频 率 ， 这 称 为 建 立 者 效 应 (founder effect)。
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数
女性有两条X染色体，可形成纯合子； 男性只有一条X染色体，是个半合子。 所以，只需计算女性的近婚系数F。 由于交叉遗传：
男性的X连锁基因一定传给女儿，传递概率为 1 男性的X连锁基因不会传给儿子，传递概率为 0
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数——姨表兄妹
精子
f (A)＝p f (a)＝q
p2
pq
pq
q2
群体遗传学
Hardy-Weinberg定律
❖ 有一对等位基因 A 和 a
基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q
❖ 子一代基因型组成
pq 1
p2 2 pq q2 1
p2: 基因型AA的频率
2pq: 基因型Aa的频率
q2: 基因型aa的频率
变
• （2）化学诱变剂 • 5、遗传负荷的估计 • 一个人群遗传负荷的大小，一般以平均每个人携带有害基因
的数量表示。
f (I B) q 1 AO
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ X连锁致病基因计算
男性表型频率＝男性基因型频率＝群体基因频率 XD中，男女发病比例为
p / (p2 ＋ 2pq) ＝ 1/2
XR中，男女发病比例为
q / q2 ＝ 1/q
群体遗传学
群体遗传学
第三节 近婚系数
近亲婚配与近婚系数
❖ 近亲婚配
a Mi Fi
N
a ＞ 0.01
群体遗传学
群体遗传学
第四节 影响遗传平衡的因素
突变
选择
随机遗传漂变
遗传平衡
隔离
迁移
近亲婚配
突变与选择对遗传平衡的影响
❖ 突变
突变在自然界中普遍存在，突变会涉及到 每种遗传性状，每个基因都有一定的突变率 (mutation rate)，突变率一般用每代每一百万 个生殖细胞中发生突变的次数来表示，即 n×10-6/代。
随机遗传漂变
基因 A 的频率
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0
25人
250人
2500人
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
世代数
迁移
迁移(migration)，尤其是大规模的迁移，可 以形成迁移压力(migration pressure)。 在某个 基因座上，不同种族和不同民族之间的基因频率 可能存在较大差异。当群体大规模迁移时，一般 会引起接受移民的群体基因频率发生改变。迁移 压力的增加可使某些基因从一个群体有效地散布 到另一个群体，形成基因流(gene flow)。
S A1A1 A2A2
A3A3
A4A4
一级亲属的近婚系数F为 ¼ F=4×（1/2）4=1/4
舅甥女婚配(二级亲属)
A1A2 A3A4
S A1A1 A2A2
A3A3
A4A4
二级亲属的近婚系数F为 1/8 F=4 ×（1/2）5=1/8
半同胞婚配
A3A4 A1A2 A5A6
S A1A1 A2A2
半同胞的近婚系数F为 1/8
群体遗传学
群体遗传学
医学中研究群体遗传是要探讨遗传病的发 病频率、遗传方式及其基因频率和变化规律， 从而了解遗传病在群体中发生和散布的规律， 为预防、监测和治疗遗传病提供重要信息和措 施，又称遗传流行病学(genetic epidemiology) 。
群体遗传学
群体遗传学
第一节 基因频率和基因型频率
f (A) p 1 q 1 0.007 0.9993 2 pq 20.99930.0007 0.014
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
H 2 pq 2 p
p1H 2
致病基因（A）频率大约是群体发病率（杂 合子Aa患者频率）的1/2。
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
群体遗传学
Hardy-Weinberg定律
❖ 有一对等位基因 A 和 a
基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q
pq 1
❖ 子一代基因频率
f
( A1)
p1
p2
1 2
2 pq
p2
pq
p( p
q)
p
f
(a1)
q1
q2
1 2
2
pq
q2
pq
q(
p
q)
q
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
在 一 个 10000 人 的 群 体 中 ， 纯 合 子 AA 有 6000人，纯合子aa有2000人，杂合子Aa有2000 人，这样的群体是一个遗传平衡群体吗？
2
2
群体遗传学
群体遗传学
第二节 遗传平衡定律及其应用
Hardy-Weinberg定律
❖ 遗传平衡定律(law of genetic equilibrium) 在一定条件下，群体中的基因频率和基因
型频率在世代的繁殖传递中保持不变。
群体很大 随机婚配 没有突变发生 没有自然选择 没有大规模的移居
群体遗传学
突变与选择对遗传平衡的影响
❖ 选择
选择的作用在于某一基因型在群体中不利于 生存的程度，也就是被淘汰的个体数量，用选择 系数(selection coefficient，S)来表示。S代表在 选择的作用下，降低了的适合度，S=1－f。
群体遗传学
突变与选择对遗传平衡的影响
❖ 选择
常染色体显性基因突变率的计算
X1Y
X2X3
S X1X1 X2X2 X3X3
F=(1/2)3+2×(1/2)5= 3/16
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数——舅表兄妹
X1Y
X2X3
S X1X1 X2X2 X3X3
F=2×(1/2)4= 1/8
群体遗传学
近婚系数的计算
❖ X连锁基因的近婚系数——姑表兄妹
X1Y
X2X3
复等位基因 ( IA, IB, i )
血型
A
B
O AB
基因型
IAIA, IAi IBIB, IBi ii IAIB
基因型频率 p2＋2pr q2＋2qr r2 2pq
群体遗传学
遗传平衡定律的应用
❖ 常染色体显性遗传病的致病基因计算
复等位基因 ( IA, IB, i )
f (i) r ii O f (I A) p 1 B O