群体遗传学-高中生物竞赛

研究手段 研究对象
细胞遗传学
核型分析、FISH等
染色体数目和结构异常 的类型、发生率及与疾 病的关系。
群体的基因频率、基因 型频率及其和某些因素 的关系。
群体遗传学
应用数学的思维和 方法
第一节
背景
群体中的遗传平衡
群体（population）是指一个物种生活在某一 地区内的、能够相互交配并能生成有繁殖能力后 代的个体群，也称孟德尔式群体。 一个群体所具有的全部遗传信息称为基因库 （gene pool）。 实际研究中，只能探讨某一对等位基因的情况— —狭义基因库
（1）在一个很大的群体 （2）随机婚配而非选择性婚配 （3）没有自然选择 （4）没有突变发生
（5）没有大规模迁移
迁移和基因流
影响Hardy-Weinberg平衡的因素
一、突变
突变率以每代中每一百万个基因中发生突变的次数表示（n×10-6/基因/代）
设一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频率为q，A突变为a的突变 率为u，a突变为A的突变率为v。 因此：每代中由A突变为a的数量 = pu = （1－q）u 由a突变为A的数量 = qv
第一节 群体中的遗传平衡
二、遗传平衡定律（Hardy-Weinberg定律）
1908年，英国数学家Hardy和德国内科医生 Weinberg分别同时提出遗传平衡定律。 ※ 内容：
在一定条件下，群体的基因频率和基因型频率在一代 一代繁殖传代中保持不变。
※ 条件： （1）在一个很大的群体 （2）随机婚配而非选择性婚配 （3）没有自然选择 （4）没有突变发生 （5）没有大规模迁移
aa × AA (p2q2)
aa × Aa (2pq3)
aa × aa (q4)
随机婚配，第二代基因型频率为： 婚配类型 AA×AA AA×Aa AA×aa Aa ×Aa Aa ×aa Aa ×aa 频 率 p4 4p3q 2p2q2 4p2q2 4pq3 q4 后 代
AA
p4 2p3q p2q2
☆ 适合度（f）：一个个体能生存并把他的基因传给下一代的能力，一 般用在同一环境中不同个体间的相对生育率衡量。
实际上对特定缺陷的表型往往由于生育力下降有一个负性选择。
0<f<1
影响Hardy-Weinberg平衡的因素
☆例如：软骨发育不全的侏儒108人共生育了27个子女，这些侏儒的457 个正常同胞共生育了582个子女，则： 27/108 f = 582/457 ☆ 选择的作用在于增高或降低个体的适合度，一般用选择系数（S） 表 示。 选择系数（S）：在选择的作用下降低的适合度。 S=1－f = 0.2
影响Hardy-Weinberg平衡的因素
☆ 选择对AD等位基因的作用 若罕见的有害显性基因A的频率为p，选择系数为S，则每代中因选择而 减少的A为Sp。实际上面临选择的是杂合子（H），因此： H = 2pq ≈ 2p p=H/2 因选择而减少的A为SH/2
在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的A将由突变（v）补偿。
精 A（0.7） 卵 子 A（0.7） AA（0.49） 子 a（0.3） Aa（0.21）
a（0.3）
Aa（0.21）
aa（0.09）
AA = 0.49 Aa = 0.42 aa = 0.09 AA：Aa：aa = p2：2pq：q2
第一节 群体中的遗传平衡
Hardy-Weinberg定律的应用
第 六 章
群体遗传学
本章主要内容提示
基因频率和基因型频率、适合度、选择系 数、亲缘系数 Hardy-Weinberg定律、影响因素及其应 用、近婚系数的计算 遗传负荷 群体中的平衡多态现象（类型、DNA多态 包括种类)



群体
可相互交配的个体群
群体遗传学 是研究群体中基因的分布及逐代传递中影响 基 因频率与基因型频率的变化规律的科学。 医学群体遗传学 研究人类致病基因在群体中的分布、变化 规律的科学，也称遗传流行病学。
若罕见的有害隐性基因Xa的频率为q，选择系数为S，女性纯合患者罕 见，只有男性患者面临选择。因男性为半合子，故基因频率为q / 3 。每代 中因选择而减少的Xa 为1/3Sq ，因此：
在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的a将由突变（u）补偿。
u = 1/3 Sq
☆ 选择对XD等位基因的作用
若罕见的有害隐性基因XA的频率为p，选择系数为S，男性半合子（p / 3）和女性杂合子（2pq / 3）面临选择。因q ≈ 1，每代中因选择而 减少的XA 为S（p /3 + 2p /3 ）= Sp ，因此： 在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的XA将由突变（v）补偿。
☆ 对于一种罕见的AR遗传病 致病基因频率q很低，正常基因频率p≈1 ：
杂合携带者频率 = 2pq =2q
即杂合携带者频率约为致病基因频率的2倍。 杂合携带者 纯合患者 = 2pq q2 = 2 q
提示:致病基因频率q越低，致病基因在群体中主要以杂合携带 者形式存在.
２、计算AD病基因频率
群体发病率=AA+Aa=p2+2pq，p+q=1 实际计算时，致病基因频率p很低，AA纯合个体少，p2可以 忽略，因此： p2 ≈0，q ≈1，发病率= p2+2pq ≈ 2pq ≈ 2p 所以对于AD遗传病： p= ½ 发病率 例如：丹麦某地软骨不全发病率 1/10000 致病基因A频率p= ½ * 1/10000 =0.00005 正常基因a频率q=１－p=0.99995
Aa
2p3q 2p2q2 2p2q2 2pq3
aa
p2q2 2pq2 q4
AA = p4 + 2p3q + p2q2 = p2（p2 + 2pq + q2）=p2（p + q）2 = p2
Aa = 2p3q + 2p2q2 + 2p2q2 + 2pq3 =2pq（p2 + 2pq + q2） = 2pq（p + q）2 = 2pq
p2：2pq：q2时，这样的群体处于
Hardy-Weinberg定律
处于遗传不平衡的群体只需随机杂交一代后，即可达 到遗传平衡。
例如：一个100人的群体中，AA有60人，aa有20人，Aa有20人，则：
AA = 60/100 = 0.6
Aa = 20/100 = 0.2 aa = 20/100 = 0.2 AA：Aa：aa = 0.6：0.2：0.2 = 3：1：1
Aa 48%
4.
AA
64%
Aa20%
aa 16%
第一节 群体中的遗传平衡
(二) 基因频率的计算
1、通过AR病群体发病率计算等位基因频率和各种基因型频率。 例如：已知白化病的发病率为1/10000，求白化病致病基因频 率q和携带者频率。 白化病为AR遗传病，患者为致病基因的纯合子，因此： 发病率 = q2 = 1/10000 q = 1/100 p = 1 － q = 99/100 携带者频率 = 2pq = 2 × 1/100 × 99/100 = 0.0198 这提示人群中有 2% 为白化病致病基因携带者，对于遗传咨 询很重要。
A = AA + 1/2 Aa = 0.7 a = aa + 1/2 Aa = 0.3
p2=0.49
2pq=0.42 q2=0.09
AA：Aa：aa ≠ p2：2pq：q2
Hardy-Weinberg定律
遗传不平衡群体在随机杂交条件下： 基因频率保持不变 A = 0.7 a = 0.3
基因型频率
（1）基因型频率→基因频率
设M的基因频率为p，N的基因频率为q，则 p = MM + 1/2MN q = NN + 1/2MN p + q =1 （2）基因频率→基因型频率
设M的基因频率为p，N的基因频率为q，则
MM= p2
NN; q = 1 → （p + q）2= 1 → p2 + 2pq + q2 =1
v = Sp
影响Hardy-Weinberg平衡的因素
☆ 选择也可以通过增加适合度呈正性选择
例如：AR遗传病——镰形细胞贫血
纯合子患者：严重的溶血性贫血和持续恶病质，
f降低 杂合子：红细胞镰变，f增加 杂合子对疟疾具有相对免疫力，被疟原虫寄生 后，比正常红细胞更能被有效清除，表现出抗疟性， 在恶性疟疾流行区适合度增加。 对于某些AR遗传病，杂合子与正常纯合子比较， 表现出适合度增加，称为杂合子优势。
v = ½ SH
☆ 选择对AR等位基因的作用 若罕见的有害隐性基因a的频率为q，选择系数为S，则每代中面临选择 的是隐性纯合子（q2），因选择而减少的a为Sq2 ，因此： 在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的a将由突变（u）补偿。
u = Sq2
影响Hardy-Weinberg平衡的因素
☆ 选择对XR等位基因的作用
婚配类型的频率
父方基因型
母方 基因型
AA (p2) Aa (2pq) AA (p2) AA ×AA (p4) Aa ×AA (2p3q) Aa (2pq) AA ×Aa (2p3q) Aa × Aa (4p2q2 ) aa (q2) AA ×aa (p2q2) Aa × aa (2pq3)
aa (q2)
表型调查
→ 基因型频率
→ 基因频率
☆ 以 MN 血型（共显性）为例: 基因型频率→基因频率 MN血型在747人的人群中，MM有233人，MN有 385人，NN有129人 基因型频率 MM=233 / 747=0.312 MM, MN, NN 0.312 0.515 0.173 基因频率 p=M=MM+MN/2= 0.57 q=N=NN +MN/2= 0.43
一、基因频率和基因型频率