群体遗传学

• 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
•
3、计算X连锁致病基因的频率
1）XR 男性患者 = 致病基因频率 = q 女性患者 = 致病基因频率的平方 = q2
2)XD遗传病 致病基因频率p很低，正常基因频率q≈1 男性患者 = 致病基因频率 = p 女性患者 = p2 + 2pq ≈ 2p
群体遗传学
群体或种群是指生活在某一地区的、能相互杂交 的个体群。这样的群体也叫孟德尔式群体。
一、基因频率与基因型频率 基因频率是指群体中某一基因的数量即指等位 基因的频率。 基因型频率是指一个群体中不同基因型所占的 比率。
例如:MN血型。有人在一个地区调查747人 M血型 基因型为MM 223人 占31.2% N血型 基因型为NN 129人 占17.3% MN血型 基因型为MN 485人 占51.5% 设M的基因频率为p，N的基因频率为q，p＋q=1 p=MM十1/2 MN=0.312+0.515/2=0.57 q=NN+1/2MN=0.173+0.515/2=0.43
五 .遗
传
负
荷
遗传负荷是指在一个群体中，由于致死基因或有 害基因的存在而使群体适合度降低的现象。 遗传负荷包括突变负荷和分离负荷。 突变负荷是指由于基因的致死突变或有害基 因突变产生而降低了适合度，给群体带来的 负荷。
分离负荷是指由于杂合子（ Aa ）和杂合子 （ Aa ）之间的婚配，后代中必将分离而产 生一部分适合度降低的纯合子（ aa ），因 而导致群体的适合度降低。
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= 1.98%
X连锁基因
X 1Y
P1
X2X3 P2 B2 C2
X1X1 = 0 X2X2 = （1/2）4 X3X3 = （1/2）4
B1
C1
F = （1/2）4+（1/2）4= 1 / 8
S
舅表兄妹
X连锁基因
X 1Y
P1
X2X3 P2 B2 C2
B1
C1
X 1X 1 = 0 X 2X 2 = 0 X 3X 3 = 0
四. 影响群体遗传平衡的因素
突变
选择
随机遗传漂变
隔离 迁移 近亲婚配
1.突 变
一对等位基因 A 和 a， 基因 A 的频率为 p ，突变为 a 的突变率为 u 基因 a 的频率为 q ，突变为 A 的突变率为 v 每一代中: pu=（1-q）u ，A→a qv， a→A a↑ A↑
若（1-q）u＞qv，则 若（1-q）u＜qv，则
亲缘系数:有共同祖先的两个人在某一位点上具有 同一基因的概率。
1）常染色体基因
A 1 A2
A3A4 P2
同 胞 兄 妹 间 婚 配
P1
B1
B2
A1A1 = （1/2）4 A2A2 = （1/2）4 A3A3 = （1/2）4 A4A4 = （1/2）4
◇
S
F = 4 ×（1/2）4 = 1 / 4
一级亲属间的近婚系数为1/4
A 1 A2
A3A4 P2
舅 甥 女 间 婚 配
P1
B1
B2
A1A1 = （1/2）5 A2A2 = （1/2）5 A3A3 = （1/2）5 A4A4 = （1/2）5
C
F = 4 ×（1/2）5 = 1 / 8
◇ 二级亲属间的近婚系数为1/8
S
A 1 A2
A3A4 P2 B2 C2
随机遗传漂变
孤岛模型：假设有一对等位基因A和a，频率各为0.5
AA AA Aa Aa AA×Aa Aa aa
Aa
aa
Aa×Aa
aa×AA aa×aa
随机遗传漂变
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 20 30
25人
250人
基因 A 的频率
2500人
群体随机婚配,子一代(F1)基因型
F1基因型AA：Aa：aa的比例变化
F1 精子 卵子 A(0.70） a(0.30) A （0.70） a (0.30)
AA(0.49) Aa (0.21)
Aa (0.21) aa (0.09)
即AA（p1）2=0.49，Aa(2p1q1)=0.42， aa(q1)2=0.09，达到了遗传平衡状态。
2.选
Baidu Nhomakorabea
择
选择 (selection) ：指由于基因型的差别而导致生 存能力和生育能力的差别。常用适合度和选择系 数来表示。
适合度 (fitness) ：是指一定环境条件下，某种基因 型个体能生存并能将他的基因传给后代的能力。 一般用相对生育率(relative fertility，f )来衡量。
选 择 系 数 ： 选 择 的 作 用 常 用 选 择 系 数 (selection coefficient ， S) 来表示。 S 代表在选择作用下，降 低的适合度，S ＝ 1 － f。
遗传负荷的大小,一般以平均每人携带有害基因 的数量来表示。 中国AR病群体 平均每人携带有害基因数目5~6个 美国人群平均携带致病基因数5~8个
5．一个947人的群体，M血型348人，N血型103人， MN血型496人，则 。 A．M血型者占36.7% B．M基因的频率为0.66 C．N基因的频率为0.63 D．MN血型者占55.4% E．N血型者占36.7%
二.Hardy-Weinberg 定律 遗传平衡定律
一定条件下，群体中的基因频率和基因型频率 在世代传递中保持不变。如果一个群体达到了 这种状态，就是一个遗传平衡的群体。
1. 2. 3. 4. 5. 群体很大 随机婚配 没有突变 没有选择 没有大规模迁移
假定有一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频 率为q，则：
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
再次随机交配子二代(F2)基因型AA： Aa：aa的比例变化
F2 精子 A（0.70） a (0.30) Aa (0.21) aa (0.09)
卵子A(0.70） a(0.30) AA(0.49) Aa (0.21)
即AA（p2）2=0.49，Aa(2p2q2)=0.42， aa(q2)2=0.09
40 50
60
70 80 90 100 110 120 130 140 150
世代数
4.迁 移
迁移 (migration) ：指具有某一基因频率群体的部分个体 因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中，并杂 交定居，从而改变迁入群体的基因频率，这种影响也称 迁移压力(migration pressure)。
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。
3.遗传漂变
遗传漂变(random genetic drift)：在一 个小的群体中，由于个体间婚配机遇 不等，可使某些基因在群体中丢失， 另一些基因在群体中固定，造成群体 遗传结构明显改变的现象。 遗传漂变速度取决于群体的大小。
F=0
姑表兄妹
S
X连锁基因
X 1Y
P1
X2X3 P2 B2 C2
B1
C1
X1X1 = 0 X2X2 = 0 X3X3 = 0 F=0
S
堂兄妹
结论 1.对于常染色体基因，三级亲属F=1/16 2.对于X连锁基因 姨表兄妹3/16 舅表兄妹2/16 姑表兄妹和堂兄妹0 所以对于X连锁疾病，姨表兄妹婚配或舅表兄妹婚 配比姑表兄妹或堂表兄妹危害还要大，姨表兄妹 近亲婚配危害最大。
8．在一个100人的群体中，AA为60%，Aa为20%，aa 为20%，那么该群体中______。 A．A基因的频率为0.3 B．a基因的频率为0.7 C．是一个遗传平衡群体 D．是一遗传不平衡群体 E．经过一代后基因频率和基因型频率都会发生变化
9．对于一种相对罕见的X连锁隐性遗传病，其男性发病率 为q, ______ 。 A．人群中杂合子频率为2pq B．女性发病率是p2 C．男性患者是女性患者的两倍 D．女性患者是男性 患者的两倍E．女性发病率为q2
n为共同祖先的等位基因传给近亲婚配后所生 子女使之纯合所需的步骤
2）X连锁基因： 因为女性有两条X染色体，所以可以形成纯合子， 会受到近亲婚配的影响。男性为半合子，近亲婚 配不受影响。 计算X连锁基因的F值时，只计算女性F值。 传递特点： 男性的X连锁基因一定传给女儿，传递概率为1 男性的X连锁基因不可能传给儿子，传递概率为0 女性的X连锁基因传给女儿和儿子的概率为1/2
☆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 = 0.2
S=1-0.2=0.8 选择的作用在于增高或降低个体的适合度，对 特定缺陷的表型往往由于生育力下降有一个 负性选择。
☆ 选择也可以通过增加适合度呈正性选择
出生的以后各代中，都将保持这个基因频 率和基因型频率，不再发生变化 。 因此，一个遗传不平衡的群体，只要是进 行随机交配，一代以后即可达到遗传平衡。 群体中AA：0.25，Aa:0.50，aa：0.25, 是否为遗传平衡群体?
三.基因频率的计算
1、AR病致病基因频率 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。 隐性基因频率q=√q2 =√隐性表型频率= √群体发病率
表 兄 妹 间 婚 配
P1
B1
C1
A1A1 = （1/2）6 A2A2 = （1/2）6 A3A3 = （1/2）6 A4A4 = （1/2）6
F = 4 ×（1/2）6= 1 / 16
◇
S
三级亲属间的近婚系数为1/16
对于常染色体遗传： 一级亲属间的近婚系数为1/4
二级亲属间的近婚系数为1/8
三级亲属间的近婚系数为1/16 F =4*(1/2)n
基因流：迁移压力的增强可使某些基因从一个群体有 效地散布到另一个群体中，称为基因流(gene flow) 。
例如：B型血 等位基因起源于亚洲，逐渐向西流动，因此B型 血的等位基因在亚洲频率高，跨越欧洲逐步降低。
5.近亲婚配
近亲是指在 3～4 代以内有共同祖先的个体间的 关系，他们之间的婚配称为近亲婚配。 近婚系数： 是指近亲婚配的一对夫妻可能从共同祖先 得到同一基因，有可能把同一基因传给他 们的子女，子女得到这样一对来源相同且 纯合的概率为近婚系数（F）。
p+q=1
(p + q)
2
=1
p2 + 2pq + q2 =1 ↓ ↓ ↓ AA Aa aa
因此，当AA：Aa：aa = p2：2pq：q2时， 这样的群体处于平衡状态。
例如: 一个群体100人，AA60人，Aa20人， aa20人。这是一个遗传平衡群体吗？
先计算基因型频率: AA →0.6 Aa →0.2 aa →0.2。 再计算基因频率: A→p=0.60＋0.20/2=0.70 a→q=0.20+ 0.20/2=0.30 如果是遗传平衡的群体，它应当符合： p2+2pq+q2=1， p2=0.49 2pq=0.42 q2=0.09 上述群体基因型频率p2 0.6、 2pq 0.2、 q2 0.2，上述群体是一个遗传不平衡的群体。
(3)平均近婚系数
从群体角度来估计近亲婚配的危害，要计算 平均近婚系数（a）。 a值可按下列公式求出： a=Σ(Mi/N)(Fi)
Mi：某一类型近亲婚配数 N：总婚配数 Fi：某一类型近亲婚配的近婚系数
不同国家、地区人群中近亲结婚率和平均近婚系数
群体 近亲结婚率（％） 美国 0.11 日本 8.16 法国 0.67 德国 0.59 意大利 1.90 南印度 39.37 埃及（Nubic） 75.76 中国汉族（北京、湖北） 1.40 回族（甘肃） 9.7 彝族（四川） 14.6 朝鲜族（克林） 0 平均近婚系数 0.00008 0.004 0.00023 0.00019 0.00070 0.02834 0.03335 0.000665 0.00494 0.00913 0