群体遗传学

3 适合度与选择系数
1)适合度(fitness)：在一定环境条件下，某基因
型个体与其他基因型相比能够生存并留下子裔 的能力，又称适合值(adaptive value)。 2) 相对生育率：一般将正常的纯合个体的适合 度定为1，其它基因型与之比较的相对值为相对 生育率。(relative fertility)
N血型为129，占17.3％ ;
MN血型为385, 占51.5％ ;
M基因频率=p N基因频率=q p+q=1
p=(233×2+385)÷(747×2)=0.57 q=(129×2+385)÷(747×2)=0.43 ②显、隐性等位基因的基因频率的估计。 A频率=p a频率=q (p+q)2=p2+2pq+q2=1
男性半合子p/3
女性杂合子2pq/3 选择系数s q近于1
选择
s(p/3+2p/3) 每一代 sp被淘汰
2)对XR基因的影响 XaY XaXa 面临选择
Xa频率=q
XR遗传病，Xa往往频率很低，q﹥q2
选择 主要淘汰 男性患者。
有2/3的XR基因存在于女性中，这些杂合子女性
的表现正常，不受选择作用。
群体中，男性致病基因频率只占全部致病基因的
1/3，选择系数为s，每代中因选择而被淘汰的致
病基因为(1/3)sq, 而被淘汰的部分由突变率μ来补
偿, 故μ =(1/3)sq 选择对XR遗传病基因的作用强于对AR遗传 病基因，但不及对AD、XD遗传病基因的选择。
甲型血友病(XR)男性发病率为0.00008，适合度
自然选择的含义： 携带某些基因的个体比不携带这些基因的个体具有更多 的后代，导致下一代中这些基因的频率上升。自然选择 的最终结果是“有利基因”得以保存，相应形状更适于 生存。
1.选择(selection)指群体中不同基因型个体的差别生活能 力和差别生殖能力。
2.只有选择发生在育龄期前或育龄期之间，才会影响群 体的基因频率和基因型频率。
二、 Hardy-Weinberg平衡定律
1.Hardy-Weinberg平衡定律的表述：
在适合的条件下，群体的基因频率代代
相传保持不变。 不论群体起始基因型频率如何，经过一 代随机交配后，群体的基因型频率将达到平 衡，只要平衡条件不变，基因型频率也代代 相传保持不变。
其条件包括: ①群体很大 ②随机婚配而非选择性婚配(即群体内所有个 体间婚配机会完全均等) ③没有突变 ④没有自然选择 ⑤没有大规模的迁移和漂变等
Hardy-Weinberg平衡检验
• 意义： 1. Hardy-Weinberg平衡定律所描述的是一个 “理想群体”。实际工作中，只存在“随 机抽样群体”。 2. “抽样”必有误差，“抽样群体”是否符 合孟德尔遗传需要检验。
检验方法----吻合度检验法
χ2检验结果的解释
• P>0.05，基因型频率的观察值与期望值之间 无差异，群体符合Hardy-Weinberg平衡定律， 属孟德尔群体。 • P<0.05，抽样群体不符合Hardy-Weinberg平 衡定律，需要考虑：
指在选择作用下适合度降低的程度。 S＝ 1－ f f：适合度
选择对群体遗传结构改变所起的作用称为选 择压力(selection pressure)。
4.选择效应： 是指选择引起的群体基因频率和基因型频率在 大小和方向上的改变。 5.突变压力： 在自然界中，存在着突变所构成的突变压 力(mutation pressure)。在一个遗传平衡的群 体中，选择压力与突变压力基本维持平衡。
频率的减少将为sq2，故μ=sq2，按此公式可以 计算隐性基因的突变率。
苯丙酮尿症(PKU) 发病率=1/16500 (0.000060) 适合度f=0.15 s=0.85
μ =sq2=0.85×0.00006=0.000051 =51×10-6／代。 突变率高，PKU的适合度过低
8 选择对X连锁基因的作用 1) 对XD基因的影响 XD遗传病(罕见) XA频率=p 发病 选择 突变来补偿
AR遗传病: 若是致死的，其发病率在完全放松 选择的情况下，缓慢上升。 XR遗传病: 只有男性患者才面临选择。若该病 是致死的，在完全放松选择后，也要经过3代， 致病基因频率才增加1倍。
XD遗传病: 杂合子XAXa和半合子XAY均面
（1）选择压力的增强： 选择压力
S增高
基因频率变化
对AD遗传病:
A基因
s=1
AA和Aa 均被选择
一代
A的频率p=0
基因频率的变化迅速。
对AR遗传病: AA＝p2，Aa＝2pq，aa＝q2。 a基因
s=1
aa被选择
一代
基因a只存在于杂
合子Aa中, q2≈0。
对XR遗传病: XaXa和XaY面临选择，若选择压力增强， 其适合度为0，s=1时，XaXa的频率很低，q2≈0， 则群体中致病基因Xa的频率q在一代中即可降低
相对生育率可以代表适合度。
侏儒(软骨发育不全) 108人( 患者) 457个正常同胞
生育 生育
27个孩子 582个孩子，
侏儒的相对生育率： f=(27/108)／(582/457)=0.196
杂合子镰状红细胞个体对恶性疟原虫的抵抗力较 强。在疟疾区，杂合子相对生育率高于正常个体。
3）选择系数 (selective coefficient，S)
配并产生有生殖能力后代的许多同种个体称为群
体，也称为孟德尔群体 (Mendelian population)。
群体遗传的变化及其影响因素
群体遗传的变化主要表现在基因频率和基因 型频率的变化。 群体的基因频率为何变化？ 决定因素有哪些？ 这些因素是怎样作用于群体并导致群体基因 频率变化的？
影响因素：群体大小 婚配方式 基因突变率 选择压力 群体的隔离状态 迁移等因素
③复等位基因的基因频率的估计
一个基因座上有三个等位基因，其基因平衡 的公式为 (p+q+r)2 = p2+2pq+q2+2qr+r2 + 2pr = 1
例如：ABO血型: IA
IB
I
190177人
A型：79334
B型：16279
79334/190177 = 0.41716
16279/190177 = 0.08560
q/3。
对XD病:
XA
s=1
XAXA、XAXa、XAY均被选择
下一代中的致病基因频率p将由突变产生。 u=p
（2）选择压力放松(relaxation of selection pressure) 选择压力 致病基因频率 发病率
AD遗传病: A致死性
S=1
发病率由突变维持
患者被治愈后和正常人一样结婚生育(S=0)，经 过一代后发病率将增加1倍，而后代各代中将 以同样数量增加，该病病例也将逐渐增加。
６ 选择对AD基因的作用 ① A基因频率的改变： A频率＝p a频率＝q
aa的适合度为1, 选择对A基因不利
s (0<s< 1)
AA和Aa
② AD遗传病危害越严重，遭受的选择也越显著
△p≈sp s越大，基因频率改变越快
实际上群体中的有害基因保持相对恒定，与 突变和选择的双重作用有关。 一般突变率： μ = sp
被调查的群体不是处于遗传平衡状态；
遗传标记分型的技术或标准出现误差； 没有达到随机抽样的要求。
2.利用X2检验MN血型基因型的Hardy-Weinberg平衡 （自学）
LMLM
实得数（O） 预期频率 预期频数（C） 397 np2 382.96 0.51
LMLN
861 2npq 889.05 0.88
O型：88782
AB型：5782 IA的频率 = p
88782/190177 = 0.46684
57821/90177 = 0.03040 IB的频率 = q i 的频率 = r
群体中各基因型频率列百度文库如下：
人群中ABO血型分布
血型 基因型 基因型预期频率 调查 A型(A) IAIA IAi p2+2pr 0.41716 B型(B) IBIB IBi q2+2qr 0.08560 O型(O) ii r2 0.46684 AB型(AB) IAIB 2pq 0.03040
第二代群体中： Frequency of AA: p x p = p2 Frequency of Aa: 2 x p x q = 2pq Frequency of aa: q x q = q2 AA : Aa : aa = p2 : 2pq : q2
第三代群体中： Frequency of A: p’=p2+pq=p(p+q)=p Frequency of a: q’=q2+pq=q(p+q)=q AA : Aa : aa = p2 : 2pq : q2
第六章 群体遗传学
群体遗传学(Population Genetics)：研究 群体的遗传结构与演变规律的科学。是应用数 学和统计学方法研究群体的基因频率、基因型 频率以及影响这些频率的因素与遗传结构的关 系。
第一节
Hardy-Weinberg平衡定律及其应用
一、基本概念
1.群体: 指生活在一定空间范围内、能互相交
由于自发突 变的频率极 低，纯粹由 突变而引起 的群体基因 的改变非常 缓慢。
2 中性突变 (neutral mutation): 基因突变后，对机体无明显的益处和害处。 基因突变 有害的表现效应 选择
二 选择 H-W平衡的重要前提之一，群体中所有个体可以将基因 向下传递。
事实上，个体之间存在生存和生育能力差异。
（二） Hardy-Weinberg平衡定律

本质上是对孟德尔群体的形成条件和特征的描述。 符合Hardy-Weinberg平衡定律的群体就是符合孟 德尔遗传定律（针对单个基因座，分离率）的群 体。

---- Hardy-Weinberg定律建立在一个理想的群体模 式上，有四个假设前提条件：①群体无限大；② 随机婚配；③没有突变；④没有大规模的迁移和 没有选择因素的影响。结论是群体中的基因频率 和基因型频率在逐代传递中保持不变。
f为0.25，s=0.75，
u=1/3×0.75×0.00008=0.00002
=20×10 –6 /代
假性肥大型肌营养不良(DMD)的突变率:
u=20～100×10 –6 /代。
9 选择压力的变化对遗传平衡的影响
维持群体遗传平衡受选择和突变及其压力之
间平衡的制约，选择压力的变化必然要影响群体
的遗传结构。选择压力的变化主要有两方面：
2) 复等位基因的推证(自学) 3) 杂合度：群体在某一基因座位遗传变异程度， 即该基因座所有杂合子所占的群体频率。
三、Hardy-Weinberg平衡定律的应用
（一）估计基因频率和杂合度
1.常染色体基因频率和杂合度的估计
① 共显性等位基因频率估计
M、N血型: M N基因， 共显性遗传 ，4q 747人 M血型为233，占31.2％；
2.基因库(Gene Pool): 一个群体所具有的 全部遗传信息。 3.基因型频率(Genotype Frequency):是指 群体中某特定基因型的个体数目占个体总 数的比率。
4.等位基因频率(Allele Frequency)：指群体中
某一基因座位上某特定基因出现的数目与该
位点上可能出现的全部等位基因总数的比率, 即是指某一基因在群体中出现的频率。
7 选择对AR基因的作用
①a致病基因频率的改变
aa 面临选择, 而隐性基因大都以杂合状
态在群体中维持很多世代，选择对隐性基因
的作用是微弱缓慢的， a基因频率的降低很
慢 △q≈sq2
隐性基因频率在人群中基本恒定。
可能的原因：A 突变 a
补偿
aa个体。
在一个遗传平衡群体中，被淘汰的部分将
由突变率μ来补偿。选择系数为s，每一代a基因
群体遗传组成发生变异的原因 :
基因突变
基因间的重组
基因在群体间的交流
1. 基因突变率(Mutation Rate)：在某一世代， 基因的一种等位形式突变成另一种等位形式的 概率。一般用每代中每一百万个基因发生的突 变数来表示。 µ =n×10-6 /基因/代 A 正突变 回复突变
a
当µ =1.0×10-5时,等位基因A的基因频率随世代的变化如下
LNLN
530 nq2 515.99 0.38
合计
1788 n 1788 X2[1]=1.77
d.f.=(分组数-1)-(运算观察数据估计的独立参数个数) d.f.=(3-1)- 1=1 0.1 < p < 0.2 基因型频率符合Hardy-Weinberg平衡
第二节 影响群体基因频率的因素
一 突变