第七章 群体遗传学

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第一代：AA:Aa:aa= p2:2pq:q2 A:a= p:q
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第二代
A = (p2*2+2pq*1)/2=p(p+q)=p a= (q2*2+2pq*1)/2=q (p+q)=q A:a= p:q
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此定律可分为3个部分： • 第一部分是前提：理想群体：无穷大，随机 交配，没有突变、没有迁移和自然选择； • 第二部分：是结论:基因频率和基因型频率逐 代不变； • 第三部分：是关键随机交配一代以后基因型 频率将保持平衡。
– 一种是选型婚配，即选择具有某些特征（如身高、 智力、种族）的配偶；如果这种选择发生在常染色 体隐性遗传性聋哑病患者中，就将增加纯合患者的 相对频率； – 一种是近亲婚配，即有共同祖先血缘关系的亲属婚 配，尽管表面上不改变等位基因频率，但可以增加 纯合子的比例，降低杂合子数量，因此使不利的隐 性表型面临选择，从而又最终改变了后代的等位基 因的频率。
群体遗传学所研究的对象称为孟德尔群体。 孟德尔群体------是指生活在某一地区的、能相互杂交 （交配）的个体群。属于同一群体的个体彼此有相互杂交 的机会。 群体有广义和狭义之分，广义的群体是指同一物种的 所有成员，如全世界所有的人类就是一个大的群体。狭义 的群体是指某一地区内彼此能交配的个体群，
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常染色体显性遗传病的基因频率
• • • • 群体发病率：D+H=p2+2pq； p2→0，故发病率≈H=2pq； p→0，q→1，故发病率≈H=2pq≈2p； 故 p =1/2 H。
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X连锁基因的频率
• 红绿色盲在男性中占7%, 求女性发病率和携带者频率？
已知红绿色盲是XR病，致病基因频率q=0.07, 女性红绿色盲发病率预期应为q2=(0.07)2=0.0049，这与实际观察 到的数值0.5%是很相近的，由于数值过小，所以很少看到女性 红绿色盲的患者。 女性携带者频率2pq≈ 2q =2×0.07=0.14。
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再次随机婚配 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） AA(0.49) a(0.30) 即： Aa (0.21)
AA = 0.49，Aa = 0.42，aa = 0.09
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。
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常染色体近婚系数（F） 同胞兄妹的近婚系数。
A1A2 A3A4 1/2 1/2
P1
1/2
P2
1/2
B1
1/2 1/2 A1A1 A2A2 A3A3 A4A4
B2
P1的等位基因A1经B1传到S需 要2步，经B2传到S需要2步， 所以S基因型为A1A1共需传递4 步，其概率为(1/2)4。同理， S得到A2A2 、A3A3、A4A4的概 率也各是(1/2)4。 因此，兄妹结婚所生子女的近 婚系数（F）为： F=4×(1/2)4=1/4
即： AA频率为0.4 Aa频率为0.6 aa频率为0 A = (0.4*2 + 0.6*1)/2 = 0.7 a = (0.6*1+0*2)/2 = 0.3
Hardy-Weinberg平衡定律
• 即在一个大群体中，如果是随机婚配， 没有突变，没有自然选择，没有大规模 迁移所致的基因流，群体中的基因频率 和基因型频率一代代保持不变。
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Hardy-Weinberg平衡的判定
• 根据遗传平衡的概念，一个群体中的基 因频率和基因型频率是否达到平衡，只 要求出群体的基因频率，计算出下一代 的基因型频率和该群体现在的基因频率 进行对比，就可以得出结论。 • 如果两代的基因型频率相同，就是遗传 平衡群体，否则就是不平衡的群体。
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某个群体 100人，AA 60人，Aa 20人，aa20人。 这是一个遗传平衡群体吗？ 先计算这个群体基因型频率，再计算基因频率。 基 因 型 数 量 频 率 AA 60 0.60 Aa 20 0.20 Aa 20 0.20 总计 100 1.0 基因A的频率 p=0.6+0.2/2=0.7 基因a的频率 q=0.2+0.2/2=0.3 p+q=0.7+0.3 = 1
第七章 群体遗传学
第一节 群体的遗传平衡 第二节 影响遗传平衡的因素 第三节 遗传负荷 第四节 群体中的遗传多态现象
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教学目的
• Hardy-Weinberg平衡定律 • 影响遗传平衡的因素 • 基因频率、遗传漂变、建群者效应、遗 传负荷、适合度、选择系数的概念 • 区别亲缘系数与近亲系数的概念。 • 区别突变负荷和分离负荷的概念 • 群体遗传多态性现象的类型
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如果这个群体是遗传平衡群体，基因型频率应符合 p2 + 2pq + q2 = 1 即 AA Aa aa
0.49 0.42 0.09
F1
精子
A（0.70） AA(0.49) Aa(0.21)
a (0.30) Aa (0.21) aa (0.09)
卵子 A(0.70） a(0.30)
但实际情况是亲代AA为0.6，Aa为0.2，aa为0.2，所 以该群体是一个遗传不平衡群体。
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x1y P1
x2 x3 P2
姨表兄妹结婚:
p1将基因X1传给B1的概率为1， B1将X1传给C1概率为1/2，而C1 将X1的传给S概率为1，所以P1 经B1 、C1将X1传给S的概率为 1×1/2 ×1=1/2； p1将X1的传给B2的概率为1 ， B2将X1传给C2概率为1/2 ， C2 将X1的传给S概率为1/2，故P1 经B2 、C2将X1传给S的概率为: 1×1/2×1/2=1/4。
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A1A1 A2A2
S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A3
P1
P2 B2
从表兄妹结婚： 在从表兄妹结婚的情况 下，基因的传递比表兄妹 结婚又多了2步，所以其 子女的近婚系数为 F=4×(1/2)8=1/64
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B1
C1
C2
SC2
A1A1 A2A2 A3A3
SC2
S
A4A4
根据以上的几种婚配形式，就可以 看出，基因的传递每增加一步，F值就 降低一半，以上的情况考虑近亲系数 时，因为都有4条路线可以使某一等位 基因纯合，所以计算时都要乘以系数4。
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Hardy-Weinberg平衡在遗传咨询中的用途 • 人类群体中大多数遗传性状都处于平衡 状态，所以可以用遗传平衡定律，从已 知的某种基因型频率推出各等位基因的 频率和其他基因型频率。 • 常染色体隐性遗传病的基因频率 • 常染色体显性遗传病的基因频率 • X连锁基因的频率
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常染色体隐性遗传病的基因频率
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半同胞兄妹婚配：
A1A2 A3A4 A5A6
他们之间只有一个共同 祖先，传递的路线只有 两条，只有P2等位基因
A3A3和A4A4在S个体可
P1
P2
P3
B1
B2
形成纯合。因仅有两条 路线可以使成为纯合子。
A3A3 S A4A4
其近婚系数为：
F=2×(1/2)4=1/8
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X连锁基因的近婚系数 X染色体连锁基因在传递过程中与常染色 体基因的传递存在着差别。这是因为男性只有 一条X染色体，为半合子，而且男性的X染色体 上的基因必定传给女儿，不可能传给儿子，即 男性的X染色体上的基因传给女儿的概率是1， 传给儿子的概率为0。而女性的X染色体上的基 因向后代传递规律和常染色体一样，传给儿子 和女儿的概率均为1/2。
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群体遗传学------是研究群体的遗传 结构及其演变规律的遗传学分支学科。
• 它研究群体中的基因频率、基因型频率和相对 应的表型在群体中的分布特征和变化规律； • 影响基因频率的各种因素，如基因突变、自然 选择、近亲结婚、遗传漂变以及人口移居等。 • 生物进化的过程实质上是群体中基因频率的演 变过程，所以群体遗传学也是进化论的理论基 础。
• 基因频率：群体中等位基因的频率。 • 基因频率是个相对值，是指一种等位基因占该位点 上全部等位基因的比率，一般用小数表示。 • 群体中某一基因的频率可从基因型频率推算得出。
A a A A A a A A A a
即： 基因A频率为0.7 基因a频率为0.3 A(0.7) + a(0.3) = 1
• XR:等位基因位于X染色体上，男性只有一条X 染色体,男性的发病率 = 致病基因频率；女性的 发病率=(致病基因频率 )2。男女发病率比为 1/q，因此通常男性高发。
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影响遗传平衡Βιβλιοθήκη Baidu因素
• • • • • 非随机婚配 选择 突变 遗传漂变 基因流
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一、非随机婚配
• 随机婚配指无须考虑配偶的基因型来选择配偶； • 非随机婚配比较常见的类型有两种：
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近亲的程度可以用亲缘系数（coefficient of relationship，r）来表示。亲缘系数指有共同祖先的 两个人，在某一基因座上带有相同基因的概率。
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• 近亲婚配中的2人，他们可能从共同祖先 继承到同一基因，婚后又可能把同一基 因传递到他们子女，这样，子女的这一 对基因就是相同的。 • 近亲婚配使子女得到这样一对相同基因 的概率，称为近婚系数（inbreeding coefficient，F）。
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S
A1A2
A3A4
舅甥女结婚:
P2 P 的等位基因A 经B 传到S需 1 1 1
P1
B1
要2步，经B2和C传到S需要3 步，所以S基因型为A1A1共需 B2 传递5步，其概率为(1/2)5。 同理，S得到A2A2 、A3A3、 A4A4的概率也是(1/2)5。 C1
A1A1 A2A2
因此，舅甥女间结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)5=1/8
B1
B2
C1
C2 x1 x1 x2 x2 x3 x3
S
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x1y P1
x2 x3 P2
B1
B2
实际上X1经两条途径共6 步的传递，3部概率为1， 3部概率为1/2，最后S形 成x1x1纯合子概率为： F=13 × (1/2)3 =1/8 同理，P2把基因x2 x3经两 条途径共6步传到S，所以 x2x2、x3x3在S纯合的概率 2 × (1/2)5 =1/16 姨表兄妹近婚系数： F=1/8+1/16=3/16
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卡方检验
• 四格表资料的卡方检验： • 卡方值=(ad-bc)2*n/(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)， 自由度v=(行数-1) *(列数-1)。
等位基因1 等位基因2 预期值 观察值 a c b d
目前可采用HWE软件作X2检验判定基因型的Hardy-Weinberg 平衡吻合度(http://linkage.sockefeller.edu/software/utilities )。
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S
A3A3 A4A4
A1A2
A3A4
表兄妹结婚:
P2
P1
B1
B2
C1
C2
P1的等位基因A1经B1和C传 到S需要3步，经B2和C1传 到S需要3步，所以S基因型 为A1A1共需传递6步，其概 率为(1/2)6。同理，S得到 A2A2 、A3A3、A4A4的概率也 是(1/2)6。 因此，表兄妹结婚所生子女 的近婚系数（F） F=4×(1/2)6=1/16
C1
C2
S
x1 x1 x2 x2 x3 x3
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x1y P1
x2 x3 P2
舅表兄妹结婚: p1将基因X1尽管可以通过 B1 、 C1传给S，但却不能 通过B2传给S，所以X1不 能在S纯合，即形成的概率 为0，X2X3经6步才可使S 纯合 故，舅表兄妹X连锁基因的 近婚系数为： F=0+2×1×(1/2)4=1/8
• 一个群体中白化病的发病率为1/40000，求致病 基因频率和携带者频率。 已知白化病是AR病，按遗传平衡定律计算： aa=q2=1/40000 a=q=√1/40000=1/200 A= p=1 - q=1 - 0.005=0.995 ≈1 Aa=2pq=2×1×1/200≈1/100 在这个群体中，致病基因a的频率为1/200， 携带者的频率约为1/100。
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• 若患儿的双亲离异后与群体中任意个体再婚， 假设新配偶的家族中无相同疾病的家族史，再 生出患儿的风险是多少？ （肯定携带者的风险）×（新配偶为携带者的风 险）×1/4 =1×1/100×1/4 =1/400
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• 对于罕见的隐性遗传病（q2≤0.0001）, p近似于 1，因此，杂合子频率（2pq）约为2q，也就是 说携带者的频率是患者频率的2/q倍；所以，群 体中杂合携带者的数量2q远远高于患者q2。