遗传学第十章 群体遗传

35亿年前，生化系统，产生细胞 14亿年前，产生单细胞藻类（真核生物出现） 基因 数目 增加 基因倍增
9亿年前，产生多细胞藻类
6.5亿年前，产生多细胞动物 5.3亿年前，无脊椎动物 3.5亿年前，陆栖昆虫、植物、动物 6500万年前，恐龙的消失
来自其他物种
结构 复杂 化
450万年前，人类出现
1、基因倍增
q很小，
初始频率 适合度 选择后频率 相对频率
a频率 q0
a频率的改变
q1-q0=-sq2(1-q)/1-sq2 ≈ -sq2(1-q)
四、选择对显性基因的作用
• • 选择对显性个体不利时，显性有害基因A, 以较快的速度淘汰,很快会消失。 A基因致死基因,1代之内, A基因频率为0。出现显性基因,一定是新突变。 AA Aa aa 合计 A频率
平衡群体鉴定
1. 2. 3. AA 0.5 0.4 0.25 Aa / 0.2 0.5 aa 是否平衡 0.5 0.4 0.25 + AA的频率：0.25 aa的频率：0.25 A的频率： 0.50 a的频率： 0.50
• •
2个等位基因
P + q =1 (P + q ) 2 = 1 P2 + 2pq + q2 =1
五、选择对X连锁基因的作用
• • 选择对X连锁隐性基因不利时,只在半合子的男性中表现出来,基本上都是男 性患者。对女性选择无效。 选择对X连锁隐性基因的作用,介于常染色体显性和隐性基因之间。
• • • •
甲型血友病,基因频率q，q即为男性甲型血友病的发病率。 男性患者的生育率f,选择系数为s=1-f。 每一代中有sq基因被淘汰，基因频率q 下降。 现实中，甲型血友病基因基本处于平衡状态。必定有等量基因 突变来补偿。 u= 1 sq 3
适合度f=
27/108
582/457
=0.20
选择系数s= 1-f =1-0.20=0.8

说明1个正常个体留下1个子女时，侏儒相对生育率是0.2，即留 下0.2个子女：
一、哈代-温伯格定律定律
Hardy-Weinberg1909
◆ 哈代-温伯格定律（Hardy-Weinberg law)：又叫遗传平衡 定律。在一个大的随机交配的群体内，基因型频率在没有 迁移、突变和选择的理想条件下，世代相传保持不变。 等位基因频率的平方 （ p2 、 q2 ），就是平衡 的基因型频率。 P2 + 2pq + q2 =1
◇ 选择系数（selection coefficient，s）：在选择的作用下降低的适合度 。 S=1- f ◇ 自然选择（natural selection）：自然界中逐渐淘汰适合度低的个体，选 择适合度高的个体作为下一代亲本的过程.

软骨发育不全遗传病侏儒108人生27个子女，确定相对生育 率，正常对照457人生582个子女，侏儒相对生育率是：
基因组倍增 基因倍增 一条染色体或部分倍增 一个基因或一组基因倍增 同源染色体不等交换 姐妹染色单体不等交换 DNA扩增
复制滑动
不利突变——假基因
基因突变
有利突变——新功能基因
例1：珠蛋白超级家族基因:
例2 ：同源异形基因HOX
种内同源基因：来自果蝇原来的 基因簇HOX 种间同源基因：来自果蝇HOX-C
第一节 基因库和基因频率
◆ 基因库（gene pool）：是一 个群体中所有个体的基因型 的集合。 ◆ 基因型频率：一个群体中不 同基因型所占的比率。全部 基因型频率的总和等于1。
◆ 等位基因频率（allele frequency）：一个群体中某一等位基 因在该基因座上可能出现的等位基因总数中所占的比率。任一 基因座的全部等位基因频率之和等于1。
3个等位基因
P + q + r =1 (P + q +r) 2 =1 P2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr + 2qr =1
二、突变和选择对基因频率的作用
遗传平衡群体是理想群体，自然界不可能存在。 1）不可能有无限大的随机交配群体； 2）不可能不受自然选择的影响； 3）不可能不发生基因突变。 基因型频率发生改变的群体不是平衡群体。 一个非平衡群体，随机交配代以后，成为平衡群体。
胶原蛋白基因外显子混编
组织纤溶原激活因子基因外显子
3、物种间基因转移
• 细菌可通质粒在种间转移基因，特别是转移对抗生素的抗性基因，如抗氯霉 素基因，抗卡那霉素基因和抗链霉素基因等。可是，这种转移的基因整合进 受体菌基因组的过程是可逆的，因此这一过程对基因组的永久性改变也许没 有太大的实质性作用。转化是细菌间DNA转移的另一条途径，可能影响基因 组的进化。 植物可通过多倍体化获得新基因，有些种间杂交可产生有生活力的异源多倍 体杂种，带有一些新的基因或新的等位基因。例如，将栽培的四倍体二粒小 麦同二倍体野草(Aegilops squarrosa)杂交，得到异源六倍体小麦(Triticum aestlvum)。这种小麦含有野草的高分子量麦胶蛋白的新的等位基因，又含有 二粒小麦的麦胶蛋白等位基因，这些等位基因的组合产生了焙烤面色的优良 性状。 动物物种之间基因转移的主要途径，可能是通过反转录病毒和转座因子的作 用，反转录病毒转移基因、转座因子如P因子和mariner都已有证据证明可在 动物物种之间转移基因。
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第三节 基因组的起源与进化
46亿年前，地球形成 海底（中国） 35亿年前，地球上出现生物化学系统
RNA生化系统 原基因组
湖泊（俄罗斯）
太空（英国）
最A 能合成肽键
DNA基因组
染色体
解决了先有蛋白质？先有核苷酸？
一、新基因的获得
u q uv v p uv
三、选择对隐性基因的作用
• • • • 基因型AA、Aa 的个体频率为P2 、 2pq ,表型正常,f=1,s=0.不受选择压力 基因型aa个体频率为q2,受到选择的压力,不断淘汰隐性个体。基因频率改变 理论上，隐性有害基因a仍可保留许多世代,以较慢的速度减少,终究会消失。 实际上，隐性有害基因大致保持平衡（新突变的补偿，选择对杂合子有利） AA P2 1 P2 P2 1-sq2 Aa 2pq 1 2pq 2pq 1-sq2 aa q2 1- s q2(1-s) q2(1-s) 1-sq2 合计 1 1-sq2 1 q 1= q(1-sq) 1-sq2
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Buri用果蝇做了一个实验，表明了遗传漂变的作用。在果蝇决定眼色的座位上有两个 等位基因bw75和bw。他建立了107个实验群体。bw75开始时的频率为0.5，在各群体中 果蝇随机互交，然后每代随机地选出8雌，8雄作为下一代的亲体。这样有效群体的 大小为16个果蝇。在107个群体中等位基因频率，在早期的世代中基因频率群集在0.5 周围，但遗传漂变导致这个群体的基因频率分散开，或逐代分开。到19代，各个群 体中bw75的频率为0或1。
第二节 遗传漂变与奠基者效应
• 遗传漂变：由于某种机会，某一等位基因频率的群体（尤其是在小群体）
中出现世代传递的波动现象称为遗传漂变（genetic drift），也称为随机遗 传漂变（random genetics drift）。
例如，太平洋的东卡罗林岛中有5％的人患先天性色盲。据调查，在18世纪末，因台 风侵袭，岛上只剩30人，由他们繁殖成今天1600余人的小群体，这5％的色盲，可 能只是最初30人建立者的某一个人是携带者，其基因频率q=1/60＝0.016，经若 干世代的隔离繁殖，q很快上升至0.22，这就是建立者效应。
初始频率 P2 2pq q2 适合度 1-s 1-s 1 选择后频率 P2(1-s) 2pq(1-s) q2 相对频率 p2(1-s) 2pq(1-s) q2 1-sp(2-p) 1-sp(2-p) 1-sp(2-p)
1
1-sp(2-p)
p0
p - sp 1-sp(2-p)
选择一代后p的改变: p1-p0 =(p-sp)/[(1-sp(2-p) ] - p = -sp(1-p)2/ [ 1-sp(2-p) ] ≈-sp(1-p)2
2、外显子或结构域混编
• Shuffling的原意是扑克牌的洗牌，54张 牌在洗牌后可以有无数种的排列组合。
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在新基因的生成和基因进化研究中，借用 shuffling这个词，提出了：
外显子混编（exon shuffling）假说 结构域混编（domain shuffling）假说
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即新的基因是由原来的基因打断后的断片 混编而成的，或者是由编码蛋白质结构域 的基因片段混编而成。这种基因片段可能 就是外显子，因此称为外显子混编。
例题：某一6129人群中MN血型的分布是 LM LM ，1787人；LM LN ，3039人，LN LN ，1303人 基因型频率：
LM LM的频率：1787/6129=0.292 LM LN的频率：3039/6129=0.495 LN LN的频率：1303/6129=0.213 LM LM + LM LN + LN LN =1
● 遗传漂变对进化平衡的不可预测效应

奠基者效应（founder effect）：遗传漂变的一种形式，指由 带有亲代群体中部分等位基因的少数个体重新建立新的群体。 瓶颈效应 ：由于自然环境急剧的改变，使得群体中大部分个体 死亡，仅存的少数个体侥幸逃生，繁衍成新的群体。

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1817年开始由苏格兰人William Glass和他的家族到岛上居住。他们又迁来几个失事 的水手和几个来自远处岛上的妇女，但这个岛是保持着遗传隔离的状态。到1855年 这个岛的群体扩大到约100人，但这个群体26%的基因是由William Glass和他妻子传 下来的。甚至到了1961年这300人的群体的全部基因中有14%的基因来自最初的两个 定居者。Glass和其他的原来的建立者们的特殊基因对以后群体的基因库有着重大的 影响。 但在Tristan da Cunha岛的历史上曾发生了两次剧烈的瓶颈效应。 第一次瓶颈效应是发生在1855年。Tristan da Cunha岛没有天然港、岛民们是划着 小船到海上的商船上进行贸易。在1855年11月28日这一天，岛上15名男性成年人又 划船出海了，在全体岛民的目光下，他们离开了岛，但不幸的是船翻了，15人全部 沉入海底。遇难之后岛上，很多寡妇和其子女都在几年内先后离开了这个岛，只余 下4名成年男人，二名老太太和一名神经错乱的女人。这个群体从106人一下又锐降 到59人。 第二次瓶颈效应，由于William Glass的死和一个传教士的到来，他鼓励当地居民离 开这个岛。当时很多的岛民移居到美国和南非。这个群体到了1857年只剩下了33人。 第二次两次的瓶颈效应对这个群体的基因库起到了重要的作用。来自几个岛民的基 因都全部丢失了。通过两次事件其它一些先民所传下的基因的相关性也发生了改变。 这样Tristan da Cunha岛的基因库受到遗传漂变的影响，这些影响是以三种形式存 在的，（1）即建立者效应；（2）小群体大小；（3）瓶顿效应。