群体遗传学-高中生物竞赛要点课件.ppt
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- 群体 遗传学 高中生物 竞赛 要点 课件
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1、第第 六六 章章n基因频率和基因型频率、适合度、选择系基因频率和基因型频率、适合度、选择系数、亲缘系数数、亲缘系数nHardy-WeinbergHardy-Weinberg定律、影响因素及其应定律、影响因素及其应用、近婚系数的计算用、近婚系数的计算n遗传负荷遗传负荷n群体中的平衡多态现象(类型、群体中的平衡多态现象(类型、DNADNA多态多态包括种类包括种类) )本章主要内容提示本章主要内容提示群体群体 可相互交配的个体群可相互交配的个体群群体遗传学群体遗传学 是研究群体中基因的分布及逐代传递中影响是研究群体中基因的分布及逐代传递中影响基基 因频率与基因型频率的变化规律的科学。因频率与基因型频
2、率的变化规律的科学。医学群体遗传学医学群体遗传学 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。规律的科学,也称遗传流行病学。应用数学的思维和方法群体的基因频率、基因型频率及其和某些因素的关系。 群体(群体(populationpopulation)是指一个物种生活在某一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。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一个群体所具有的全部遗传信息称为基因库基因库(gene poolgene
3、 pool)。)。 实际研究中,只能探讨某一对等位基因的情况实际研究中,只能探讨某一对等位基因的情况狭义基因库狭义基因库一、基因频率和基因型频率一、基因频率和基因型频率 对于共显性和不完全显性对于共显性和不完全显性 表型调查表型调查 基因型频率基因型频率 基因频率基因频率 AA + a AAAA + Aa + aa1 以以 MN MN 血型(共显性)为例血型(共显性)为例: : 基因型频率基因型频率基因频率基因频率(1)基因型频率)基因型频率基因频率基因频率设M的基因频率为p,N的基因频率为q,则 p = MM + 1/2MN p = MM + 1/2MN q = NN + 1/2MN q =
4、 NN + 1/2MN p + q =1 p + q =1(2 2)基因频率)基因频率基因型频率基因型频率设设M M的基因频率为的基因频率为p p,N N的基因频率为的基因频率为q q,则,则 MM= pMM= p2 2 NN= q NN= q2 2 MN= MN=2 2pq pq p + q = 1 (p + q)2= 1 p2 + 2pq + q2 =1 MM MN NN二、遗传平衡定律二、遗传平衡定律(Hardy-WeinbergHardy-Weinberg定律)定律) 1908 1908年,英国数学家年,英国数学家HardyHardy和德国内科医生和德国内科医生WeinbergWein
5、berg分别同时提出分别同时提出遗传平衡定律。遗传平衡定律。 内容:内容: 在一定条件下,群体的基因频率和基因型频率在一代在一定条件下,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。一代繁殖传代中保持不变。 条件:条件: (1 1)在一个很大的群体)在一个很大的群体 (2 2)随机婚配而非选择性婚配)随机婚配而非选择性婚配 (3 3)没有自然选择)没有自然选择 (4 4)没有突变发生)没有突变发生 (5 5)没有大规模迁移)没有大规模迁移Hardy-Weinberg定律定律 假设在一个理想的群体中,某个基因座上的两个等位基因假设在一个理想的群体中,某个基因座上的两个等位基因 A和和a
6、, 基因频率基因频率A = p,a = q p + q = 1 精精 子子A(p) a(q)A(p) AA(p2) Aa(pq) a(q) Aa(pq) aa(q2)卵卵 子子因此第一代基因型频率因此第一代基因型频率 AA = pAA = p2 2 Aa = 2pq aa Aa = 2pq aa = q = q2 2 随机婚配,第二代基因型频率为:随机婚配,第二代基因型频率为: 后后 代代AA Aa aa婚配类型婚配类型 频频 率率AAAA p4 p4AAAa 4p3q 2p3q 2p3qAAaa 2p2q2 2p2q2Aa Aa 4p2q2 p2q2 2p2q2 p2q2Aa aa 4pq3
7、 2pq3 2pq2Aa aa q4 q4AA = 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 = 2pqaa = p2q2 + 2pq2 +q4 = q2(p2 + 2pq + q2)=q2(p + q)2 = q2 A A基因频率基因频率=AA+1/2Aa = p2 +1/2(2pq)= p2+pq = p (p + q)= p=AA+1/2Aa = p2 +1/2(2pq)= p2+pq = p
8、 (p + q)= pa a基因频率基因频率= q= qHardy-Weinberg定律定律假定有一对等位基因假定有一对等位基因A和和a,A的频率为的频率为p,a的频率为的频率为q,则:,则: p + q = 1 (p + q) 2 = 1 p2 + 2pq + q2 =1 AA Aa aa 因此,当因此,当AAAA:AaAa:aaaa = p = p2 2:2pq2pq:q q2 2时,这样的群体处于时,这样的群体处于平衡状态。平衡状态。Hardy-Weinberg定律定律 处于遗传不平衡的群体只需处于遗传不平衡的群体只需随机杂交随机杂交一代后,即可达一代后,即可达到遗传平衡。到遗传平衡。例
9、如:一个例如:一个100人的群体中,人的群体中,AA有有60人,人,aa有有20人,人,Aa有有20人,则:人,则: AA = 60/100 = 0.6 Aa = 20/100 = 0.2 AA:Aa:aa = 0.6:0.2:0.2 = 3:1:1 aa = 20/100 = 0.2 A = AA + 1/2 Aa = 0.7 a = aa + 1/2 Aa = 0.3 p2=0.492pq=0.42 q2=0.09AA:Aa:aa p2:2pq:q2Hardy-Weinberg定律定律遗传不平衡群体在随机杂交条件下:遗传不平衡群体在随机杂交条件下: 基因频率基因频率保持不变保持不变 A =
10、 0.7 a = 0.3 基因型频率基因型频率精精 子子A(0.7) a(0.3)A(0.7) AA(0.49) Aa(0.21) a(0.3) Aa(0.21) aa(0.09)卵卵 子子AA = 0.49 Aa = 0.42 aa = 0.09AA:Aa:aa = p2:2pq:q2Hardy-Weinberg定律的应用定律的应用p+qp+q=1=1 AAAA:AaAa:aaaa = p2 = p2:2pq2pq:q2q2例如:下列那个群体符合遗传平衡群体?例如:下列那个群体符合遗传平衡群体? 请说明理由请说明理由 1 . AA 0 Aa 60% aa1 . AA 0 Aa 60% aa
11、40% 40% 2 . 2 . AA 60% Aa 0 aaAA 60% Aa 0 aa 40% 40% 3 . AA 36% Aa 48% aa 3 . AA 36% Aa 48% aa 16% 16% 4. AA 64% Aa20% aa 4. AA 64% Aa20% aa 16% 16%(二) 基因频率的计算 1 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例如:已知白化病的发病率为1/100001/10000,求白化病致病基因频,求白化病致病基因频率率q q和携带者频率。和携带者频率。 白化病为白化病为ARAR遗传病,患者为致病基因的纯合子,因
12、此:遗传病,患者为致病基因的纯合子,因此: 发病率发病率 = q= q2 2 = 1/10000 q = 1/100 = 1/10000 q = 1/100 p = 1 p = 1 q = 99/100q = 99/100 携带者频率携带者频率 = 2pq = 2 = 2pq = 2 1/100 1/100 99/100 = 0.0198 99/100 = 0.0198 这提示人群中有这提示人群中有 2% 2% 为白化病致病基因携带者,对于遗传咨为白化病致病基因携带者,对于遗传咨询很重要。询很重要。 对于一种罕见的对于一种罕见的AR遗传病遗传病 致病基因频率致病基因频率q很低,正常基因频率很低
13、,正常基因频率p1 : 杂合携带者频率杂合携带者频率 = 2pq =2q 即即杂合携带者频率约为致病基因频率的杂合携带者频率约为致病基因频率的2倍倍。 杂合携带者杂合携带者 2pq 2 纯合患者纯合患者 q2 q 提示提示:致病基因频率致病基因频率q越低,致病基因在群体中主要以杂合携带越低,致病基因在群体中主要以杂合携带 者形式存在者形式存在.=群体发病率群体发病率=AA+Aa=AA+Aa=p=p2 2+2pq+2pq,p+q=1p+q=1实际计算时,致病基因频率实际计算时,致病基因频率p p很低,很低,AAAA纯合个体少,纯合个体少,p p2 2可以可以忽略,因此:忽略,因此: p p2 2
14、 00,q 1q 1,发病率,发病率= p= p2 2+2pq 2pq 2p +2pq 2pq 2p 所以对于所以对于ADAD遗传病:遗传病: p= p= 发病率发病率例如:丹麦某地软骨不全发病率例如:丹麦某地软骨不全发病率 1/10000 1/10000 致病基因致病基因A A频率频率p= p= * * 1/10000 =0.00005 1/10000 =0.00005 正常基因正常基因a a频率频率q=q=p=0.99995p=0.99995 0.5%0.5% 对于一种罕见的对于一种罕见的XR遗传病遗传病 致病基因频率致病基因频率q很低,很低, 男性患者男性患者 = 致病基因频率致病基因频
15、率 = q 女性患者女性患者 = 致病基因频率的平方致病基因频率的平方 = q2 男性患者男性患者 q 1 女性患者女性患者 q2 q提示:疾病越罕见,提示:疾病越罕见,q越低,女性患者越罕见。越低,女性患者越罕见。= 对于一种罕见的对于一种罕见的XD遗传病遗传病 致病基因频率致病基因频率p很低,正常基因频率很低,正常基因频率q1 男性患者男性患者 = 致病基因频率致病基因频率 = p 女性患者女性患者 = p= p2 2 + 2pq 2p + 2pq 2p 男性患者男性患者 女性患者女性患者= 1/2第二节第二节 影响群体遗传平衡的因素影响群体遗传平衡的因素 条条 件件 影响因素影响因素 (
16、1 1)在一个很大的群体)在一个很大的群体 小群体小群体 (2 2)随机婚配而非选择性婚配)随机婚配而非选择性婚配 近亲婚配近亲婚配 (3 3)没有自然选择)没有自然选择 选择选择 (4 4)没有突变发生)没有突变发生 突变突变 (5 5)没有大规模迁移)没有大规模迁移 迁移和基因流迁移和基因流影响影响Hardy-Weinberg平衡的因素平衡的因素 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(突变率以每代中每一百万个基因中发生突变的次数表示(n10-6/基因基因/代)代) 设一对等位基因设一对等位基因A和和a,A的频率为的频率为p,a的频率为的频率为q,A突变为突变为a的突变的
17、突变率为率为u,a突变为突变为A的突变率为的突变率为v。因此:每代中由因此:每代中由A突变为突变为a的数量的数量 = pu = (1q)u 由由a突变为突变为A的数量的数量 = qv 当当 pu = qv A和和a的基因频率保持不变,群体处于遗传平衡的基因频率保持不变,群体处于遗传平衡 pu qv a的基因频率增加的基因频率增加 pu qv A的基因频率增加的基因频率增加影响影响Hardy-Weinberg平衡的因素平衡的因素 二、选择 指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别 选择反映了环境因素对特定表型或基因型的作用,可以是正性选选择反映了环境因素对特定表型或基因型的作用,可以是正
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