程数量性状多基因遗传优质课件.ppt
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1、程数量性状多基因遗传1、质量性状与数量性状、质量性状与数量性状1 1、质量性状与数量性状、质量性状与数量性状w1).1).质量性状质量性状(qualitative traits)-(qualitative traits)-由单基因或简单的两对基因的互作影由单基因或简单的两对基因的互作影响的遗传性状,其变异是不连续的。响的遗传性状,其变异是不连续的。相对性状之间变异是不连续的,差异相对性状之间变异是不连续的,差异显著。如:人的血型、多指、并指、显著。如:人的血型、多指、并指、白化病及红绿色盲。变异的个体可明白化病及红绿色盲。变异的个体可明显区分为显区分为2 23 3个群,之间差异显著。个群,之间
2、差异显著。这种变异在群体呈不连续分布的性状这种变异在群体呈不连续分布的性状称为质量性状。称为质量性状。单单 基基 因因 遗遗 传传 特特 点点单基因遗传性状在群体中的变异分布是不连续的。单基因遗传性状在群体中的变异分布是不连续的。单基因性状特点 质量性状 在群体中不连续分布 2).2).数量性状:属于多基因性状,受控于二数量性状:属于多基因性状,受控于二对以上基因,相对性状之间变异是连续的,对以上基因,相对性状之间变异是连续的,差异不显著。性状的变异是连续的差异不显著。性状的变异是连续的,可以正可以正态分布曲线表示。如:人的身高、体重、态分布曲线表示。如:人的身高、体重、肤色、血压和智力都是数
3、量性状或称多基肤色、血压和智力都是数量性状或称多基因性状因性状 。人身高由矮到高是逐渐过渡,很矮和很人身高由矮到高是逐渐过渡,很矮和很高的两种极端的人只是极少数,大多数人高的两种极端的人只是极少数,大多数人身高接近平均值,这种变异的曲线呈正态身高接近平均值,这种变异的曲线呈正态分布(如下图)。分布(如下图)。多多 基基 因因 遗遗 传传 特特 点点多基因遗传性状在群体中的变异分布是连续的。多基因遗传性状在群体中的变异分布是连续的。如,身高、血压、智商如,身高、血压、智商 身高身高 基因型基因型 基因型基因型 身矮身矮 P P AABB X aabbAABB X aabbF1 F1 中间型中间型
4、 AaBb X AaBbAaBb X AaBbF2 F2 AABB AaBB AaBb aaBb aabbAABB AaBB AaBb aaBb aabb 高高矮矮 多基因遗传具有多基因遗传具有3 3个特点:个特点:两个极端变异(纯种)个体杂交后,子两个极端变异(纯种)个体杂交后,子1 1代大部分为中间型,在环境的影响下,代大部分为中间型,在环境的影响下,具有一定变异范围。具有一定变异范围。AABB X aabbAABB X aabb 两个中间型子两个中间型子1 1代杂交后,子代杂交后,子2 2代大部分为代大部分为中间型,但其变异范围要比子中间型,但其变异范围要比子1 1代广泛,也可代广泛,也
5、可出现极端的个体。这除环境因素外,基因的出现极端的个体。这除环境因素外,基因的分离和组合也有作用。分离和组合也有作用。中间型中间型 AaBb X AaBbAaBb X AaBb 在随机杂交的群体中,变异范围很广,然在随机杂交的群体中,变异范围很广,然而大多数个体接近中间型,极端个体很少,而大多数个体接近中间型,极端个体很少,环境与遗传因素都起作用。环境与遗传因素都起作用。数量性状数量性状 在群体中连续分布在群体中连续分布 近似正态分布近似正态分布性状表现易受环境影响性状表现易受环境影响变变员员数数血压人人体体血血压压的的变变异异2 患者双亲、同胞、子女的亲缘系数相同,均为1/2,有相同的C线:
6、cI4或小指下方1、质量性状与数量性状反箕或桡箕(Lr):箕口朝向手的桡侧者(朝精神分裂症 46%14%2、数量性状的遗传机制一般在箕头下侧有一个三叉点。遗传度(率):疾病的易患性高低受遗传基础和环境因素双重影响,其中遗传基础所起作用的大小称为遗传度(率)数量性状:属于多基因性状,受控于二对以上基因,相对性状之间变异是连续的,差异不显著。F1 130千克在多基因遗传病中,遗传因素和环境因素的共同作用决定一个个体的易患性。根据箕口朝向的不同,可分为两种:羽速:快羽、慢羽D线:dI2atd角的大小也可以反映t三叉点的位置,atd角越大,则轴三叉点位置越高、越远离腕线,向掌心方向移动。箕形纹向小指)
7、;如果遗传度高于或低于此范围,患者一级亲属的发病率也高于或低于群体发病率的平方根。F2 AABB AaBB AaBb aaBb aabb(2)掌纹:是手掌中的皮纹。白 中间 黑变员数2 2、数量性状的遗传机制、数量性状的遗传机制(Multiple Factor Hypothesis)uNilson-Ehle,H.(1909)根据小麦粒色遗传提出:根据小麦粒色遗传提出:数量性状受许多彼此独立的基因共同控制,每个基数量性状受许多彼此独立的基因共同控制,每个基因对性状表现的效果较微,但各对基因遗传方式仍因对性状表现的效果较微,但各对基因遗传方式仍然服从孟德尔遗传规律;然服从孟德尔遗传规律;同时还认为
8、:同时还认为:1.各基因的效应相等;各基因的效应相等;2.各个等位基因表现为不完全显性或无显性,或表各个等位基因表现为不完全显性或无显性,或表现为增效和减效作用;现为增效和减效作用;3.各基因的作用是累加的。各基因的作用是累加的。微效多基因与主效基因微效多基因与主效基因u 微效多基因微效多基因(polygenes)或微效基因或微效基因(minor gene):控制数量性状遗传的一系列效应微小的基因;控制数量性状遗传的一系列效应微小的基因;由于效应微小,难以根据表型将微效基因间区别开来;由于效应微小,难以根据表型将微效基因间区别开来;近年来,借助分子标记作图技术已经可以将控制数量近年来,借助分子
9、标记作图技术已经可以将控制数量性状的各个基因位点标记在分子标记连锁图上,并研性状的各个基因位点标记在分子标记连锁图上,并研究其基因的效应。究其基因的效应。u 主效基因主效基因/主基因主基因(major gene):控制质量性状遗传的一对或少数几对效应明显的基因;控制质量性状遗传的一对或少数几对效应明显的基因;可以根据表型区分类别,并进行基因型推断。可以根据表型区分类别,并进行基因型推断。2).超亲遗传超亲遗传(transgressive inheritance)u 超亲遗传现象:杂交时,杂种后代的性状表超亲遗传现象:杂交时,杂种后代的性状表现可能超出双亲表型的范围。(现可能超出双亲表型的范围。
10、(eg.杂种优势)杂种优势)u 传统观点:传统观点:基于多基因假说认为数量性状均受微效、等效的微基于多基因假说认为数量性状均受微效、等效的微效基因控制。效基因控制。u采用分子标记对基因效应的研究发现,数量性状:采用分子标记对基因效应的研究发现,数量性状:可能是受微效基因控制;也可能受少数几对主效基可能是受微效基因控制;也可能受少数几对主效基因控制,加上环境作用而表现连续变异;有时由少因控制,加上环境作用而表现连续变异;有时由少数主基因控制,但另外存在一些微效基因数主基因控制,但另外存在一些微效基因(修饰基修饰基因,因,modifying gene)的修饰作用。的修饰作用。u 微效基因的效应:微
11、效基因的效应:微效基因的效应值微效基因的效应值(对性状的影响对性状的影响)也不尽相等也不尽相等表型值的效应分解:性状表现由遗传因素决定、并受环境影表型值的效应分解:性状表现由遗传因素决定、并受环境影响,可得:响,可得:P=G+E.P 为个体表现型值为个体表现型值(phenotypic value)(也即性状观察值也即性状观察值);G 为个体基因型为个体基因型(效应效应)值值(genetic value),也称遗传效应值;,也称遗传效应值;E 为环境效应值为环境效应值(environment value),当,当,E=e为随机误差为随机误差(random error)符合正态分布符合正态分布N(
12、0,2)。遗传力的概念与定义公式遗传力的概念与定义公式u 遗传力遗传力(heritability):遗传变异占总变异遗传变异占总变异(表型变异表型变异)的比的比率,用以度量遗传因素与环境因素对性状形成的影响程度,率,用以度量遗传因素与环境因素对性状形成的影响程度,是对杂种后代性状进行选择的重要指标。(均为正值)是对杂种后代性状进行选择的重要指标。(均为正值)u 广义遗传力广义遗传力(hB2):遗传方差占总方差遗传方差占总方差(表型方差表型方差)的比率;的比率;u 狭义遗传力狭义遗传力(hN2):加性方差占总方差的比率。加性方差占总方差的比率。遗传度(率)遗传度(率):疾病的易患性高低受遗传基:
13、疾病的易患性高低受遗传基础和环境因素双重影响,其中遗传基础所起础和环境因素双重影响,其中遗传基础所起作用的大小称为遗传度(率)作用的大小称为遗传度(率)哮喘病遗传度为哮喘病遗传度为8080精神分裂症为精神分裂症为8080高血压遗传度为高血压遗传度为6262冠心病遗传度为冠心病遗传度为6565糖尿病遗传度(幼年型)为糖尿病遗传度(幼年型)为7575糖尿病遗传度(老年型)为糖尿病遗传度(老年型)为3535唇裂腭裂遗传度为唇裂腭裂遗传度为7676 高血压、糖尿病、哮喘,这些常见的疾高血压、糖尿病、哮喘,这些常见的疾病属于多基因遗传病。多基因遗传的性状是一病属于多基因遗传病。多基因遗传的性状是一种数量
14、性状,在群体中呈正态分布。多基因遗种数量性状,在群体中呈正态分布。多基因遗传病的发生,不仅受遗传的影响,而且受环境传病的发生,不仅受遗传的影响,而且受环境的影响。在多基因遗传病中,遗传因素和环境的影响。在多基因遗传病中,遗传因素和环境因素的共同作用决定一个个体的易患性。易患因素的共同作用决定一个个体的易患性。易患性达到一定限度,个体就会患病。由此,估计性达到一定限度,个体就会患病。由此,估计多基因遗传病的发病率,要考虑到家族中的亲多基因遗传病的发病率,要考虑到家族中的亲属级别、患病人数、病情等多种因素。属级别、患病人数、病情等多种因素。多基因遗传病的易患性和阈值模式多基因遗传病的易患性和阈值模
15、式易患性易患性:在多基因遗传病中,遗传基础和:在多基因遗传病中,遗传基础和环境因素的共同作用,决定了一个个体是环境因素的共同作用,决定了一个个体是否易于患某种疾病的可能性,称为易患性否易于患某种疾病的可能性,称为易患性易感性易感性:由多基因遗传基础决定一个个体:由多基因遗传基础决定一个个体患某种患某种 多基因遗传病的风险多基因遗传病的风险阈值阈值:一个个体的易患性达到一定程度即可发病,:一个个体的易患性达到一定程度即可发病,这个限度称为阈值。阈值代表在一定条件下患病这个限度称为阈值。阈值代表在一定条件下患病所必需的最低的易患基因的数量所必需的最低的易患基因的数量多基因遗传病的阈值模式多基因遗传
16、病的阈值模式多基因病的遗传因素证据多基因病的遗传因素证据1 1 特定疾病或畸形的患者亲属发病率明显增高特定疾病或畸形的患者亲属发病率明显增高(家族倾向),并与亲属级别成正比。(家族倾向),并与亲属级别成正比。患者亲属发病率患者亲属发病率 群体发病率群体发病率患者同胞、双亲、子女具有相同发病风险患者同胞、双亲、子女具有相同发病风险随亲属级别降低,发病风险迅速降低随亲属级别降低,发病风险迅速降低P=G+E.基于多基因假说认为数量性状均受微效、等效的微效基因控制。VP=VA+VE多基因遗传病的阈值模式纹线从一侧起始,斜向上弯曲,再回转到起始侧,形如簸箕,有一个三叉点。俗称簸箕。指嵴纹计数斗形纹(90
17、0)依次分为四个小区(1、2、3、4)。人身高由矮到高是逐渐过渡,很矮和很高的两种极端的人只是极少数,大多数人身高接近平均值,这种变异的曲线呈正态分布(如下图)。XXX个体的为109,XXXXY个体的为49.性状的变异是连续的,可以正态分布曲线表示。皮肤纹理(dermatoglyphy):是指人体皮肤某些特定部位出现的纹理图形,简称皮纹。人身高由矮到高是逐渐过渡,很矮和很高的两种极端的人只是极少数,大多数人身高接近平均值,这种变异的曲线呈正态分布(如下图)。弓型纹弓形纹、蓬帐式 弓型纹变异型(叉贯掌)弓形纹(Arch,A)遗传力(heritability):遗传变异占总变异(表型变异)的比率,
18、用以度量遗传因素与环境因素对性状形成的影响程度,是对杂种后代性状进行选择的重要指标。微效多基因(polygenes)或微效基因(minor gene):C线:cI4或小指下方多基因病的遗传因素证据多基因病的遗传因素证据唇裂唇裂腭裂患者腭裂患者多基因病的遗传因素证据多基因病的遗传因素证据亲亲 属属 受累亲属百分数受累亲属百分数 同群体相比亲属的发病率同群体相比亲属的发病率一一 级级 4.1 40 同胞同胞级级 0.7 8 姑和叔姑和叔级级 0.3 3堂、表兄妹堂、表兄妹多基因病的遗传因素证据多基因病的遗传因素证据2 2 双生子研究双生子研究对某种多基因病,单卵双生子发对某种多基因病,单卵双生子发
19、病的一致性明显高于异卵双生子病的一致性明显高于异卵双生子多基因病的遗传因素证据多基因病的遗传因素证据 单卵双生子单卵双生子 异卵双生子异卵双生子唇裂唇裂腭裂腭裂 40%4%幽门狭窄幽门狭窄 22%2%精神分裂症精神分裂症 46%14%胰岛素依赖性糖尿病胰岛素依赖性糖尿病 30%6%一一 致致 性性性性 状状人类多人类多 基基 因因 病病 的遗的遗 传传 特特 点点1 发病有家族聚集倾向发病有家族聚集倾向,患者亲属的发病率高于群体发病率,患者亲属的发病率高于群体发病率,不符合任何一种单基因病遗传方式,同胞中的发病率远低于不符合任何一种单基因病遗传方式,同胞中的发病率远低于 1/2或或1/4,不符
20、合,不符合AD、AR、XD或或XR2 患者双亲、同胞、子女的亲缘系数相同,均为患者双亲、同胞、子女的亲缘系数相同,均为1/2,有相同的,有相同的 发病风险发病风险。这与。这与AR病不同,病不同,AR病患者双亲和子女一般不发病病患者双亲和子女一般不发病 而是肯定携带者,患者同胞的发病风险为而是肯定携带者,患者同胞的发病风险为1/4多多 基基 因因 病病 遗遗 传传 特特 点点3 随着亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低随着亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低,群体,群体 发病率愈低的病种中,这种特征愈明显。这与发病率愈低的病种中,这种特征愈明显。这与AD病中亲属级病中亲属级 别每降低
21、一级,发病风险降低别每降低一级,发病风险降低1/2的情况也是不同的情况也是不同4 近亲婚配时,子女的发病风险增高,但不如近亲婚配时,子女的发病风险增高,但不如AR病显著病显著5 发病率有种族差异发病率有种族差异一级亲属一级亲属三级亲属三级亲属二级亲属二级亲属随亲属级别的降低,患者亲属的发病随亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低。风险迅速降低。多基因病发病风险估计多基因病发病风险估计1 发病风险代表平均风险,在不同家庭中各不相同发病风险代表平均风险,在不同家庭中各不相同 与遗传度密切相关与遗传度密切相关当多基因病的群体发病率为当多基因病的群体发病率为0.1%1%,遗传率为,遗传率为70%8
22、0%时时,用用Edward公式估计患者一级亲属发病风险公式估计患者一级亲属发病风险f=P例如:唇裂例如:唇裂腭裂的发病率为腭裂的发病率为0.17%,遗传率为,遗传率为76%,患者,患者一级一级亲属的发病率为亲属的发病率为f=0.0017 4%将遗传度、群体发病率、患者一级亲属发病率的将遗传度、群体发病率、患者一级亲属发病率的关系制成图,可以看出,当群体发病率为关系制成图,可以看出,当群体发病率为1/1001/1001/10001/1000时,遗传度如果是时,遗传度如果是70708080,则患者一,则患者一级亲属发病率近于群体发病率的平方根,可以用级亲属发病率近于群体发病率的平方根,可以用公式公
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