第十二章-群体遗传与进化-(共70张)课件.ppt
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- 第十二 群体 遗传 进化 70 课件
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1、2022-12-28第十二章第十二章 群体遗传与进化群体遗传与进化 第一节第一节 群体的遗传平衡群体的遗传平衡第二节第二节 影响群体遗传平衡的因素影响群体遗传平衡的因素第三节第三节 生物进化学说及其发展生物进化学说及其发展第四节第四节 物种的形成物种的形成2022-12-282022-12-28遗传学遗传学研究生物研究生物遗传遗传和和变异变异的规律和机理;的规律和机理;进化论进化论 研究生物物种的研究生物物种的起源起源和和演变演变过程。过程。每个物种具有相当稳定的遗传特性,而新种形成每个物种具有相当稳定的遗传特性,而新种形成和发展则有赖于可遗传的变异。和发展则有赖于可遗传的变异。群体遗传学:群
2、体遗传学:研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。分支学科。2022-12-28 群体遗传学群体遗传学是研究一个是研究一个群体内群体内的遗传结构、基因的遗传结构、基因传递情况及其频率改变的科学。传递情况及其频率改变的科学。群体遗传学是研究群体遗传学是研究进化论进化论的必要基础。的必要基础。群体遗传学的研究:群体遗传学的研究:为生物进化的研究为生物进化的研究提供提供更多的更多的证据证据;解释解释生物进化根本原因和历史过程。生物进化根本原因和历史过程。2022-12-28第一节第一节 群体的遗传平衡群体的遗传平衡 一、孟德尔群体一、孟德尔群体 二、基因
3、频率和基因型频率二、基因频率和基因型频率 三、哈迪三、哈迪-魏伯格定律魏伯格定律(1908)(Hardy与与Weinberg)2022-12-28u 群体群体(population):相互有交配关系的个体所构:相互有交配关系的个体所构成的有机集合体成的有机集合体,又叫孟德尔群体。,又叫孟德尔群体。u 基因库基因库(gene pool):一个群体中全体个体所共有:一个群体中全体个体所共有的全部基因。的全部基因。u 群体遗传学群体遗传学(population genetics):研究群体的研究群体的遗遗传结构及其变化规律传结构及其变化规律的遗传学分支学科。的遗传学分支学科。一、孟德尔群体一、孟德尔
4、群体2022-12-28u 基因型频率基因型频率(genotype frequency):一个群体内某一个群体内某特定基因型所占的比例。特定基因型所占的比例。如:某一基因位点有如:某一基因位点有2个等位基因个等位基因A和和a基因型基因型:AA,Aa,aa个体数个体数:ND,NH,NR N=ND+NH+NR频频 率率:D,H,R ND NH NR D =H=R=N N N二、基因频率和基因型频率二、基因频率和基因型频率2022-12-28u基因频率基因频率(gene frequency):一个群体内某特定基因位一个群体内某特定基因位点的某一等位基因占该基因位点等位基因总数的比率。点的某一等位基因
5、占该基因位点等位基因总数的比率。如:某一基因位点有如:某一基因位点有2个等位基因个等位基因A和和aA的数目的数目:2ND+NHa 的数目的数目:2NR+NH 2ND+NH 2NR+NH p=D+1/2H q=R+1/2H 2N 2N2022-12-282022-12-28u当环境条件或遗传结构不变时,基因频率在各世当环境条件或遗传结构不变时,基因频率在各世代不变,代不变,这是孟德尔群体的基因特征。这是孟德尔群体的基因特征。2022-12-28一个群体,在没有其他因素干扰的情况下,随机交配一个群体,在没有其他因素干扰的情况下,随机交配下去,即将达到一种平衡状态,这样的平衡下去,即将达到一种平衡状
6、态,这样的平衡群体具有群体具有什么特征什么特征呢?呢?2022-12-28Godfrey H.Hardy,Mathematician (1877-1947).Born in England.Wilhelm Weinberg,Physician (1862 1937).Born in German.三、哈迪一魏伯格定律(三、哈迪一魏伯格定律(1908)2022-12-282022-12-28 AA Aa aa p2 2pq q2基因型:基因型:频频 率:率:2022-12-282022-12-282022-12-282022-12-28处于处于Hardy-Weinberg平衡状态的群体还具有以下
7、重要特征:平衡状态的群体还具有以下重要特征:1、在二倍体群体中,基因型频率与基因频率之间及、在二倍体群体中,基因型频率与基因频率之间及基因型频率与基因型频率之间有特定的数学关系:基因型频率与基因型频率之间有特定的数学关系:2022-12-28H2pq,H=2 于是:于是:式子反映了群体的三种基因型间的关系,式子反映了群体的三种基因型间的关系,与与群体的基因频率无关群体的基因频率无关,该式可作为检验群体是否达,该式可作为检验群体是否达到平衡状态的一个尺度。上式还可写成:到平衡状态的一个尺度。上式还可写成:4DR=H22022-12-28举例:设一群体,经多代随机交配开白花的举例:设一群体,经多代
8、随机交配开白花的25株,株,开红花的开红花的9,975株。已知红花对白花为显性,计算该株。已知红花对白花为显性,计算该群体的基因频率与基因型频率。群体的基因频率与基因型频率。2022-12-282在平衡的二倍体群体中,杂合体频率在平衡的二倍体群体中,杂合体频率H的最大值的最大值为为0.5,只有,只有pq0.5时,时,H才取得最大值。才取得最大值。由于由于H=2pq=2(1q)q=2q-2q2,对函数,对函数H=2q2q2求求导得:导得:令导数等于零,此时令导数等于零,此时q的取值得的取值得H的最大值:的最大值:24q0 2022-12-282022-12-28如人类血型如人类血型血型血型 基因
9、型基因型 频率频率 A IAIA,IAIO pA2+2pApO B IBIB,IBIO pB2+2pBpO AB IAIB 2pApB O IOIO pO2 2022-12-28某某基因的频率基因的频率是其纯合体的频率与含有该基因是其纯合体的频率与含有该基因全部杂合体频率一半之和。全部杂合体频率一半之和。2022-12-28遗传平衡定律主要条件有:遗传平衡定律主要条件有:随机交配;随机交配;大群体;大群体;无突变;无突变;无选择;无选择;无其它基因掺入形式无其它基因掺入形式 (最主要的迁移最主要的迁移);对一个基因座位而言。对一个基因座位而言。群体遗传学正是研究当上述条件群体遗传学正是研究当上
10、述条件不满足时不满足时群体群体遗遗传结构的变化传结构的变化及其对及其对生物进化生物进化的作用。的作用。遗传平衡定律遗传平衡定律2022-12-28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一、突变一、突变二、选择二、选择三、遗传漂变三、遗传漂变(又称遗传漂移又称遗传漂移)四、迁移四、迁移2022-12-28 一、突变一、突变 u A a p v q 如果某一世代如果某一世代 a=q,则则A=p=1-q则,每代有则,每代有(1-q)u的的A基因突变为基因突变为a;有;有qv的的a基因突变为基因突变为A。2022-12-28一、突变一、突变若:若:(1-q)u qv,则,则a基因频
11、率增加;基因频率增加;若:若:(1-q)u qv,则,则A基因频率增加。基因频率增加。于是每代于是每代a基因频率的净改变量为:基因频率的净改变量为:q=(1-q)u-qv2022-12-28如果如果q=0,基因频率保持不变,群体处于平衡状态,基因频率保持不变,群体处于平衡状态,则有:则有:(1)平衡时,)平衡时,qv=(1-q)u,或或 pu=qv;(2)未平衡时)未平衡时,q=qv pu;(3)若)若A a的突变不受其他因素的阻碍,的突变不受其他因素的阻碍,则该群体最后将达到纯合性的则该群体最后将达到纯合性的a。2022-12-28设设A在某一世代为在某一世代为p0,则,则n代后的代后的pn
12、:pn=p0(1-u)n2022-12-28也就是说也就是说,当,当Aa,并且不计反突变时,使显性基因频率降,并且不计反突变时,使显性基因频率降低到某一数值所经历的代数与突变后和突变前基因频率之比低到某一数值所经历的代数与突变后和突变前基因频率之比的对数成正比,与其突变频率成反比。在自然条件下,突变的对数成正比,与其突变频率成反比。在自然条件下,突变速率很小,一般都在速率很小,一般都在10-410-7。因此,要想明显改变群体的。因此,要想明显改变群体的基因频率,一定要经过许多世代。例如,基因频率,一定要经过许多世代。例如,u=110-5,p由由0.6降到降到0.5,需要近,需要近2万代。万代。
13、但某些生物(如微生物中的细菌)但某些生物(如微生物中的细菌)的世代很短,突变就可能成为改变群体基因频率的重要因素。的世代很短,突变就可能成为改变群体基因频率的重要因素。2022-12-28二、选择二、选择1、淘汰显性性状能够迅速改变基因频率淘汰显性性状能够迅速改变基因频率设一随机交配群体中,红花植株占设一随机交配群体中,红花植株占84%,白花植株占,白花植株占16%则:白花基因频率则:白花基因频率q=0.16=0.4 红花基因频率红花基因频率p=1-0.4=0.6例如:例如:在一个包含开红和白花的豌豆群体中在一个包含开红和白花的豌豆群体中选留白花选留白花,只需经过一代选择就能把红花植株从该群体
14、中消灭,只需经过一代选择就能把红花植株从该群体中消灭。若将红花全部淘汰,则。若将红花全部淘汰,则 p=0 q=12022-12-282、淘汰隐性性状,改变等位基因频率的速度变慢、淘汰隐性性状,改变等位基因频率的速度变慢连续连续n代淘汰代淘汰,则隐性等位基因频率为:则隐性等位基因频率为:q0 1 1 qn=n=-1+nq0 qn q0一般地,基因频率接近一般地,基因频率接近0.5时,选择最有效;隐性基因很时,选择最有效;隐性基因很少时,选择或淘汰隐性基因效率就很低。少时,选择或淘汰隐性基因效率就很低。当当qn1/2q0时,时,n1/q0,这意味着隐性基因频率减,这意味着隐性基因频率减至初始频率一
15、半时所需的世代数是初始频率的倒数。至初始频率一半时所需的世代数是初始频率的倒数。2022-12-28举例:一个开白花和开红花的随机交配群体,在选举例:一个开白花和开红花的随机交配群体,在选择前群体中白花个体择前群体中白花个体625株,红花个体株,红花个体9375株。经株。经过若干代淘汰白花个体之后,群体内开白花植株只过若干代淘汰白花个体之后,群体内开白花植株只有有25株,开红花的株,开红花的9975株,试分析经历的选择代数株,试分析经历的选择代数。2022-12-28三、遗传漂变三、遗传漂变 在一个小群体中,由于个体间不能充分随机交配,因在一个小群体中,由于个体间不能充分随机交配,因而基因不能
16、达到完全自由分离和组合,使等位基因频率而基因不能达到完全自由分离和组合,使等位基因频率产生偏差,即导致抽样误差,叫做产生偏差,即导致抽样误差,叫做随机遗传漂变随机遗传漂变(random genetic drift),或叫,或叫遗传漂变遗传漂变(genetic drift)。一个群体愈小,遗传漂变作用愈大;当群体很大时一个群体愈小,遗传漂变作用愈大;当群体很大时,个体间容易达到充分随机交配个体间容易达到充分随机交配,遗传漂变的作用就消失遗传漂变的作用就消失了。了。2022-12-28用基因频率的标准差与样本大小的关系可以定量描述用基因频率的标准差与样本大小的关系可以定量描述遗传漂变作用遗传漂变作
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