第7章-群体遗传分析课件.ppt
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- 群体 遗传 分析 课件
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1、 或或(population)是指同一物种生)是指同一物种生活在某一地区的、能相互杂交的个体群。这样的活在某一地区的、能相互杂交的个体群。这样的群体也叫孟德尔式群体(群体也叫孟德尔式群体(Mendelian population)。)。研究研究的的和变化规律的科学。和变化规律的科学。指基因和基因型在群体中的分布。指基因和基因型在群体中的分布。(gene frequency)是指群体中)是指群体中某一基因的数量,即指等位基因的频率。某一基因的数量,即指等位基因的频率。(genotype frequency)是指)是指一个群体中不同基因型所占的比率。一个群体中不同基因型所占的比率。MN血型。有人在
2、一个地区调查血型。有人在一个地区调查747人人M血型血型 基因型为基因型为MM 223人人 占占31.2%N血型血型 基因型为基因型为NN 129人人 占占17.3%MN血型血型 基因型为基因型为MN 485人人 占占51.5%设设M的基因频率为的基因频率为p,N的基因频率为的基因频率为q,pq=1 p=MM十十1/2 MN=0.312+0.515/2=0.57 q=NN+1/2MN=0.173+0.515/2=0.43 例题例题思考题:思考题:ABO血型血型有人在一个地区调查有人在一个地区调查1000人群体。结果发现:人群体。结果发现:A型血型血300人人,B型血型血250人人,O型血型血3
3、00人,人,AB血型血型150人。请问复等位基因人。请问复等位基因、的频的频率各是多少?率各是多少?同样,如果已知基因频率也很容易推算出来同样,如果已知基因频率也很容易推算出来基因型频率。基因型频率。如如MN血型系统血型系统M的基因频率为的基因频率为p=0.57,N的基因频率为的基因频率为q=0.43,那么那么MM基因型(基因型(M血型者)频率血型者)频率=0.57*0.57NN基因型(基因型(N血型者)频率血型者)频率=0.43*0.43MN基因型(基因型(MN血型者)频率血型者)频率=?若等位基因若等位基因A,a的基因频率分别为的基因频率分别为p,q则三种基因型则三种基因型,的频率分别为的
4、频率分别为 (Law of genetic equilibrium;HardyWeinberg law)在一定的条件下:在一定的条件下:群体很大群体很大随机交配随机交配没有自然选择没有自然选择没有突变发生没有突变发生没有个体的大规模迁移没有个体的大规模迁移 群体中基因频率和基因型频率在一代一群体中基因频率和基因型频率在一代一代的繁殖传代中保持不变。代的繁殖传代中保持不变。假定假定Ap,aq,pq=l。(pq)21二项式展开,二项式展开,P22pqq2=lP2AA,q2aa,2pqAa。例如例如 一个群体一个群体 100人,人,AA 60人,人,Aa 20人,人,aa20人。这是一个遗传平衡群体
5、吗?人。这是一个遗传平衡群体吗?基基 因因 型型 数数 量量 频频 率率 AA 60 0.60AA 60 0.60 Aa Aa 20 0.20 20 0.20 aa aa 20 0.20 20 0.20 总计总计 100 1.0 100 1.0 AA 0.6Aa 0.2aa 0.2。再计算基因频率再计算基因频率:Ap=0.600.20/2=0.70 aq=0.20+0.20/2=0.30 aq=0.20+0.20/2=0.30 如果是遗传平衡的群体,如果是遗传平衡的群体,它应当符合:它应当符合:AA=pAA=p2 2=0.49 Aa=2pq=0.42 aa=0.49 Aa=2pq=0.42 a
6、a=q=q2 2=0.09=0.09先计算基因型频率先计算基因型频率F1F1基因型基因型 AAAA:AaAa:aaaa的比例变化的比例变化 F1 F1 精子精子 A A(0.700.70)a(0.30)a(0.30)卵子卵子A(0.70A(0.70)AA(0.49)AaAA(0.49)Aa(0.21)(0.21)a(0.30)Aa(0.21)aa a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)(0.09)即即AAAA(p p1 1)2 2=0.49=0.49,Aa(2pAa(2p1 1q q1 1)=0.42)=0.42,aa(qaa(q1 1)2 2=0.09=0.09达到了遗传平衡状态达到
7、了遗传平衡状态 再次随机交配再次随机交配 F2F2基因型基因型AAAA:AaAa:aaaa的比例变化的比例变化 F2 F2 精子精子 A A(0.700.70)a(0.30)a(0.30)卵子卵子A(0.70A(0.70)AA(0.49)AaAA(0.49)Aa(0.21)(0.21)a(0.30)Aa(0.21)aa a(0.30)Aa(0.21)aa(0.09)(0.09)即即AAAA(p p2 2)2 2=0.49=0.49,Aa(2pAa(2p2 2q q2 2)=0.42)=0.42,aa(qaa(q2 2)2 2=0.09=0.09以后各代中,都将保持这个基因频率和基因型频率,以后
8、各代中,都将保持这个基因频率和基因型频率,不再发生变化不再发生变化 。因此,因此,:一个群体中白化病的发病率为一个群体中白化病的发病率为1/20000,求致病基因频率;携带者频率求致病基因频率;携带者频率已知白化病是已知白化病是AR病,病,aa决定发病决定发病按遗传平衡定律计算:按遗传平衡定律计算:aa=q2=1/20000a=q=1/20000=0.007A=p=1-q=1-0.007=0.993 1Aa=2pq=20.9930.0070.014 在这个群体中,致病基因在这个群体中,致病基因a的频率为的频率为0.007,携带者的频率约为携带者的频率约为0.014。XR:等位基因位于等位基因位
9、于X染色体上,男性只有一条染色体上,男性只有一条X染色体染色体 红绿色盲在男性中占红绿色盲在男性中占7%,致病基因频率致病基因频率q=0.07女性红绿色盲发病率预期应为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,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,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。很少看到女性红绿色盲的患者。女性携带者频率女性携带者频率2pq=20.07=0.14 第三节第三节 影响遗传平衡的因素影响遗传平衡的因素 一、基因突变对遗传平衡的影响一、基因突变对遗传平衡的影响自然界中普遍存在着突变,每个基因都
10、有一定的自然界中普遍存在着突变,每个基因都有一定的突变率(突变率(mutation ratemutation rate),表示为表示为n n1010-6-6/代代.如一对等位基因如一对等位基因A(pA(p)和和a(qa(q),设设AaAa突变率为突变率为u u,aAaA突变率为突变率为v v。每一代中每一代中:pu:pu的的AaAa,qvqv的的aAaA。若若pupuqvqv,则,则aa若若pupuqvqv,则,则AA pu=qvpu=qv (1-q)u=qv u-qu=qv u=qu+qv u-qu=qv u=qu+qv u=q u=q(u+vu+v)q=u/u+v q=u/u+v 同理,同
11、理,p=v/u+vp=v/u+v中性突变(中性突变(neutral mutaitonneutral mutaiton):这种突变型既这种突变型既无害处亦无益处,选择性不显著无害处亦无益处,选择性不显著如我国汉族人群中,对苯硫脲(如我国汉族人群中,对苯硫脲(PTC)缺乏尝味)缺乏尝味能力的味盲(能力的味盲(tt)的频率为)的频率为9,味盲基因(,味盲基因(t)的频率为的频率为0.3,这里,这里U=0.910-6/代代,V=2.110-6/代代q=u/u+v=0.9/0.9+2.1=q=u/u+v=0.9/0.9+2.1=0.3 遗传平衡的群体中遗传平衡的群体中 选择(选择(selection):
12、增高或降低个体的适合度(增高或降低个体的适合度(f f)。)。适合度(适合度(fitnessfitness):是指个体在一定条件环境下,是指个体在一定条件环境下,能生存并传递其基因于下代的能力。适合度用相能生存并传递其基因于下代的能力。适合度用相对生育率(对生育率(fertilityfertility)来衡量。)来衡量。例如,根据在丹麦的一项调查发现:例如,根据在丹麦的一项调查发现:108108名软骨发名软骨发育不全性侏儒生育了育不全性侏儒生育了2727个孩子,这些侏儒的个孩子,这些侏儒的457457个个正常同胞共生育了正常同胞共生育了582582个孩子。则侏儒患者的相对个孩子。则侏儒患者的相
13、对生育率(生育率(f f)为:)为:f=27/108f=27/108582/457=0.20582/457=0.20 选择的作用常用选择系数(选择的作用常用选择系数(selection selection coefficientcoefficient,S S)来表示。)来表示。S S代表在选择的作用下,降低了的适合度代表在选择的作用下,降低了的适合度S=1-fS=1-f例如,软骨发育不全性侏儒的选择系数例如,软骨发育不全性侏儒的选择系数。Ap,aqA是有害的致病基因,当选择对显性基因是有害的致病基因,当选择对显性基因A不利时,杂合子不利时,杂合子Aa和纯合子和纯合子AA都会被淘汰。都会被淘汰。
14、这样,基因这样,基因A最终会从群体中消失。这时如最终会从群体中消失。这时如要达到遗传平衡,就要靠基因要达到遗传平衡,就要靠基因a突变为基因突变为基因A来补偿。来补偿。在选择的作用下,每一代中基因频率的改变将为在选择的作用下,每一代中基因频率的改变将为在一个遗传平衡的群体中,被淘汰在一个遗传平衡的群体中,被淘汰p p必将由突变率必将由突变率来补偿,以维持平衡。来补偿,以维持平衡。即即ADAD患者都是杂合体患者都是杂合体 H=2pqH=2pqP P的值很小,所以的值很小,所以q=1q=1H=2pH=2p;p=1/2Hp=1/2H 其选择系数为其选择系数为S S例如例如 软骨发育不全是软骨发育不全是
15、ADAD病在丹麦的哥本哈根市调查几年出病在丹麦的哥本哈根市调查几年出生的生的9407594075个孩子中,有个孩子中,有1010个患软骨发育不全性侏儒症,个患软骨发育不全性侏儒症,其发病率为其发病率为10/94075=0.000106310/94075=0.0001063。已知本病的选择系数(已知本病的选择系数(S S)为)为0.800.80。公式公式v=SP=Sv=SP=S1/2H1/2H来求突变率来求突变率v=0.80v=0.801/21/20.0001063=0.0000425=42.50.0001063=0.0000425=42.51010-6-6/代代 隐性有害基因隐性有害基因a a
16、只有在只有在aaaa状态下才面临选择,状态下才面临选择,aaqaaq2 2;选择系数选择系数S S,则每一代中,将有则每一代中,将有SqSq2 2隐性基因被淘汰。隐性基因被淘汰。在一个遗传平衡的群体中,这必将由突变率在一个遗传平衡的群体中,这必将由突变率u u来补偿来补偿即即例如,苯丙酮尿症是一种隐性遗传病,在我国人群中例如,苯丙酮尿症是一种隐性遗传病,在我国人群中的发病率约为的发病率约为1 11650016500,即,即 0.000060.00006。已知这种病患者的已知这种病患者的f=0.15f=0.15,所以,所以,S=0.85S=0.85。代人公式代人公式u=Squ=Sq2 2=0.8
17、5=0.850.00006=510.00006=511010-6-6/代。代。一定条件下,一个群体的突变率可明显增一定条件下,一个群体的突变率可明显增高,形成高,形成(mutation pressure),使某),使某个基因频率增高。个基因频率增高。受某种环境条件的影响,某些突变型选择作受某种环境条件的影响,某些突变型选择作用,使突变基因的频率降低,即用,使突变基因的频率降低,即。一个群体保持遗传平衡,就是一个群体保持遗传平衡,就是和和之间达到平衡,这样,使群体的遗传结构之间达到平衡,这样,使群体的遗传结构趋于稳定,达到平衡状态。趋于稳定,达到平衡状态。随机遗传漂变(随机遗传漂变(random
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