第1页：第七章 群体遗传学
第七章群体遗传学
第2页：本章内容导览
本章内容第一节群体的遗传平衡第二节影响遗传平衡的因素第三节遗传负荷第四节群体中的遗传多态现象
第3页：群体(populatio（图示）
第4页：群体(population)
- 群体（population）
- 一个物种生活在某一地区内的、能够相互杂交(产生后代)的个体群。
- 群体遗传学（populationgenetics）
- 是研究群体中基因的分布及逐代传递中影响基因频率与基因型频率的变化规律的科学。
- 医学群体遗传学
- 研究人类致病基因在群体中的分布、变化规律的科学，也称遗传流行病学。第一节群体的遗传平衡
第5页：研究对象研究手段染色体数目和结构异常的类
研究对象研究手段染色体数目和结构异常的类型、发生率及与疾病的关系核型分析、FISH等细胞遗传学群体的基因频率、基因型频率及其和某些因素的关系。应用数学的思维和方法群体遗传学
第6页：一、基因频率与基因型频率
- 一、基因频率与基因型频率
- 基因频率（genefrequency）：群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例。AaA%=a%=p+q=1A+aA+a
- 基因型频率（genotypefrequency）：群体中某一基因型个体占群体总个体数的比例。AAAA%=AA+Aa+aa
第7页：1.基因型频率→基因频率设
- 1.基因型频率→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 q = NN + 1/2MNp + q =12.基因频率→基因型频率设：M的基因频率为p，N的基因频率为q，则MM= p2NN= q2MN=2pqp + q = 1 →（p + q）2= 1 →p2+ 2pq + q2=1↓ ↓ ↓MM MN NN
第8页：二、遗传平衡定律（图示）
- 在747人的人群中：MM有233人，MN有385人，NN有129人基因型频率：MM = 233/747 = 0.312MM MN NN0.312 0.515 0.173基因频率：p = M = (747×MM×2+747×MN)/(747×2)= MM + MN / 2 =0.57q = N = NN + MN/2 =0.43
- 以MN血型（共显性）为例:
第9页：二、遗传平衡定律(Hardy-Wei
二、遗传平衡定律(Hardy-Weinberg平衡定律)1908年，英国数学家Hardy和德国内科医生Weinberg分别同时提出遗传平衡定律。
第10页：群体的遗传平衡
- 1.内容：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。2.条件：
- （1）在一个很大的群体
- （2）随机婚配而非选择性婚配
- （3）没有自然选择
- （4）没有突变发生
- （5）没有大规模迁移
第11页：假设在一个理想的群体中
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a，基因频率：A = p a = q p + q = 1精子A（p）a（q）A（p）AA（p2）Aa（pq）a（q）Aa（pq）aa（q2）卵子第一代基因型频率AA = p2Aa = 2pq aa = q2
第12页：1.遗传平衡群体的判定（图示）
- AA (p2) Aa (2pq) aa (q2)AA AA×AA AA×Aa AA×aa(p2) (p4) (2p3q) (p2q2)Aa Aa×AA Aa×Aa Aa×aa(2pq) (2p3q) (4p2q2) (2pq3)aa aa×AA aa×Aa aa×aa(q2) (p2q2) (2pq3) (q4)父方基因型母方基因型
- 随机婚配：
第13页：1.遗传平衡群体的判定（图示）
- 第二代基因型频率为
- 后代AA Aa aa婚配类型频率AA×AA p4p4AA×Aa 4p3q 2p3q 2p3qAA×aa 2p2q22p2q2Aa×Aa 4p2q2p2q22p2q2p2q2Aa×aa 4pq32pq32pq2Aa×aa q4q4AA = p4+ 2p3q + p2q2= p2（p2+ 2pq + q2）=p2（p + q）2= p2Aa = 2p3q + 2p2q2+ 2p2q2+ 2pq3=2pq（p2+ 2pq + q2）= 2pq（p + q）2= 2pqaa = p2q2+ 2pq2+q4= q2（p2+ 2pq + q2）=q2（p + q）2= q2A= AA + 1/2 Aa = p2+1/2(2pq)= p a = aa + 1/2 Aa =q2+ 1/2(2pq) = q
第14页：1.遗传平衡群体的判定
- 1.遗传平衡群体的判定
- 平衡时：基因频率：p+q=1基因型频率：观察值与预期值相符AA：Aa：aa = p2：2pq：q2
- 不平衡时：比例不相符
- 三、Hardy-Weinberg平衡的应用
第15页：HWE Test（图示）
- 在1000人群体中
- AA基因型600人Aa基因型340人aa基因型60人p=0.77 q=0.23Genotype Expected ObservedAA 592.9 600Aa 354.2 340aa 52.9 60 2＝1.607P>0.05
第16页：HWE Test
HWE Test
第17页：2.计算基因频率（图示）
- 思考题
- 下列那个群体符合遗传平衡群体？请说明理由1 . AA 0% Aa 60% aa 40%2 . AA 60% Aa 0% aa 40%3 . AA 36% Aa 48% aa 16%4. AA 64% Aa 20% aa 16%
第18页：2.计算基因频率
- 2.计算基因频率
- 在已知某一性状频率的群体中，确定等位基因频率和杂合子携带者频率。例如：已知白化病的发病率为1/10000，求白化病致病基因频率q和携带者频率。白化病为AR遗传病，患者为致病基因的纯合子，因此：发病率= q2= 1/10000 q = 1/100 p = 1－q = 99/100携带者频率= 2pq = 2×1/100×99/100 = 0.0198
本页为表格页，源文件提取文字存在粘连，表格结构待人工还原。
第19页：对于一种罕见的AR遗传病致病基因频率
对于一种罕见的AR遗传病致病基因频率q很低，正常基因频率p≈1：杂合携带者频率= 2pq =2q即杂合携带者频率约为致病基因频率的2倍。杂合携带者2pq 2纯合患者q2q提示：致病基因频率q越低，致病基因在群体中主要以杂合携带者形式存在。==
第20页：对于一种罕见的AD遗传病
对于一种罕见的AD遗传病群体发病率=AA+Aa=p2+2pq，p + q = 1。由于致病基因频率p很低，p2可以忽略，q ≈1，因此：发病率= p2+2pq ≈ 2pq ≈ 2pp= ½发病率杂合子患者2pq全部患者p2+ 2pq提示：AD遗传病患者多为杂合子患者，纯合子患者少见。== 1
第21页：对于一种罕见的XR遗传病致病基因频率
对于一种罕见的XR遗传病致病基因频率q很低，男性患者=致病基因频率= q女性患者=致病基因频率的平方= q2男性患者q 1女性患者q2q提示：疾病越罕见，q越低，女性患者越罕见。==
第22页：对于一种罕见的XD遗传病致病基因频率
对于一种罕见的XD遗传病致病基因频率p很低正常基因频率q≈1男性患者=致病基因频率= p女性患者= p2+ 2pq ≈ 2p男性患者女性患者提示：XD遗传病女性患者多于男性患者。= 1/2
第23页：第二节 影响遗传平衡的因素条件影响因素
- 第二节影响遗传平衡的因素条件影响因素
- （1）在一个很大的群体小群体
- （2）随机婚配而非选择性婚配近亲婚配
- （3）没有自然选择选择
- （4）没有突变发生突变
- （5）没有大规模迁移迁移和基因流
第24页：一、非随机婚配
- 一、非随机婚配
- 选型婚配(assortative mating)选择具有某些特征（如身高、智力、种族）的配偶。
- 近亲婚配(consanguinous mating)有共同祖先血缘关系的亲属之间的婚配，提高后代有害隐性基因纯合子的比例。
第25页：近亲婚配(consanguinousma
- 近亲婚配(consanguinousmating)在3~4代内有共同祖先的个体之间的婚配。
- 近婚系数(inbreedingcoefficient)近亲婚配中的二人，他们可能从共同祖先继承到同一基因，婚后又可能把同一基因传递到他们的子女。近亲婚配使子女得到一对相同基因的概率，称为近婚系数（F）。
第26页：1.常染色体
- 1.常染色体基因近婚系数的计算
- 每传一代，得到一个等位基因的概率是1/2
第27页：对于常染色体上基因来说（图示）
- 同胞兄妹婚配
- A1A1=（1/2）4A2A2=（1/2）4A3A3=（1/2）4A4A4=（1/2）4F = 4 （1/2）4= 1 / 4一级亲属间的近婚系数为1/4
第28页：对于常染色体上基因来说（图示）
- 舅甥女婚配
- A1A1=（1/2）5A2A2=（1/2）5A3A3=（1/2）5A4A4=（1/2）5F = 4 （1/2）5= 1 / 8二级亲属间的近婚系数为1/8
第29页：对于常染色体上基因来说（图示）
- 表兄妹婚配
- A1A1=（1/2）6A2A2=（1/2）6A3A3=（1/2）6A4A4=（1/2）6F = 4 （1/2）6= 1 / 16三级亲属间的近婚系数为1/16
第30页：对于常染色体上基因来说（图示）
- A1A1=（1/2）8A2A2=（1/2）8A3A3=（1/2）8A4A4=（1/2）8F = 4 （1/2）8= 1 / 64
- 二级表兄妹婚配：
第31页：对于常染色体上基因来说
- 对于常染色体上基因来说
- 一级亲属近婚系数为1/4二级亲属近婚系数为1/8三级亲属近婚系数为1/16F常n=12n+1小结
第32页：2. X染色体
- 2. X染色体基因近婚系数的计算
- 女性有两条X染色体，可以形成纯合子，会受到近亲婚配的影响。男性为半合子，近亲婚配不受影响。计算X连锁基因的F值时，只计算女性F值。
- 传递特点：男性的X连锁基因一定传给女儿，传递概率为1男性的X连锁基因不可能传给儿子，传递概率为0女性的X连锁基因传给女儿和儿子的传递概率为1/2
第33页：对于常染色体基因来说（图示）
- 姨表兄妹婚配
- X1X1=（1/2）3X2X2=（1/2）5X3X3=（1/2）5F =（1/2）3+ 2 （1/2）5= 3 / 16
第34页：对于常染色体基因来说（图示）
- 舅表兄妹婚配
- X1X1= 0X2X2=（1/2）4X3X3=（1/2）4F = 2 （1/2）4= 1 / 8
第35页：对于常染色体基因来说（图示）
- 姑表兄妹婚配
- X1X1= 0X2X2= 0X3X3= 0F = 0
第36页：对于常染色体基因来说（图示）
- 堂表兄妹婚配
- X1X1= 0X2X2= 0X3X3= 0F = 0
第37页：对于常染色体基因来说
- 对于常染色体基因来说，三级亲属F=1/16
- 对于X连锁基因来说：姨表兄妹F=3/16舅表兄妹F=2/16姑表兄妹和堂兄妹F=0
- 所以对于X连锁疾病，姨表兄妹婚配或舅表兄妹婚配比姑表兄妹或堂表兄妹危害还要大，姨表兄妹近亲婚配危害最大。小结
第38页：二、选择
- 二、选择
- 选择反映环境因素对特定表型或基因型的作用。
- 实际上对特定缺陷的表型往往由于生育能力下降，呈现负性选择。
- 遗传学上用适合度(f)来衡量生育能力的大小。
第39页：1.适合度(fitness
- 1.适合度(fitness，f)：
- 概念：一定环境条件下，某一基因型个体能够生存并将基因传给后代的相对能力。一般用在同一环境下不同个体间的相对生育率衡量。
- 计算：例如：软骨发育不全的侏儒108人，共生育了27个子女，这些侏儒的457个正常同胞共生育了582个子女，求f=？27/108582/457
- f=0表示遗传性致死，无生育力；f=1表示生育力正常。0 f 1f = = 0.2
本页为表格页，源文件提取文字存在粘连，表格结构待人工还原。
第40页：2.选择系数
- 2.选择系数(selectioncoefficient，s)：
- 概念：在选择作用下适合度降低的程度。
- 计算：s=1-f
- s反映某一基因型在群体中不利于存在的程度。
- 选择对于显性基因的作用比较有效；对于常染色体隐性有害基因作用较慢；对于X连锁隐性有害基因,若提高受累男性的适合度，则明显增加有害基因频率。
第41页：3.杂合子优势
- 3.杂合子优势：
- 选择还可以通过增加适合度而呈正性选择。
- 杂合子优势：对于某些常染色体隐性遗传病，杂合子比纯合子具有更高的适合度。例如：镰形细胞贫血纯合子患者：严重的溶血性贫血和持续恶病质，f明显降低。杂合子个体：具有镰形细胞性状的红细胞被疟原虫寄生后，比寄生在正常红细胞更有效地被清除，杂合子个体对疟疾具有相对免疫力，f增加。
第42页：三、突变
- 三、突变
- 突变率用每代每个配子中每个基因座的突变数量表示。
- 突变—选择平衡：AD :I = 2p = sp = ½ I (1-f)XR :I = q =⅓sq =⅓I (1-f)AR :I =q2 = sq2 = I (1-f) ：每代每个基因的突变率I：人群中某一性状的频率（发生率）p和q：基因频率s：选择系数f：适合度
第43页：四、遗传漂变（图示）
第44页：四、遗传漂变
- 四、遗传漂变
- 随机遗传漂变(genetic drift)在小群体中，由于所生育的子女数目少，可导致等位基因频率产生相当大的随机波动。
第45页：建立者效应(foundereffect)
建立者效应(foundereffect)在小群体中，由于偶然，某些隐性突变基因携带者，在逐代传递中该基因频率高于原来的整个群体，也可能某等位基因不可传递而消失，仅有另一等位基因。
第46页：建立者效应(foundereffect)
建立者效应(foundereffect)
第47页：五、基因流
- 五、基因流
- 基因流(gene flow)随着群体迁移两个群体混合并相互杂交/婚配，新的等位基因进入另一群体，将导致基因频率改变，这种等位基因跨越种族或地界的渐进混合称为基因流。
第48页：第三节 遗传负荷
- 第三节遗传负荷
- 一、遗传负荷
- 遗传负荷是指在一个群体中，由于致死基因或有害基因的存在而使群体适合度降低的现象。
- 突变负荷：由于基因的有害或致死突变而降低了适合度，给群体带来的负荷。
- 分离负荷：由于杂合子(Aa)和杂合子(Aa)之间婚配，后代中有1/4为纯合子(aa)，其适合度降低，因而导致群体适合度降低。
第49页：二、影响遗传负荷的因素
- 二、影响遗传负荷的因素
- 近亲婚配：近亲婚配可以增加罕见的隐性有害基因的纯合子频率，因而增加了群体的分离负荷。
- 环境因素：环境中存在有害因素，可以诱发基因突变、畸形和癌的发生，从而增加群体的突变负荷。
第50页：第四节 群体中的遗传多态现象
- 第四节群体中的遗传多态现象
- 遗传多态性是指在一个群体中存在由遗传决定的两种或两种以上的基因型或变异型，其中频率最低的形式也远远高于以来突变所能维持的频率。
- 对于同一基因座上的两个或两个以上的等位基因，等位基因频率至少为0.01，携带该等位基因的杂合子频率大于2%，则认为该基因座具有多态性。
第51页：一、DNA多态性
- 一、DNA多态性
- RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)限制性片段长度多态性第一代遗传标记
- VNTR(variablenumberoftandemrepeat)可变数目串联重复第二代遗传标记
- SNP(singlenucleotidepolymorphism)单核苷酸多态性第三代遗传标记
第52页：二、染色体多态性
- 二、染色体多态性
- 染色体多态性是指正常人群中经常可以见到各种染色体形态的微小变异，又称异型性(heteromorphism)。
- 主要表现：染色体长度随体的大小副缢痕的大小及出现率Q、G、C带的多态性
第53页：Y染色体的各种变异（A）标准型
Y染色体的各种变异（A）标准型（B）缺乏荧光节段的小Y（C）有三个荧光节段的长Y（D）异常结构的荧光节段（E）具有“随体”的Y染色体（F）具有中央着丝粒的Y染色体
第54页：近端着丝粒染色体
近端着丝粒染色体的变异（A）标准型（B）短臂增大（C）短臂缺失（D）随体增大（E）串珠状随体（F）分叉的随体
第55页：染色体上的异常浓缩（A）标准型
染色体上的异常浓缩（A）标准型（B）异常浓缩和断裂（C）染色体部分的内复制
第56页：1号染色体的异常浓缩Duffy血型系谱
- 1号染色体的异常浓缩Duffy血型系谱
- 染色体多态性遵循孟德尔遗传，可用于基因定位。
第57页：三、蛋白质多态性
- 三、蛋白质多态性
- 氨基酸替代改变蛋白质的净电荷，电泳时蛋白质泳动速度不同。
第58页：四、酶多态性
- 四、酶多态性
- 酶多态性表现为许多酶存在同工酶的现象。
- 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
- 类型：多座位同工酶复等位基因同工酶翻译后同工酶
第59页：五、抗原多态性
- 五、抗原多态性
- 红细胞抗原系统ABO血型系统MN血型系统Rh血型系统
- 白细胞抗原系统主要组织相容性复合体（MHC）人类白细胞抗原（HLA）
