1、第七章 群體遺傳,概要,什么是群體遺傳學？ 群體遺傳組成 基因頻率和基因型頻率。 Hardy Weinberg 平衡定律。 影響基因頻率的因素。 近親婚配及其對群體遺傳素質的影響。,Population/Gene Pool,Population = group of organisms of the same species living in the same geographical area and mating with each other/群體 = 屬于一個物種、生活在同一地區(qū)、并能相互雜交的個體群，是物種的基本結構單位。,Gene pool = all alleles in po

2、pulation/基因庫 = 一個群體所具有的全部遺傳信息，即含有在特定位點的全部等位基因。,Population Genetics,Study of Genetic constitute of Population and its variation./研究群體的遺傳組成及其變化規(guī)律的學科 Distribution of genes in population, maintenance of gene frequencies and genotype frequencies and their variations./研究群體中基因的分布、基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學。,對于醫(yī)學而

3、言，群體遺傳是要探討遺傳病的發(fā)病頻率、遺傳方式、致病基因頻率及其變化的規(guī)律，以了解遺傳病在群體中的發(fā)生和散布的規(guī)律，為預防、監(jiān)測和治療遺傳病提供重要的信息和措施。因此有人又稱之為遺傳流行病學（genetic epidemiology）。,The Area of Population Genetics focuses on,Estimation gene frequency and genotype frequency/怎樣估計群體的基因頻率和基因型頻率? Factors affecting gene frequency/哪些因素可影響基因頻率? How to improve genetic q

4、uality of offsprings/怎樣增進我們子孫后代的遺傳素質?,Genetic constitute of Population群體的遺傳組成,Genetic variations among different populations in the same species are built on difference in allele frequencies./由于同一物種內不同群體間的遺傳變異主要在于基因頻率的差異, 所以基因頻率是群體遺傳組成的基本標志。,Genetic constitute of Population,= Distributions or ratios

5、 of genes/alleles in a population/群體的遺傳組成 = 各種基因在群體里的分布或所占的比例。,Genotype q=0.4,p=0.4; q=0.6,在某一世代，基因的一個等位基因突變?yōu)榱硪粋€等位基因的頻率稱為突變率( mutation rate)。 以一對常染色體等位基因A、 a為例。A每代以頻率突變?yōu)閍，而a以頻率v反向突變?yōu)锳，最終達到平衡。,Consider freq(A) (p): A fraction (1-) of the A alleles do not mutate, while a fraction v of the a alleles mu

6、tate to A.,Hence, freq(A) at n+1 generation is:,P(n+1) = (1-)pn + vqn = (1-)pn + v(1-pn) = (1-v)pn + v So, p(n+1) = P(n+1) pn = v-(+v) pn When p(n+1） = 0; freq(A) reaches an equilibrium value: p = v/(+v),選擇（selection）,自然選擇（natural selection）和人工選擇（artificial selection）都是導致基因頻率變化的重要因素，就人而言，導致基因頻率變化的主要

7、選擇因素是自然選擇。,適合度(fitness，f) 是指一個個體能夠生存并把他的基因傳給下一代的能力，用相對生育率來表示。,選擇主要是通過增加和減少個體的適合度來影響基因平衡。或者說，當一個群體的不同個體的適合度不同時，選擇就會發(fā)生作用。,Example： 據(jù)調查， 108個軟骨發(fā)育不全的侏儒，共有小孩27人；而他們457個正常的同胞 ，共生育582個小孩。如果軟骨發(fā)育不全患者生育能力與正常同胞相同，108人中應有多少孩子？,582 ( 108 / 457 ) = 137. 5 而現(xiàn)在實際只有27個孩子，此癥的生殖適合度為： f = 27 / 137. 5 = 0. 1963,選擇作用的大小用

8、選擇系數(shù)(selective coefficient, S)來代表，是指某一基因型在群體中不利于生存的程度，用生育率降低的程度來表示: S1-f,例如，軟骨發(fā)育不全癥患者的選擇系數(shù)是: S = 1- 0.1963 = 0.8037,選擇壓力對遺傳平衡的影響,選擇對遺傳平衡的影響與選擇作用的強度有關，遺傳學中稱之為選擇壓力（selective pressure）。選擇壓力越大，選擇系數(shù)越高，引起的基因頻率的變化越明顯。,反之，如果選擇壓力降低則會使群體中的有害基因增加，即增加了群體的遺傳負荷。所謂遺傳負荷(genetic load)是指一個群體由于有害基因的存在而使其適合度降低的現(xiàn)象。,Sele

9、ction for/against recessive alleles is inefficient,When the allele is rare Why? - because then most recessive alleles are in heterozygotes Thus, rare disease-causing recessive alleles persist in the population in heterozygote carriers, even if they are lethal when homozygous,alleles in affected 2q2,

10、alleles in carriers 2pq,=,q,p,=,q,(1-q),=,q,1,=,= 1/10,000; q = 1/100, ,q2,Carrier/Affected Ratio for an autosomal recessive disease,q2,2pq,Disease Incidence,Carrier Frequency,Ratio Carrier/Affected,Is modern medical science ruining our gene pool?,Does saving the life of people with recessive geneti

11、c diseases decrease the fitness of our population?,homework,遺傳漂變(genetic drift),小群體中或隔離人群中，基因頻率的隨機波動稱為遺傳漂變(genetic drift)。由于群體較小，所以等位基因在傳遞過程中會使有的基因固定下來而傳給子代，有的基因則丟失，最終使此基因在群體中消失。,Drift in Bacteria,Generation,I,p=0.6; q=0.4,p=0.5; q=0.5,Why me?,遺傳漂變的速率取決于群體的大小。群體越小，漂變的速率越快，常常在幾代甚至一代后即可出現(xiàn)基因的固定和丟失。,遺傳漂

12、變的方向無法肯定，但是范圍卻可以估計。假設有一個容量為N的群體，考慮常染色體的某一基因座位，A和a，其基因頻率分別為p和q，則下一世代基因頻率改變的方差為：Varp = pq/2N,中性突變 隨機漂變學說,在分子水平上，僅很少一部分突變是有利的，多數(shù)突變是有害的、中性的。 自然選擇是一種保存有利突變和消滅有害突變的進化過程。 大部分新突變都將消失，少量新突變的固定依賴于隨機漂變。,在分子水平上，群體存在著巨大的遺傳變異，造成豐富的遺傳多態(tài)。 一個群體由最初的少數(shù)幾個人逐漸發(fā)展起來，則最初的人群對后代存在著顯著的影響，稱為“奠基者效應”（founder effect）。,遷移(migration

13、),遷移又稱移居，遷移的結果使不同人群通婚，彼此滲入外來基因，導致基因流動，可改變原來群體的基因頻率，這種影響也稱為遷移壓力。,遷移壓力的大小一般取決于： 1. 遷出和接受群體間基因頻率的差異。 2. 每代移入個體（基因）的數(shù)量。 遷移壓力的增強可使某些基因從一個群體有效地散布到另一個群體，稱為基因流(gene flow)。,Migration in Bacteria,Generation,I,p=0.6; q=0.4,p=0.5; q=0.5,Example: 對味盲(苯硫脲的嘗味能力缺乏, tt)的調查發(fā)現(xiàn)，在歐洲和西亞白人中，味盲基因頻率(t)= 0.60。在我國漢族人群中，味盲基因頻率

14、(t)= 0.30。而在我國寧夏一帶聚居的回族人群中， 味盲基因頻率(t)= 0.45。 可能原因：在唐代，歐洲和西亞的人，尤其是波斯人沿絲綢之路到長安進行貿易，以后又在寧夏附近定居，與漢族人婚后形成的基因流所致。,近親婚配consanguineous marriage,在4代之內有共同的祖先者均屬近親，如果他們之間進行婚配就稱為近親婚配 (consanguineous marriage)。,有親緣關系的配偶，從他們共同的祖先得到同一基因，又將該基因同時傳遞給他們子女而使之成為純合子的概率稱為近婚系數(shù)(inbreeding coefficient, F)。,有親緣關系的兩個人攜帶相同基因的概率

15、，稱之為親緣系數(shù)(coefficient of relationship)。,How many alleles do you have in common with.,Your dad / your kids ? Your sister ? Your half brother ? Your niece ? Your first cousin ? - How similar are you ?,C,D,E,F,How many alleles do brother and sister share?,D,A,E,D,E,B,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2 x 1/2 = 1/4 = fr

16、action of alleles D & E share from dad,1/2 x 1/2 = 1/4 = fraction of alleles D & E share from mom,1/4 + 1/4 = 1/2= fraction of alleles D & E share,C,D,E,F,D,G,A,E,H,D,G,E,H,B,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/16 = fraction of alleles G & H share from common grandfather,1/2 x

17、1/2 x 1/2 x 1/2 = 1/16 = fraction of alleles G & H share from common grandmother,1/16 + 1/16 = 1/8 = fraction of alleles G & H share,How many alleles do you have in common with.,Your dad / your kids ?1/2 Your sister ?1/2 Your half brother ?1/4 Your niece ? / Your uncle?1/4 Your first cousin ?1/8,近親系

18、數(shù)的計算 1. 常染色體基因,2. X連鎖基因,群體平均近婚系數(shù),對一個群體而言，用平均近婚系數(shù)（average inbreeding coefficient, a）來衡量群體近交的程度。,Example：有一群體共100人，其中5人來自表兄妹婚配（F=1/16），7人來自二級表兄妹婚配（F=1/64），其余88人父母無親緣關系（F=0）。這一群體的平均近婚系數(shù)是：,1 16,a =,5,+,7 ,1 64,100,= 0. 0042,近親婚配的危害,隱性純合子患者的概率 = Fq + (1 F)q2 = q2 + Fpq。 因此，群體中隱性致病基因的頻率愈低，近親婚配的危害也愈小。 隱性純合的相對風險（）= (q2 + Fpq)/ q2 = 1 + Fp/q。因此，近親婚配導致隱性純合的相對風險總是大于或者等于