群体遗传学和进化论

《群体遗传学和进化论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《群体遗传学和进化论（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十六章 群体 遗传与进化 生物的存在及进 化是以群体为单位。 群体遗传学是研究一 群个体的遗传规律。 它涉及群体中的遗传 变异方式及这些方式 怎样发生改变或进化 的。群体遗传学研究 的对象不再是细胞或 个体，而是孟德尔式 群体（Mendelian population）。 孟德尔群体是由一群可交配繁殖的个体组 成，这些个体具有共同基因库（gene pool ）中某些套基因。 基因库是由孟德尔群体中的各个体的基因 的总和。 群体遗传学需要研究是基因在群体中的 行为。它涉及到对环境的研究，也涉及到 进化机制的研究。进化虽可以从很多不同 的角度，用各种不同的方法加以研究，但 归根结蒂，它就是一个基

2、因频率变动的过 程。所以群体遗传学的中心任务就是研究 基因频率变化的动力学。 群体遗传的理论基础是建立在遗传学和 进化论上。在三十年代由三位杰出的学者在 以上基础上建立群体遗传学， R.A.Fisher（1928年出版了自然选择的遗 传学理论） S.Wright(1931年在Genetics刊物发表了著 名论文在孟德尔式群体中的进化) J.B.S.Haldame (1932年出版了进化的原 因一书) 第一节 群体的遗传结构 为了研究孟德尔式群体的遗传组成，群 体遗传学必须首先讨论群体的基因库。 群体的基因库是一群有性生殖的个体中 所有基因的总和。 基因库可用基因频率和基因型频率来描述 。 一、

3、群体的遗传结构 1. 基因频率(gene frequency)：一个二倍 体中某基因座位上，某 一等位基因在该位点所 有等位基因中所占的比 率。 2. 基因型频率 (geotype frequency)： 群体中特定类型的基因 型个体的数目，占个体 总数目的比率。 高加索人中有43%的人是 红色头发，那么在这个群 体中红发的频率就是43% 。 计算一个特定基因座的基 因型频率，可以统计群体 中带有一种特殊基因型的 个体数。这个特定座位上 各种基因型频率之和应为 1。 E.B.Ford在英国收集了 497只虎蛾，统计它们的 基因型 分别为： BB = 452， Bb = 43， bb = 2 。

4、 它们的基因型频率分别是 P = f (BB) = 452497 = 0.909 H = f (BB) = 43497 = 0.087 Q = f (bb) = 2497 = 0.004 合计：1.000 基因频率（gene frequencies）又称 等位基因频率。 基因频率的使用 常优于基因型频率 。 在有性生殖的生物中形 成配子时，配子只含等位 基因，而并无基因型。在 代代相传的过程中只有等 位基因是连续的，而基因 库的进化也是通过等位基 因频率的改变。 首先等位基因总是比基因型少一些，这样使用基因频率 基因库就可以用较少的参数来描述。若一个座位有3个 等位基因，那么就要用6种基因型频

5、率来描述基因库， 若用基因频率的话用3种就可以了。 假设有个群体有1000个二倍体个体，其中353个为AA ，494为Aa和153为aa，每个AA型个体有2个A等位基因， 而Aa杂合子中只有一个A等位基因，因此在此群体中A等 位基因的数应为： 2AA的数+Aa的数 =（2353）+ 494 = 1200。 由于每个2倍体个体在此座位上有两个等位基，所以 群体中等位基因的总数应是个体数的2倍，即10002。用 这个等式来表示基因频率是12002000 = 0.06 当一个座位上存在两个等位基因时我们可用下列方式来 计算基因频率： 两个等位基因的频率，一般用p 、 q 表示。 2个体总数 设：在个

6、个体的群体中，在常染色体有一对等位基因、a，其 可能的基因型为：AA、Aa、aa。 如果群体有n1AA n2Aa n3aa个体，n1 n2 n3=N. 于是此3种基因型的频率为： AA： D= n1/N Aa: H=n2/N aa: R=n3/N D+H+R=1，D显性；H杂合；R隐性. 等位基因A的频率为p=(2n1+n2)/2N=D+H/2 同理,等位基因a的频率q=(2n3+n2)/2N=R+H/2 所以p+q=1. 同时公式反映出了基因频率与基因型频率的关系。 例：P462 1)中国汉族人群中PTC尝味能力分布。 2）MN血型在中国人中的分布 TT的基因型频率 490/1000=0.4

7、9 tt的基因型频率 90/1000=0.09 Tt的基因型频率 420/1000 =0.42 T的基因频率 1400/(10002) 0.07 t的基因频率 600/(10002) 0.03 根据公式 P(T) =D+1/2H =0.49+1/20.42 =0.7 P(t) =R+1/2H =0.09+1/20.42 =0.03 复等位基因的基因频率 假设现在在一个座位上有3个等位基因A1， A2和A3，我们想确定这些基因的频率。我们可采 用与二个等位基因相同的方法，即每种等位数除 以群体中这个座位上等位基因的总数： 牛奶草甲虫遗传变异的研究资料为例：Walter Eanes和 他的同事们测

8、定了编码葡萄糖磷酸变位酶（PGM）这一座 位上的基因频率。此座位上发现有3个等位基因，每个等位 基因编码了此酶的不同分子变异体，在一个群体中基因型的 数目收集如下：AA = 4，AB = 41，BB = 84，AC = 25， BC = 88，CC = 32，共计274个甲虫。它们的等位基因频率 是： 在以上计算中某等位基因纯合体乘2，杂合体不乘2，相加以后除以2倍群体中具有此座 位个体数。注意分子的部分不能将各种杂合体数都加上，而只能加带有我们所计算的那 个等位基因的杂合体。用以上同样的方法我们可以计算出具有更多等位基因的基因频率 。 不同民族中的基因频率不一致！ 群体中，基因频率非常重要，

9、 可作为衡量一个群体的遗传组成！ X-连锁座位上的基因频率 计算X-连锁座位上的基因频率是较为复杂的，因为雄性 只有单个的X-连锁等位基因。但我们仍可以用计算常染色上 基因频率相同的方法来计算。在雌性纯合体中带有两个相同 的X-连锁等位基因，而在雌性异合体中也只有一个特定的等 位基因。而在所有雄性中只有一个。 新疆维、汉两民族载脂蛋白E基因多态性及其 与血脂关系的研究 王新利 王国荃 徐臻荣 肖碧玉 张桂芝 姜瑞 中华医学遗传学杂志 1999年 第2期 载脂蛋白E(ApoE)是血浆中乳糜微粒 (CM)、极低密度脂蛋白(VLDL)及 中间密度脂蛋白(IDL)与肝脏ApoE 受体或ApoB.E受体

10、结合的连接物， 在调节血脂和脂蛋白 在体内代谢方面起着非常重要的作用。 ApoE是由人类第19号染色体长臂上的1个基因位点的3个常见等 位基因所编码，由于具有共显性遗传的特点，人群中有6种不同的 基因型，相对应的也有6种表型，3种纯合子(E2/2，E3/3，E4/4)和 3种杂合子(E2/4,E2/3,E3/4) 编码ApoE的3种常见等位基因的 相对频率存在明显的种族差异。 对新疆及汉族人群的ApoE基因多态性采用聚合酶连反应结 合限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)分析的方法进行了测定， 并对两民族ApoE基因多态性与血脂的关系进行了对比分析。 nApoE基因型检测 全部受试者采早晨空

11、腹 肘静血，ACD抗凝血0.5ml，非抗凝血3ml( 用于测量血脂)。 n(1)取ACD抗凝血，采用蛋白酶K消化，酚 、氯仿抽提，异丙醇沉淀DNA。75%乙醇 漂洗2遍，DNA溶于200l TE(pH=8.0)中。 n(2)引物按Emi等4报道设计。F4为5- ACAGAATTCGCCCCGGCCTGCTACA-C- 3，F6为5-TAAGCTTGGCACGGCT- GTCCAAGGA-3。 n(3)DNA扩增：PCR反应体 积50l，含10Buffer5l， 4dNTP200mol，引物各 25pmol，基因组DNA约 0.5g及10%DMSO。首先 96预变性10分钟，而后 加入2U Ta

12、q酶(华美公司提 供)，按94变性40秒，复 性6140秒，延伸711 分钟，循环30次(DNA Amplier, BoiRad GenecyclerTM)，最后1个 循环72延伸5分钟。 PCR产物经1.5%琼脂糖凝 胶电泳，紫外线透射灯下 进行检测，在244bp处出 现荧光带，为特异性PCR 产物。 PCR扩增ApoE 第4外显子中的 部分片段 16是PCR产物； M是PCR marker (4)限制性内切酶酶切PCR产物 ：PCR扩增产物中加入 10UHha(Promega公司产 品)，37酶切4小时，酶切 产物直接进行聚丙烯酰胺凝 胶电泳分离。凝胶浓度为8% ，于200V恒压下垂直电泳

13、3 小时(电泳仪为BioRad Power/DAC3000)，0.5g/ml 溴乙啶中染色30分钟。紫外 线透射灯下观察结果。纯合 子E2/2在91bp和83bp出现荧 光条带；E3/3在91bp和48bp 出现荧光条带；E4/4在72bp 和48bp出现荧光条带。杂合 子E4/2出现91bp、83bp、 72bp和48bp条带；E3/2出现 91bp、83bp和48bp条带； E4/3出现91bp，72bp和48bp 条带。 Hha 酶切ApoE PCR产物的 实验图 16分别代表基因型 E4/4、E4/2、E4/2、E3/2、 E2/2、E3/3；M为PGEM- 72f(+)/Hae111

14、DNA参数 维吾尔族和汉族ApoE基因型及等位基因频率分布比较 基因型分析中两民族均以E3/3型最常见，但在维吾尔族中E3/4 次之，而在汉族为E3/2次之，两组比较存在统计学差异。 n维吾尔族ApoE不同等位基因血脂、脂蛋白比较 汉族ApoE不同等位基因血脂、脂蛋白比较 维、汉两民族血脂检测值按ApoE不同等位基因分为 2携带组(E2/2、E3/2)、3纯合组(E3/3)、 4携带组(E4/4、E4/3)进行分析， 不论维吾尔族还是汉族均以4携带组 TC及LDL-C最高， 3携带组居中，2携带组最低。 n正常人群中ApoE的6种基因型分布不匀等，以 E3/3 发 生频率最高，超过50%，含3

15、的杂合子(E4/3，E3/2)居中 ，E2/2、E4/4和E2/4发生频率最低。因此一般认为等位基 因3为野生型，2，4是发生在两个不同部位单一核苷酸 突变的结果。 n近年来，世界范围内大样本群体调查发现ApoE基因型分 布在欧美高加索人种以E3/3为最常见，其次为E3/4。而亚 洲蒙古人种虽以E3/3为最常见，但其次为E2/3。 n结果显示，150名汉族ApoE基因型分布与亚洲蒙古人种相 似，而163名维吾尔族ApoE基因型分布与高加索人相似， 以E3/3为最常见，其次为E3/4。 民族识别与鉴定！ n对来自不同国家、不 同人群的研究发现， 在血脂正常的人群中 ，不同ApoE表型者的 血浆TC、LDL-C水平 高低依次是E4E4 E4E3E3E3E3E2 E2E2。这种ApoE 表型影响个体间血浆 TC、LDL-C的作用并 不受环境和其他遗传 背景的干扰。 不同A