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1、第一章： 群体遗传学的基本概念与原理 2008基本内容基因频率与基因型频率 1Handy-Weiberg平衡定律 2亲属对基因型联合分布 3常染色体位点连锁相不平衡 4影响群体结构的因素（迁移，突变，选择） 5一、基因频率与基因型频率v1、群体的遗传结构 孟德尔群体(Mendelian population): 一个 孟德尔群体，是一群能够相互繁殖的个 体，它们享有一个共同的基因库。在有 性繁殖的生物中，一个物种就是一个最 大的孟德尔群体。一、基因频率与基因型频率v2、 等位基因频率(alleles frequency)：在一个二倍体的某特定基因座上某 一等位基因占该座位上等位基因总数的 比率
2、为该等位基因的频率。这是群体遗 传结构的一个最基本的测度(p,q)。一、基因频率与基因型频率v3、基因型频率(genotype frequency)：群体中某特定基因型个体的数目，占 个体总数目的比率。D, H, R一、基因频率与基因型频率v4、基因频率计算P(AA)=D； P(Aa)=H；P(aa)=R；p=P(A)=P(A|AA)P(AA)+P(A|Aa)P(Aa)+P(A|aa)P(aa)=D+(1/2)Hp=D+(1/2)Hq=R+(1/2)H一、基因频率与基因型频率v5、基因频率计算例1(记数法)： Greenland血型数据(据569个体) ：M 83.5%, MN 15.6%,
3、N 0.9%.计算基因频率解：定义M、MN和N的频率为D、H和R；等位基因M、N的频率为p和q。我们有p = D + 1/2H = 0.835+0.5X0.156 = 0.913q = R + 1/2H = 0.09 + 0.5X0.156 = 0.087注意：如果是频数资料，则：p = (2D + H) /2N;q = (2R + H)/2N 。二、Hardy-Weinburg定律v1、基本概念随机交配(Panmixia):在有性生殖生物中，一种性别的任何一个个 体有同样的机会和相反性别的个体交配的方式称 随机交配(random mating)。即各种类型的个体交配的频率完全取决于自 身频率
4、的大小，而不受任何其他因素的影响。实 行随机交配的结果是所有的基因型都是孟德尔式 分离所产生的配子随机结合而形成的。二、Hardy-Weinburg定律v2、Hardy-Weinburg定律在随机交配下的孟德尔群体中，若没有其他因素（基因 突变、选择、迁移）的干扰，基因频率世代相传不变。无论群体的起始成分如何，经过一个世代的随机交配之 后，群体的基因型频率的平衡建立在下列的H-W公式之中 ：(pA+qa)2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa), 平衡群体的基因型 频率决定于它的基因频率。只要随机交配系统得以保持，基因型频率保持上述平衡 状态不会改变。二、Hardy-Weinburg定律
5、v（1）P(AA)=p2; P(Aa)=2pq;P(aa)=q2(2)只要随机交配系统得以保持，基因型频率保持上述平衡状态不会改变，子代频率仍为：P(AA)=p2; P(Aa)=2pq;P(aa)=q2二、Hardy-Weinburg定律3、Hardy-Weinburg定律证明二、Hardy-Weinburg定律v4、Hardy-Weinburg平衡检验二、Hardy-Weinburg定律v5、Hardy-Weinburg平衡检验例三、亲属对基因型联合分布 v1、基本概念亲属（relative）:有血缘关系的人，有血缘关系意 味着基因来源相同，即有相同的祖宗。遗传学中的血缘关系是相对的，一般指
6、三代以内 的亲属关系，一对夫妻如果不是近亲结婚则不是 亲属。而父子、兄弟、祖孙则称之为亲属对（relative pair）三、亲属对基因型联合分布v 2、父子对与兄弟对（同父女、母女等；并假定满足随机婚配与哈代-温伯格平衡定律；二等位基因A，a频率分别为p ，q；符号：父亲F，儿子S，母亲M）父子总和 AAAaaa AAp3p2q0p2 Aap2qpqpq22pq Aa0pq2q 3pq2 总和p22pqpq21三、亲属对基因型联合分布父子总和 AAAaaa AAp3p2q0p2 Aap2qpqpq22pq Aa0pq2q 3pq2 总和p22pqpq21FMP（ FM ，S=AA） AAAA
7、 AAAaP4 p3qP（ F=AA，S=AA）= P（ F=AA，M=AA，S=AA）+ P（ F=AA，M=Aa，S=AA）= P4+ p3q=p3推导：三、亲属对基因型联合分布v 3、兄弟对兄弟总和AAAaaaAA（1/4）p2（1+p2) （1/2） p2q （1+p)（1/4） p2q2p2Aa（1/2） p2q （1+p)pq(1+pq) （1/2）pq2（1+q)2pqAa（1/4） p2q2（1/2）pq2（1+q)（1/4）q2（1+q2)pq2总和p22pqpq21推导同理，需要考虑父母的六种婚配型四、常染色体位点连锁相不平衡v1、基本概念 （1）连锁:如果在同一条染色体上
8、的两个基因座相 邻比较近,那么同源于父亲(母亲)的等位基因更倾 向于一起传递给后代,这种现象叫连锁（2）交叉：在交换时一对染色体出现的交叉型结构 。在有丝分裂的双线期可以在显微镜下看到。 （3）互换(crossover)：（4）重组(recombination) ：奇数次互换导致一个重组交叉之后开始互换4AaBb1 23AaBbccCC1 234AAaaB BbbccCC1 234AAaaB BbbccCC1 234AAaaBBbbccCC四、常染色体位点连锁相不平衡注：交换发生是随机的，距离越长交换的机会越多， 因此交换值的大小可以用来表示基因间的距离长 短。由于交换并不一定导致重组，因此重
9、组值要小于 或等于交换值。 由于无法直接测定交换率，只有通过标记基因的 重组来估计交换的频率。（5）重组率(recombination fraction):用来表示两个基因座之间发生奇数次交换的概率重组率=重组/（重组+非重组） 四、常染色体位点连锁相不平衡重组率取值范围0，1/2四、常染色体位点连锁相不平衡（6）连锁分析（linkage analysis）：考察两个基 因座的位置是否临近，通过对一些基因数据的分 析来寻找一些感兴趣的基因位置，也称为基因作 图（genetic mapping）。两个连锁的基因座上的 等位基因更易于作为一个单位由父母传递给后代 ，即更易于共分离。四、常染色体位点
10、连锁相不平衡（7）连锁平衡(linkage equilibrium) ：两个基因座的等位 基因组合的频率等于组成组合的等位基因各自频率的积 ，不存在优势组合，称为连锁平衡. （8）连锁不平衡（linkage disequilibrium；LD）：两个 位点的某两个等位基因不是独立出现的，则称这两个位点 处于连锁不平衡状态。注：连锁只与两个位点有关，而连锁不平衡是与两个位点上 的等位基因有关。四、常染色体位点连锁相不平衡（9）连锁不平衡计算中的几个量： 连锁不平衡参数: 四、常染色体位点连锁相不平衡若一个群体初始状态D0，假定重组率为，则第 二代D2=（1- ）Dn代： Dn=(1- )nD当重
11、组率比较小的时候趋于零的速度比较慢 当重组率比较大的时候趋于零的速度比较快 该公式为关联分析的理论基础四、常染色体位点连锁相不平衡关联分析原理：假设一个疾病基因位点有两个等位基因D，d； 引起疾病的等位基因位D，于是疾病群体中的D的 频率要高于对照群体的， 但是我们不知道该疾病 位点的位置，如果在疾病位点附近的某个标记位 点为A，a，如果D与A 关联，因此连锁不平衡， 即疾病群体中的A的频率要高于对照群体的，即 疾病与A关联。因此我们寻找疾病于对照中差异 较大的标记位点，在标记位点附近可能存在着疾 病基因。四、常染色体位点连锁相不平衡四、常染色体位点连锁相不平衡四、常染色体位点连锁相不平衡注：
12、连锁与连锁不平衡的区别：连锁描述两个位点的位置关系，可通过重组 率来度量，需要重组的数据，因此需要家系资料 。连锁不平衡描述的是群体中两个位点上的等 位基因的关联性，需要群体数据。五、影响群体结构的因素v当一个群体是大的，随机交配，不受进化力量的 影响时，群体的基因频率并不因为遗传而改变。 然而对很多群体而言并不是理想群体。在这种情 况下，基因频率会发生改变。 v 影响群体平衡的主要因素包括：突变、选择、迁 移、遗传漂变和交配系统（非随机交配）。五、影响群体结构的因素v1、突变：突变是一切新遗传变异的来源，等位基 因的新组合可以通过重组而产生，但新的等位基 因只有当突变发生时才能产生。突变提供
13、了进化 作用的遗传原料。大部分的突变将受到损伤，并 从群体中被排除。然而少数的突变可能对个体是 有利的，会被保留下来，并在群体中传播开。突 变有害还是有利取决于特殊的环境，若环境改变 了，先前有害的突变可以变成有利的突变。 v例如在使用杀虫剂DDT之后，昆虫产生了对DDT 的抗性突变，这样昆虫在喷有DDT的环境中不仅 可以生存还能繁殖。五、影响群体结构的因素v突变对进化还有一种潜在的作用:通过突变改变群 体中等位基因频率。例如：一个群体中某个位点包含等位基因A，a， 当A突变为a时，将会降低A的频率，若持续代数 过多将会使得A消失。 五、影响群体结构的因素v突变分为正向、回复突变： 相对概念
14、A突变为a称为正向突变（forward mutation）。 部分基因也会发生反向突变，即a突变A，这些突变 称为回复突变（reverse mutation）。 在一般情况下正向突变的频率要大于回复突变的频 率。五、影响群体结构的因素v2、遗传漂变哈代-温伯格定律的一个主要的假定就是群体无限 大。实际的群体不可能无限大，但它们要大到足 以能预期基因频率和基因型频率。但有些群体很 小，这些群体的几率因子可使基因频率产生随机 变化。由于样本的机误（chance errors）导致群 体基因频率的随机改变称为遗传漂变（genetic drift）或简称为漂变。此是由群体遗传学家S. Wright于1
15、930年提出的，有时人们也把漂变称S. Wright效应。五、影响群体结构的因素v 例：。设想在南太平洋群岛上住着人类的最小群体，假设 只有10个人组成，5个人绿眼睛，5个人棕色眼，假设眼睛 的颜色是由单基因决定的（实际上眼睛的颜色是由多基因 控制的），且绿色眼的等位基因b对棕色眼的等位基因B是 隐性的（BB和Bb为棕色眼，bb为绿色眼）。此岛上的群 体中绿眼等位基因的频率是0.6。一次台风袭击了这个岛 ，群体中50%的人死亡了，也就是5位居民死于风暴。正 巧这死去的5个人是棕色眼。台风之后这个岛上绿色基因 的频率是1.0。在这个群岛上的群体中所发生的突变是绿 眼基因的频率从0.6变成了1.0
16、，这完全是机会所造成。五、影响群体结构的因素v几率使实际结果和预期比产生偏差的这种现象被 称为取样误差（sampling error）。设群体产生一个无穷大的配子库，其含有的等位 基因比分别为p和q。若发生随机交配，所有的配 子都结合成合子，那么基因型的比将是：p2,2pq 和q2，而在合子中等位基因的频率仍保持为p和q 。也许后代的数目是有限的，但这些与配子结合 形成的后代构成了潜在的无限大配子库中的一个 样本。由于随机性，或由于样本的机误，样本可 能偏离大库，样本越小，偏差越大。五、影响群体结构的因素v所有的遗传漂变都是由于取样误差而产生的，但 在自然群体中取样误差的发生有各种途经。几种漂变的发生：在大西洋南部有三个很小的火山岛(Tristan da cwnha)，1817年开始由苏格兰人William Glass和 他的家族到岛上居住。后来又迁来几个失事的水 手和几个来自远处岛上的妇女，但这个岛是保持 着遗传隔离的状态。1961年岛上火山爆发，岛上 的群体几乎有300个居住者组成的群体到英格兰 。他们在英国呆了2年，遗传学家研究
