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1、第八章 群体遗传学 (Population Genetics),研究群体遗传结构及其变化规律的科学，主要是运用数学的原理研究群体基因频率和基因型频率，探讨基因突变、选择、迁移等因素对群体遗传结构的影响因而导致群体基因频率变化的规律。,遗传流行病学(genetic epidemiology):研究人类致病基因在群体中的分布及变化规律的科学，又称为医学群体遗传学。,群体遗传学的概念(Population genetics),本章节内容,群体遗传学的概念 基因频率和基因型频率及计算 遗传平衡定律 影响群体遗传平衡的因素突变、选择、遗传漂变、隔离、迁移、近亲婚配 近婚系数的计算 遗传负荷,第一节 群体
2、的遗传平衡,群体(group)：同一物种生活在同一地区并能够相互交 配，并产生具有生育能力后代的个体群。 基因库(gene pool)：一个群体所具有的全部遗传信息或基因；实际研究中，只能探讨某一对等位基因的情况狭义基因库。 孟德尔式群体(Mendelian polulation)：具有有性生殖并共享同一基因库的个体群。,一、基因频率和基因型频率,基因频率（gene frequency）: 群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例。,对于共显性和不完全显性表型调查 基因型频率 基因频率,基因型频率（genotype frequency）:群体中某一基因型个体占群体总个体数的比例。,p +
3、 q =,1,D + H + R = 1,例如: 在某地调查MN血型情况，共调查了747人,其中： M型 MN型 N型233 385 129,基因型： MM MN NN,M基因：,466,385,385,258,N基因：,1494,M =,466 + 385,1494,= 0.57,N =,1494,385 + 258,= 0.43,设: MM DMN HNN R,基因型频率,M p,N q,基因频率,D、H、R、p、q 之间的关系：,p = D + 1/2H,q = R + 1/2H,上题中,D = 233/747 = 0.312,H = 385/747 = 0.515,R = 129/74
4、7 = 0.173,M: p = 0.312 + 1/20.515 = 0.57,N: q = 0.173 + 1/20.515 = 0.43,“Hardy-Weinberg 定律”，1908年和1909年各自提出,D.H. Hardy（美，数学家）,W. Weinberg（德，医生）,等位基因有显性、隐性之分，隐形基因在传代过程中是否会逐渐消失呢？,二、遗传平衡定律,二、遗传平衡定律, 内容：在一定条件下，群体的基因频率和基因型频率在世代传递过程中保持不变。, 条件：（1）群体很大（2）随机婚配（3）没有自然选择（4）没有突变发生（5）没有大规模迁移,一个100万人口的群体，考虑常染色体上的
5、一对等位基因A和a，AA有60万人，aa有20万人，Aa有20万人，基因型AA、Aa和aa的频率分别为0.6、0.2和0.2。,基因 A 的频率 p D 1/2H 0.6 0.2/2 0.7,基因 a 的频率 q R 1/2H 0.2 0.2/2 0.3,AA = 0.49 Aa = 0.42 aa = 0.09,随机婚配,A=0.49+1/20.42=0.7 a=0.09+1/20.42=0.3,再随机婚配,随机婚配一代后，群体就达到了平衡,假定有一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频率为q，则：p + q = 1,二、遗传平衡定律,(p + q) 2 = 1 p2 + 2pq + q2
6、=1, AA Aa aa,因此，当AA（D）：Aa(H)：aa(R) = p2：2pq：q2时，这样的群体处于平衡状态。,PTC尝味能力(4080人),TT：1180人,Tt：2053人,tt： 847人,TT的频率：D 1180/40800.2892,Tt的频率：H 2053/40800.5032,tt的频率：R 847/40800.2076,T的频率：p 0.28920.5032/20.5408,t的频率：q 0.20760.5032/20.4592,1、遗传平衡的判断,三、遗传平衡定律的应用,X2检验： P0.05 没有显著差异，是平衡群体,1、遗传平衡的判断,如果是平衡群体, 则:D
7、= p2 = AAR = q2 = aa,1,平衡,1,不平衡,例1 AA Aa aa 0.04 0.32 0.64,平衡,例2 AA Aa aa0.64 0.2 0.16,不平衡,判断下列群体是否达到遗传平衡, 常染色体显性遗传病(AD),a 基因频率 q q2,A 基因频率p 1 q, 正常人的频率,群体发病率： D H p2 2pq,H 2pq, 2p,p H,2、基因频率的计算,（p2 0，q 1）,例如：丹麦某地区软骨不全性侏儒发病率为1/10000,求基因频率？致病基因A的频率 p= H= 1/10000=0.00005 所以正常基因a的频率q=1-p=1-0.00005=0.99
8、995,2、基因频率的计算,2、基因频率的计算,隐性表型频率(发病率)隐性纯合体基因型频率,显性正常基因频率p 1 q, 常染色体隐性遗传病(AR),携带者频率,患者频率,=,q很少，p近乎等于1,例如: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？按遗传平衡定律计算： aa=q2=1/20000 a=q=1/20000=0.007 A=p=1-q=1-0.007=0.993 Aa=2pq=20.9930.0070.014 1/70在这个群体中：致病基因a的频率为0.007，携带者的频率约为0.014。,2、基因频率的计算, X连锁基因,1. 男性表型频率男性相应的基因
9、型频率群体基因频率,2. 女性纯合体的频率为男性相应表型频率的平方,2、基因频率的计算,例如：男性红绿色盲的发病率是7% 群体中基因频率：Xa = q = 0.07；XA = p = 0.93 女性纯合显性 XAXA = p2 = 0.932 = 0.8649 女性携带者 XAXa = 2pq = 20.930.07 = 0.1302 女性患者 XaXa = q2 = 0.072 0.005, X连锁基因,1. 男性表型频率男性相应的基因型频率群体基因频率,2. 女性纯合体的频率为男性相应表型频率的平方,3. XD中，男女发病比例为 p / (p2 2pq）=1/（p+2q) 1/2,4. X
10、R中，女性携带者与男性患者比例为 2pq / q = 2q/q=2,5. XR中，男女发病比例为 q / q2 1/q,2、基因频率的计算,ABO血型受IA、IB、i 三个复等位基因控制，其基因频率分别为：p、q、r,p q r 1,( p q r ) 2 p2 2 pq q2 2 pr r2 2 qr 1,复等位基因的遗传平衡和基因频率,2、基因频率的计算,基因 IA 的频率 ：p 1 ( q r ),基因 IB 的频率 ：q 1 ( p r ),复等位基因的遗传平衡和基因频率,第二节 影响群体遗传平衡的因素,一、突 变(Mutation), 突变率(mutation rate) ：每个基因
11、都有一定的突变率，用每一世代中每一百万个基因中发生突变的基因个数来表示。即 n106 / (基因 代),(1) 突变具有可逆性A a,正突变 (u),回复突变(v),少数突变是有害的，例如，人类的由于基因突变导致的各种遗传病。 (3) 有的突变是中性的，称为中性突变，例如，人的苯硫脲(PTC)尝味，tt : 味盲,一、突 变(Mutation),设一对等位基因A和a，A的频率为p，a的频率为q，A突变为a的突变率为u，a突变为A的突变率为v。,因此：每代中由A突变为a的数量 = pu = （1q）u由a突变为A的数量 = qv,当 pu qv a的基因频率增加pu qv A的基因频率增加pu
12、= qv A和a的基因频率保持不变,群体处于遗传平衡,一、突 变(Mutation),pu = qv(1-q)u = qvu-qu = qvu = qv+qu = q(u+v)q = u/(u+v) 同理：p = v/(u+v),当 pu = qv A和a的基因频率保持不变,群体处于遗传平衡,一、突 变(Mutation),例如： a基因的突变率是A基因的1.5倍，求平衡时，群体中的基因频率,q =,u,u + 1.5u,=,u,2.5u,= 0.4,p = 10.4 = 0.6,二、选 择,（一）适合度与选择系数,选择(selection)指由于基因型的差别而导致个体生存能力和生育能力的差别
13、。常用适合度和选择系数来表示。,适合度(fitness)：是指一定环境条件下，某种基因型个体能生存并能将他的基因传给后代的能力。用表示。一般用相对生育率(relative fertility)来衡量。,选择系数(selection coefficient，S ) ：是测量某一基因型个体在群体中不利于生存的程度的数值，也就是在选择作用下，降低的适合度。 S 1 f,那么，软骨发育不全性侏儒的选择系数S = 1-f = 1-0.20 = 0.80,例如，根据在丹麦的一项调查发现：108名软骨发育不全性侏儒生育了27个孩子，这些侏儒的457个正常同胞共生育了582个孩子。如以正常人的生育率为1，侏儒
14、患者的相对生育率（f）则为：,f = 27/108 582/457 = 0.20,（一）适合度与选择系数,几种遗传病患者的适合度,（二） 选择的作用与突变率的计算,选择和突变对群体遗传结构的作用方向正好相反,在一个遗传平衡的群体中，选择压力和突变压力基本上维持着平衡。,选择压力(selection pressure) ：淘汰有害基因 突变压力(mutation pressure) ：补充有害基因, AD显性基因突变率的计算若罕见的有害显性基因A的频率为p，选择系数为S，则每代中因选择而减少的A为Sp。实际上面临选择的是杂合子（H），因此：H = 2pq 2p p = H / 2在一个遗传平衡群
15、体中，因选择而被淘汰的A将由突变（v）补偿。v = SH,淘汰基因= Sp= SH,例如：在丹麦的哥本哈根市，在某医院所生的94075个孩子中，有10个患软骨发育不全性侏儒症。本病的适合度是0.8，求该致病基因的突变率。,= 42.5 10-6/（基因代）,H = 10/94075 = 0.0001063,S = 10.2 = 0.8,v = S 1/2 H,= 0.8 1/2 0.0001063, AD显性基因突变率的计算若罕见的有害显性基因A的频率为p，选择系数为S，则每代中因选择而减少的A为Sp。实际上面临选择的是杂合子（H），因此：H = 2pq 2p p = H / 2在一个遗传平衡群体中，因选择而被淘汰的A将由突变（v）补偿。v = SH,
