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1、群体遗传学及其应用,9.1 群体与群体遗传 9.2 Hardy-Weinberg平衡定律 9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用 9.4 影响Hardy-Weinberg平衡定律的因素,第9章 群体遗传学及其应用,群体(population)：指一个物种生活在某一地区内的、能相互杂交的个体群，也称为孟德尔式群体(Mendelian population)。,基因库(gene pool) ：一个群体所具有的全部遗传信息。,9.1 群体与群体遗传,群体遗传学(population genetics)：研究群体的遗传变化规律的学科，即研究群体中基因的分布、基因频率和基因型频率的维持和变化
2、的科学。 医学群体遗传学或遗传流行病学(genetic epidemiology) ：探讨遗传病的发病频率、遗传方式及其基因频率和变化规律，从而了解遗传病在群体中发生和散布的规律，为预防、监测和治疗遗传病提供重要信息和措施。,9.1 群体与群体遗传,基因频率(gene frequency)：指群体中某一等位基 因占该基因座位上全部等位基因的比率。任何一 个基因座位上全部等位基因频率之和等于 1。 基因型频率(genotype frequency)：指群体中某一 基因型个体占群体总个体数的比率。任何一个群 体中全部基因型频率之和等于 1。,9.1 群体与群体遗传,有一对等位基因 A 和 a：,p
3、 q 1,基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q,D H R 1,基因型 AA 的频率为 D,基因型 Aa 的频率为 H 基因型 aa 的频率为 R,p D 1/2H,q R 1/2H,基因频率与基因型频率的换算,例（MN血型）：一个地区调查7470人，结果M血型2330人，占31.2%；N血型1290人，占17.3%；MN血型3850人，占51.5%。求LM、LN各自的基因频率？,f(LM)=p=D+1/2H=31.2%+1/251.5%=0.57 f(LN)=q=R+1/2H=17.3%+1/251.5%=0.43,基因频率与基因型频率的换算,9.1 群体与群体遗传 9.2 Har
4、dy-Weinberg平衡定律 9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用 9.4 影响Hardy-Weinberg平衡定律的因素,第9章 群体遗传学及其应用,遗传平衡定律(law of genetic equilibrium),DH.Hardy,W.Weinberg,9.2 Hardy-Weinberg平衡定律,遗传平衡定律：在一定条件下，群体中的基因频率和基因型频率在世代的繁殖传递中保持不变。,群体很大 随机婚配 没有突变发生 没有自然选择 没有大规模迁移,一、Hardy-Weinberg平衡定律的含义,有一对等位基因 A 和 a,基因 A 的频率为 p 基因 a 的频率为 q,基
5、因型频率按下列分布展开,二、Hardy-Weinberg平衡定律的证明,p+q=1,p2: 基因型AA的频率D1,2pq:基因型Aa的频率H1,q2: 基因型aa的频率R1,子一代基因型频率,子一代基因频率,p2+2pq+q2=1,F(A)=p2+(1/2)2pq=D1+H1/2 F(a)=q2+(1/2)2pq=R1+H1/2,二、Hardy-Weinberg平衡定律的证明,子1代婚配类型和子2代基因型及其频率,子2代基因型频率,(p4+2p3q+p2q2)AA+(2p3q+4p2q2+2pq3)Aa+(p2q2+2pq3+q4)aa =p2(p2+2pq+q2)AA+2pq(p2+2pq+
6、q2)Aa+q2(p2+2pq+q2)aa = p2(p+q)2AA+2pq(p+q)2Aa+q2(p+q)2aa = p2AA+2pqAa+q2aa 即D2=D1；H2=H1；R2=R1,二、Hardy-Weinberg平衡定律的证明,如果基因型频率满足AA=p2，Aa=2pq，aa=q2，则群体处于平衡状态。如果群体处于不平衡状态，经过一代随机杂交，下一代达到遗传平衡。达到遗传平衡时的群体称为遗传平衡群体。,例：在一个10000人的群体中，纯合子AA有6000人，纯合子aa有2000人，杂合子Aa有2000人，这样的群体是一个遗传平衡群体吗？,不是！,二、Hardy-Weinberg平衡定
7、律的证明,三、复等位基因的遗传平衡式,假设A1、A2、A3为群体某一基因座上的复等位基因，它们的频率分别为p、q和r，其中fA1A1、fA1A2、fA1A3、fA2A2、fA2A3、fA3A3分别代表该座位上六种基因型的频率。,等位基因A1的频率p = fA1A1+(1/2) fA1A2 +(1/2) fA1A3 等位基因A2的频率q = fA2A2+(1/2) fA1A2 +(1/2) fA2A3 等位基因A3的频率r = fA3A3+(1/2) fA1A3 +(1/2) fA2A3,在满足Hardy-Weinberg平衡定律的条件下，下一世代的基因型频率组成为： ( p + q + r )
8、2 = p2 A1A1+ q2 A2A2 + r2 A3A3 + 2pq A1A2 + 2pr A1A3 + 2qr A2A3 = 1,四、Hardy-Weinberg平衡定律的通用公式,对于有m个等位基因的基因座，假设群体中某一基因座上有复等位基因分别为A1、A2Am，pi(i = 1, m)表示等位基因Ai的频率，fAiAi(i = 1,2,m)、 fAiAj(ij, i =1,2,m, j=2, 3,m)分别表示该座位上所有可能的基因型的频率。,等位基因Ai (i = 1,2,m)的频率为：,满足Hardy-Weinberg平衡的基因频率和基因型频率的关系为：,9.1 群体与群体遗传 9
9、.2 Hardy-Weinberg平衡定律 9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用 9.4 影响Hardy-Weinberg平衡定律的因素,第9章 群体遗传学及其应用,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,一、估计基因频率与杂合子频率,1. 共显性等位基因频率的估计,D=p2 通过 H=2pq 直接计算群体的基因频率 R=q2,例：在一次对1000人的MN血型调查中，已知490人为MM血型，420人MN血型，90人为NN血型，问这个调查群体中LM、LN的基因频率？,例：调查发现常染色体隐性遗传病白化病（由一对A、a基因控制）的发病率约为1/20000。求隐性致病基因的
10、频率及携带者频率？,2. 显、隐性等位基因频率和杂合子频率的估计,利用R=q2 （AR）,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,一、估计基因频率与杂合子频率,如果q0，则p1，而q2 0，因此： R0，H=2pq2q，D1-2q 隐性基因绝大多数处于杂合状态。 例：尿黑酸尿症发病率q2=10-6， 隐性基因频率q=10-3， 群体中杂合体的频率H2q=210-3。,AR,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,2. 显、隐性等位基因频率和杂合子频率的估计,一、估计基因频率与杂合子频率,AD,p0，q1，p2 0，因此： D0，H=2pq2p，R1-2p,9.3 Har
11、dy-Weinberg平衡定律的应用,一、估计基因频率与杂合子频率,2. 显、隐性等位基因频率和杂合子频率的估计,p 1/2H,3. 复等位基因的基因频率估计,一、估计基因频率与杂合子频率,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,基因 IA 的频率 ：p 1 ( q r ),基因 IB 的频率 ：q 1 ( p r ), B= q2+2qr=0.0853; AB=2pq=0.0307 B型共有0.0853190177=16222人 AB型共有0.0307190177=5838人,例：1954年Race和Sanger对人类ABO血型系统进行分析，调查了 190177人，其中 O型有
12、88783人，A型有79334人，问该人群中3种基因的频率各为多少？B型、AB型各有多少人？,4. X连锁基因频率的估计,男性表型频率男性相应的基因型频率群体基因频率 女性纯合体的频率为男性相应表型频率的平方 XD中，男女发病率比为 p/(p22pq) 1/2 (p0) XR中，男女发病率比为 q/q2 1/q,一、估计基因频率与杂合子频率,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,例：红绿色盲中（X连锁隐性遗传），已知男性中的患病率为8%，问女性中的患病率为多少，正常女性、携带者女性占多大比例？, q=0.08 女性患病率： q2=0.0064=0.64%,p=1-q=0.92 正
13、常女性： p2=0.8464=84.64% 携带者女性：2pq=0.1472=14.72%,二、遗传假设的检验, 2= 0.4310.05, 3种基因型频率分布符合Hardy-Weinberg平衡,T的基因频率p = (4102+500)/(10502)=0.63 t的基因频率q = (1402+500)/(10502)=0.37,(0.63)21050,例：我国某人群中测定了1050人对苯硫脲(PTC)的尝味能力，其中410人有尝味能力(TT) 、杂合的有500人(Tt)、味盲者有140(tt)。问3种基因型频率的分布是否达到Hardy-Weinberg平衡？,9.3 Hardy-Weinb
14、erg平衡定律的应用,三、近亲婚配有害效应的估计,近亲是指在 34 代以内有共同祖先的个体间的关系，他们之间的婚配称为近亲婚配。,近婚系数（inbreeding coefficient,F)：近亲婚配使子女中得到一对纯合或等同基因的概率。,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,1. 常染色体基因的近婚系数的估算,同胞兄妹的父亲某一基因座有等位基因A1和A2，母亲的这个基因座有等位基因A3和A4。他们的子女中，A1A3，A1A4，A2A3，A2A4 各1/4 。这一对子女如果近亲婚配，所生后代中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率即为其近婚系数。,同胞兄妹婚配中等位
15、基因的传递,S形成纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为： 4(1/2)4=1/4。 一级亲属的近婚系数F=1/4。,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,三、近亲婚配有害效应的估计,舅甥女（或姑侄）之间婚配，S成为纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为：4(1/2)5=1/8。二级亲属的近婚系数F=1/8。,舅甥女婚配中等位基因的传递,1. 常染色体基因的近婚系数的估算,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,三、近亲婚配有害效应的估计,表兄妹之间婚配，S成为纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为：4(1/2)6=1/
16、16。三级亲属的近婚系数F=1/16。,表兄妹婚配中等位基因的传递,1. 常染色体基因的近婚系数的估算,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,三、近亲婚配有害效应的估计,二级表兄妹之间婚配，S成为纯合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的总概率为：4(1/2)8=1/64。五级亲属的近婚系数F=1/64。,二级表兄妹婚配中等位基因的传递,1. 常染色体基因的近婚系数的估算,9.3 Hardy-Weinberg平衡定律的应用,三、近亲婚配有害效应的估计,姨表兄妹之间婚配，等位基因X1由P1经B1、C1传至S，只需计为传递1步（B1转至C1）；基因X1经B2、C2传至S则传递2步（B2传至C2和C2传至S）。所以，S为X1X1的
