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1、第七章、群体的遗传分析第七章、群体的遗传分析教师：张光祥教师：张光祥Email:zhgx-Email:zhgx-教学安排教学安排学时数：学时数：4 42010年2月群体的遗传分析课件群体遗传的研究特点与任务群体遗传的研究特点与任务群体遗传研究的任务：研究群体的遗传结构变化规律、原因以及在生物进化与物种形成中的作用群体遗传的研究特点：以群体为基本研究单位以基因频率和基因型频率描述群体遗传结构;采用数学和统计方法进行研究；群体遗传研究为揭示生物的物种起源与演变及其生物进化机制，种群遗传多样性演变规律与生物保护策略等提供了有效手段2010年2月群体的遗传分析课件第一节：群体的遗传平衡第一节：群体的遗
2、传平衡一、孟德尔一、孟德尔群体群体 : :1 1、群体、群体F( (生态学生态学) )群体：群体：某一空间内生物个体的总和包括全部物种某一空间内生物个体的总和包括全部物种的生物个体的生物个体F种群、地区群体种群、地区群体/ /居群居群: :地理隔离会造成基因交流障碍，所以群体地理隔离会造成基因交流障碍，所以群体遗传学研究生活在同一区域内，能够相互交配遗传学研究生活在同一区域内，能够相互交配的同种生物的个体群的同种生物的个体群F遗传学和进化论中研究的群体是孟德尔群体：遗传学和进化论中研究的群体是孟德尔群体：同一物种内有相互交配关系、能自由进行同一物种内有相互交配关系、能自由进行基因交流的所有个体
3、。基因交流的所有个体。2010年2月群体的遗传分析课件2、孟德尔群体及其有关概念、孟德尔群体及其有关概念孟德尔孟德尔群体群体的的本质特征是：本质特征是：群体内每个个体的群体内每个个体的配子配子( (或或配子配子) )具有相等的机具有相等的机会会与其他任何一个个体的与其他任何一个个体的与其他任何一个个体的与其他任何一个个体的配子配子( (或或或或配子配子配子配子) ) ) )结合。结合。结合。结合。所以，孟德尔群体又叫随机交配群体所以，孟德尔群体又叫随机交配群体所以，孟德尔群体又叫随机交配群体所以，孟德尔群体又叫随机交配群体。最大的孟德尔群体就是整个物种（不存在生殖隔离）最大的孟德尔群体就是整个
4、物种（不存在生殖隔离）。群体内不同个体的基因型可以不同。由于复等位基因群体内不同个体的基因型可以不同。由于复等位基因的广泛存在，不同个体所具有的等位基因也可能不一的广泛存在，不同个体所具有的等位基因也可能不一样，但群体中所有的基因是一定的。样，但群体中所有的基因是一定的。基因库基因库(gene pool)(gene pool)指一个群体中包含的所有基因指一个群体中包含的所有基因总数，这里的总数，这里的“所有基因所有基因”是指群体内存在于所有是指群体内存在于所有基因座（基因座（gene locigene loci）上的）上的全部等位基因。全部等位基因。生物体在繁殖过程中，并不能把个体的基因型传递
5、给生物体在繁殖过程中，并不能把个体的基因型传递给子代，传递给子代的只是基因。子代，传递给子代的只是基因。2010年2月群体的遗传分析课件二、基因型频率与基因频率二、基因型频率与基因频率1 1、基因型频率：、基因型频率：一个群体内某个特定基因型所占的比例。一个群体内某个特定基因型所占的比例。在一个个体数为的二倍体生物群体在一个个体数为的二倍体生物群体( (居群居群) )中中, ,一对一对等位基因等位基因(A,a)(A,a)的三种基因型的频率表示如下的三种基因型的频率表示如下: :基因型频率基因型频率个体数个体数P + H + QQ = q/NH = h/NP = p/N符号符号N = 10000
6、0N = 100000N N 型型: 16000: 16000MN MN 型型:48000:48000M M 型型: 36000: 36000MNMN血型实例血型实例N Nqhp符号符号1合计合计Q = 0.16aaH = 0.48AaP = 0.36AAMNMN血型实例血型实例基因型基因型一个群体即使所有个体都具有相同繁殖效率一个群体即使所有个体都具有相同繁殖效率, ,也只有在也只有在随机交配前提下随机交配前提下, , 基因型频率才能维持不变。基因型频率才能维持不变。只要不是随机交配，基因型频率就会发生变化。比如只要不是随机交配，基因型频率就会发生变化。比如F2F2通过自交产生的通过自交产生
7、的F3F3群体基因型频率就变了。群体基因型频率就变了。2010年2月群体的遗传分析课件2、基因频率、基因频率基因频率：群体内某个特定基因座基因频率：群体内某个特定基因座(locus)(locus)上一个特定上一个特定等位基因占该基因座位所有等位基因总数的比例，也等位基因占该基因座位所有等位基因总数的比例，也称为等位基因频率。称为等位基因频率。基因频率基因频率基因型频率基因型频率p + q = 1a基因基因: q qA基因基因: p p符号符号P + H + Q = 1P + H + Q = 10.160.480.36实例实例1QHP符号符号合计合计aaQ+ H = 0.4AaP + H = 0
8、.6AA实例实例基因型基因型一个群体只要所有个体都具有相同的繁殖效率，无论一个群体只要所有个体都具有相同的繁殖效率，无论随机交配还是通过自交，产生的子代群体内基因频率随机交配还是通过自交，产生的子代群体内基因频率都维持不变。都维持不变。在一个个体数为的二倍体生物群体中，一对等位基在一个个体数为的二倍体生物群体中，一对等位基因因(A,a)(A,a)的基因座位共有的基因座位共有2N2N份，两个等位基因的频率表份，两个等位基因的频率表示如下：示如下：2010年2月群体的遗传分析课件三、哈德魏伯格定律三、哈德魏伯格定律1. 在一个完全随机交配的群体内，如果没有其它因素在一个完全随机交配的群体内，如果没
9、有其它因素（如突变、选择、迁移等），那么，基因频率和基因（如突变、选择、迁移等），那么，基因频率和基因型频率可以保持恒定，各代不变。型频率可以保持恒定，各代不变。这一现象是德国医生这一现象是德国医生Weinberg W. 和英国数学和英国数学家哈德家哈德Hardy G.H. 于于1908年分别发现的，故称：哈年分别发现的，故称：哈德魏伯格定律。德魏伯格定律。设：在一个随机交配群内基因设：在一个随机交配群内基因A的频率为的频率为 p p, 基因基因 a a 的的频率为频率为 q q，p p + q q = 1；则：三种基因型的频率为：则：三种基因型的频率为：P =P = p p2 2、H = 2
10、H = 2pqpq、Q = Q = q q2 2当当 3 种不同基因型个体间充分随机交配，下一代基因种不同基因型个体间充分随机交配，下一代基因型频率和亲代完全一样，不会发生改变：型频率和亲代完全一样，不会发生改变：子代基因型频率仍维持不变子代基因型频率仍维持不变子代基因型频率仍维持不变子代基因型频率仍维持不变频率频率频率频率q q频率频率频率频率p p频率频率频率频率 p p频率频率频率频率 q qaaaaq q2 2AaAapqpq配子配子配子配子a aAaAapqpq配子配子配子配子 a aAAAAp p2 2配子配子配子配子A A配子配子配子配子 A A 2010年2月群体的遗传分析课件
11、2、平衡群体中基因、平衡群体中基因(型型)频率的计算频率的计算在英国无爱滋病死亡的大人群中在英国无爱滋病死亡的大人群中在英国无爱滋病死亡的大人群中在英国无爱滋病死亡的大人群中, , 检测出检测出检测出检测出32/32/3232的的的的基因型频率假如为基因型频率假如为基因型频率假如为基因型频率假如为 Q = 0.01 Q = 0.01。由于由于由于由于人类大群体一般可视为孟德尔群体人类大群体一般可视为孟德尔群体，按照按照按照按照 Q = q Q = q2 2，可算出：，可算出：，可算出：，可算出： q = 0.1, p = 1 q = 0.1, p = 1 q = 0.9q = 0.9；基因型基
12、因型基因型基因型 +/+ +/+ 的频率的频率的频率的频率 P P = = p p2 2 = 0.81= 0.81；杂合子杂合子杂合子杂合子 +/ +/3232频率：频率：频率：频率：H H = 2= 2pqpq = 20.10.9 = 0.18 = 20.10.9 = 0.18人类人类人类人类 3 3 号染色体的细胞表面蛋白基因号染色体的细胞表面蛋白基因号染色体的细胞表面蛋白基因号染色体的细胞表面蛋白基因CCR5CCR5，编码区，编码区，编码区，编码区缺失缺失缺失缺失32bp32bp突变成突变成突变成突变成3232后导致易感后导致易感后导致易感后导致易感HIVHIV。32/32/3232易感
13、染易感染易感染易感染且发病快；杂合体易感染但发病慢；且发病快；杂合体易感染但发病慢；且发病快；杂合体易感染但发病慢；且发病快；杂合体易感染但发病慢；+/+ +/+ 不易感染。通不易感染。通不易感染。通不易感染。通过培养细胞的易感性试验和分子手段都可鉴定基因型。过培养细胞的易感性试验和分子手段都可鉴定基因型。过培养细胞的易感性试验和分子手段都可鉴定基因型。过培养细胞的易感性试验和分子手段都可鉴定基因型。我国人群中我国人群中我国人群中我国人群中3232的频率为的频率为的频率为的频率为22（王福生等（王福生等（王福生等（王福生等, 1999, 1999）。）。）。）。2010年2月群体的遗传分析课件
14、93、非平衡群体的判断、非平衡群体的判断以细胞表面蛋白基因CCR5的32bp缺失突变为例。在英国无爱滋病死亡地区的大人群中假如已知有:q = 0.1, p = 0.9, P = 0.81, H = 0.18, Q = 0.01。假如有一半的假如有一半的假如有一半的假如有一半的32/32/3232因感染因感染因感染因感染HIVHIV而死亡，则群体中而死亡，则群体中而死亡，则群体中而死亡，则群体中的的的的QQ、P P和和和和HH就变成了：就变成了：就变成了：就变成了：QQ1 1 = 0.005/0.995 = 0.005 = 0.005/0.995 = 0.005， P P1 1 = 0.81/0
15、.995 = 0.814 = 0.81/0.995 = 0.814HH1 1 = (1P = (1P1 1QQ1 1) = 0.18/0.995 = 0.181) = 0.18/0.995 = 0.181相应地：相应地：相应地：相应地：p p1 1 = P = P1 1 + H + H1 1 = 0.9045, = 0.9045, q q1 1 = 1 p = 1 p1 1 = 0.0955 = 0.0955由于由于 p12 P1, 2 p1q1 H1, q12 Q1，突变基因，突变基因纯合子死亡一半后的群体就为非平衡群体。纯合子死亡一半后的群体就为非平衡群体。2010年2月群体的遗传分析课件
16、4、利用共显性基因、利用共显性基因(标记标记)进行分析判断进行分析判断例：例：我国某人群中测定了我国某人群中测定了10501050人人对苯硫脲的尝味能力对苯硫脲的尝味能力, ,其中其中410410人人(TT)(TT)有尝味能力、杂合的有有尝味能力、杂合的有500500人人(Tt)(Tt)、味盲、味盲者有者有140140人人(tt)(tt)。问是否是达到。问是否是达到Hardy-weibergHardy-weiberg平衡？平衡？由于：由于：T 基因的频率基因的频率 p = (2410500)/(10502) = 0.63t 的基因频率的基因频率 q = (2140500)/(10502) =
17、0.37根据遗传平衡定律可算出基因型频率和频数理论值根据遗传平衡定律可算出基因型频率和频数理论值(C):c c2 2 = 0.4310.0970.2250.109(Ci i Oi i)2/Ci iN= 1050Nq2= 143.742Npq= 489.51Np2= 416.75预期频数预期频数( C )1050 = N140500410实际频数实际频数( O )合计合计ttTtTT由于在实际调查中存在抽样误差由于在实际调查中存在抽样误差,需理应卡平方检验法需理应卡平方检验法进行适合性检验：进行适合性检验：c c2 = S S (Ci i Oi i)2/Ci i ，H0: Ci i Oi i =
18、 e e e ei ic c c c 2 = 0.431 c c c c 2 2a a=0.05 = 3.841, ,符合遗传平衡群体特征。符合遗传平衡群体特征。2010年2月群体的遗传分析课件5、从不平衡到平衡只需、从不平衡到平衡只需 1 代随机交配代随机交配 由于在由于在32/32被淘汰一半后的初始群体中：被淘汰一半后的初始群体中：H1 = 0.181, P1 = 0.814, Q1 = 0.005, p1 = 0.9045, q1 = 0.0955P2 = 0.8181，Q2 = 0.0091，H2 = 20.0864 = 0.1728基因频率不变：基因频率不变：P= p p2, H =
19、 2pqpq, Q = q q2, 即已达平衡。即已达平衡。而且而且: p p1 12 = 0.90452 = 0.8181P1 1，q q1 12 = 0.09552 = 0.0091Q1 1，2p p1 1q q1 1= 0.1728 H1 1也就是说也就是说说明群体处于非平衡状态。说明群体处于非平衡状态。再来看看经过一次随机交配后的子代群体：再来看看经过一次随机交配后的子代群体：p p1 1 = 0.9045 = 0.9045q q1 1 = 0.0955 = 0.095532/3232/32q q1 12 2=0.0091=0.0091CCR5/32CCR5/32p p1 1q q1
20、1=0.0864=0.0864配子配子: 32: 32q q1 1 = 0.0955 = 0.0955 CCR5/32CCR5/32p p1 1q q1 1=0.0864=0.0864配子配子: 32: 32CCR5/CCR5CCR5/CCR5p p1 12 2=0.8181=0.8181配子配子: CCR5: CCR5p p1 1 = 0.9045 = 0.9045配子配子: CCR5: CCR5群体内群体内配子配子群体群体内内配子配子2010年2月群体的遗传分析课件6、哈德魏伯格定律要点总结、哈德魏伯格定律要点总结在随机交配的大群体中在随机交配的大群体中，如果没有其它因，如果没有其它因素干
21、扰，则各代的基因频率保持不变；素干扰，则各代的基因频率保持不变；任何一个大群体内任何一个大群体内，不论初始基因频率和，不论初始基因频率和基因型频率如何，只需经过一代的随机交基因型频率如何，只需经过一代的随机交配就可达到平衡；配就可达到平衡；当一个群体达到平衡状态后当一个群体达到平衡状态后，基因频率和，基因频率和基因型频率关系是：基因型频率关系是：P = pP = p2 2，H = 2pqH = 2pq，Q = qQ = q2 2 哈德魏伯格定律哈德魏伯格定律也叫遗传平衡定律也叫遗传平衡定律2010年2月群体的遗传分析课件四、四、遗传平衡定律的意义遗传平衡定律的意义1 1、遗传平衡定律是群体遗传
22、分析的理论基础。、遗传平衡定律是群体遗传分析的理论基础。2 2、除自花授粉植物外、除自花授粉植物外, ,高等生物的自然群体一般接高等生物的自然群体一般接近于随机交配近于随机交配, ,且都是很大的群体。所以且都是很大的群体。所以, ,遗传平遗传平衡定律基本适用于分析、研究这类群体，具有广衡定律基本适用于分析、研究这类群体，具有广泛的实用性。泛的实用性。3 3、根据遗传平衡定律、根据遗传平衡定律, ,在随机交配条件下在随机交配条件下, ,如果没有如果没有明显的明显的迁移、选择和增加突变等因素的迁移、选择和增加突变等因素的干扰干扰，平，平衡群体的基因频率和基因型频率世世代代保持不衡群体的基因频率和基
23、因型频率世世代代保持不变变, ,即平衡群体的遗传结构是稳定不变的。即平衡群体的遗传结构是稳定不变的。4 4、群体的遗传平衡是有条件的、群体的遗传平衡是有条件的, ,研究影响遗传平衡研究影响遗传平衡的因素，以及在这些因素作用下群体结构发生变的因素，以及在这些因素作用下群体结构发生变化的规律化的规律，便可揭示生物进化的规律。，便可揭示生物进化的规律。2010年2月群体的遗传分析课件五、群体遗传平衡的条件五、群体遗传平衡的条件群体维持遗传平衡的主要条件有：群体维持遗传平衡的主要条件有：1 1、随机交配；、随机交配；2 2、大群体；、大群体；3 3、无选择；、无选择；4 4、无突变或正反向突变相抵；、
24、无突变或正反向突变相抵；5 5、无其它基因掺入形式、无其它基因掺入形式( (主要是迁移主要是迁移) )。突变突变突变突变无无突变突变随机随机无无大大无无群体平衡群体平衡稳定稳定选型交配与选型交配与选型交配与选型交配与近亲交配近亲交配近亲交配近亲交配迁移迁移迁移迁移遗传遗传遗传遗传漂变漂变漂变漂变选择选择选择选择群体平衡群体平衡扰动扰动 交配繁殖交配繁殖迁移迁移群体群体选择选择因素因素群体遗传学研究的重点，正是研究上述条件不满足时，群体遗传学研究的重点，正是研究上述条件不满足时，群体遗传学研究的重点，正是研究上述条件不满足时，群体遗传学研究的重点，正是研究上述条件不满足时，群体遗传结构的变化及其
25、对进化的作用。群体遗传结构的变化及其对进化的作用。群体遗传结构的变化及其对进化的作用。群体遗传结构的变化及其对进化的作用。在这些因素中，突变和选择是主要的，遗传漂变和迁在这些因素中，突变和选择是主要的，遗传漂变和迁在这些因素中，突变和选择是主要的，遗传漂变和迁在这些因素中，突变和选择是主要的，遗传漂变和迁移也有一定的作用。移也有一定的作用。移也有一定的作用。移也有一定的作用。但是在自然界中，偶尔会有一些因素发生变化，如但是在自然界中，偶尔会有一些因素发生变化，如一一一一定范围的极端气候定范围的极端气候定范围的极端气候定范围的极端气候、严重污染事件严重污染事件严重污染事件严重污染事件、小群体迁移
26、小群体迁移小群体迁移小群体迁移等，等，每次这样的事件都将造成群体遗传结构的扰动每次这样的事件都将造成群体遗传结构的扰动：2010年2月群体的遗传分析课件第二节、改变遗传平衡的因素第二节、改变遗传平衡的因素基因基因突变突变对群体遗传结构的影响对群体遗传结构的影响选择选择对群体遗传结构的影响对群体遗传结构的影响突变与选择的联合作用突变与选择的联合作用迁移迁移对群体遗传结构的影响对群体遗传结构的影响遗传漂变及其作用遗传漂变及其作用2010年2月群体的遗传分析课件一、一、基因基因突变对群体遗传结构的影响突变对群体遗传结构的影响1、突变压、突变压 (mutation pressure)：基因突变造成的基
27、：基因突变造成的基因频率改变量，等于因频率改变量，等于基因频率与突变率的乘积。基因频率与突变率的乘积。Aauv基因基因突变一是为自然选择提供原始材料，二是直突变一是为自然选择提供原始材料，二是直接导接导 致群体基因频率改变。致群体基因频率改变。令令 u u = 正突变频率；正突变频率；v v = 反突变频率：反突变频率：一对基因的突变有正突变，也有反突变，所以：一对基因的突变有正突变，也有反突变，所以：A a 的频率即的频率即A的减少率为的减少率为 pu (正突变压正突变压)；a A 的频率即的频率即A的增加率为的增加率为 qv (反突变压反突变压)。在没有其他因素影响时：设某一世代中，一对基
28、在没有其他因素影响时：设某一世代中，一对基因因A, a的频率分别为的频率分别为 p 和和 q 。则：则：突变对突变对 A 基因基因频率的影响为：频率的影响为： D Dp = qv pu2010年2月群体的遗传分析课件2 2、pu = qv 时的基因频率与突变率关系时的基因频率与突变率关系当群体内当群体内当群体内当群体内 pupu = = qvqv 时时时时，并不改变群体内的基因频率，并不改变群体内的基因频率，群体仍然处于平衡状态群体仍然处于平衡状态群体仍然处于平衡状态群体仍然处于平衡状态：由于由于 p p = qvqv pupu = 0，且，且 q q = 1 p p A A的增量的增量的增量
29、的增量 A A减少量减少量减少量减少量所以：所以：pupu = = qvqv = ( 1 = ( 1 p p ) ) v v = = v v pvpv也就是：也就是：pupupvpv = v v, 改写为改写为 p p ( u uv v ) = v vvuuq+ += =同理可得：同理可得：由于：由于：A Aa a a a的正突变率为的正突变率为u u；a aA A的的反突变率为反突变率为v v。群体中群体中 A 的频率为的频率为 p ，a 的频率为的频率为 q，p pq q = 1。vu + + vp 故：故： =在没有其他因素干扰时，平衡群在没有其他因素干扰时，平衡群在没有其他因素干扰时，
30、平衡群在没有其他因素干扰时，平衡群体的基因频率由正、反突变频率大体的基因频率由正、反突变频率大体的基因频率由正、反突变频率大体的基因频率由正、反突变频率大小决定小决定小决定小决定。如实验查明一对等位基因。如实验查明一对等位基因的正、反突变率，就可利用左边公的正、反突变率，就可利用左边公式计算出平衡状态下的基因频率。式计算出平衡状态下的基因频率。2010年2月群体的遗传分析课件当群体内正、反突变压相等时，可以根当群体内正、反突变压相等时，可以根据突变率计算基因频率据突变率计算基因频率例如例如：Aa 的突变率为的突变率为 1/100万，即万，即 u = 1 10-6 ；aA 的反突变率为的反突变率
31、为 0.5/100万，即万，即 v = 5 10-7在在 pupu = qv qv 的前提下，有的前提下，有 p p = = v v/( /(u uv v) ) 。所以，根据公式：所以，根据公式：p p = v v/(u uv v) 可算出：可算出：p = 0.0000005/(0.00000050.000001) = 也就是在群体中，也就是在群体中，A A 基因占基因占基因占基因占 , a , a 基因占基因占基因占基因占 (1 (1 p p) = ) = 。这时的正突变压这时的正突变压 pupu = (110-6) = 10-6这时的反突变压这时的反突变压 qv qv = (510-7-7
32、) = 10-6所以，所以，正反突变压正反突变压相等相等 正反突变率正反突变率相等相等如果等位基因的正反突变率相等如果等位基因的正反突变率相等 (即即 v v = u u), 同时同时正反突正反突变压也相等变压也相等 (pupu = qvqv), 则必然是则必然是 q q = p p = 0.52010年2月群体的遗传分析课件3 3当群体内正、反突变压当群体内正、反突变压不相等不相等时时根据前面的知识，根据前面的知识，p = qv pu, 且且 p pq q = 1。在在 u u 和和 v v 维持不变的情况下，如果维持不变的情况下，如果 puqv，即，即 A 承承受的突变压受的突变压比比 a
33、 承受的突变压承受的突变压大。也就是说在群体内，大。也就是说在群体内，与与 a 突变成突变成 A 相比，有更多的相比，有更多的 A 突变成突变成 a。一个世代后一个世代后, 与上一代相比与上一代相比 p p 变小了：变小了：p p1 1 = p p0 0 p 。p p 的的这个减量这个减量(p) 就是就是 q q 的增量的增量(q)：q q1 1 = q q0 0 +q 。总之总之总之总之, , 在突变率不变的情况下在突变率不变的情况下在突变率不变的情况下在突变率不变的情况下, , 如果正、反突变压不相如果正、反突变压不相如果正、反突变压不相如果正、反突变压不相等等等等, , 则这种突变则这种
34、突变则这种突变则这种突变压差压差压差压差的作用下的作用下的作用下的作用下, , 会使会使会使会使A A、a a 的基因频率向的基因频率向的基因频率向的基因频率向缩小突变压差的方向改变缩小突变压差的方向改变缩小突变压差的方向改变缩小突变压差的方向改变, , 最终使突变压相等最终使突变压相等最终使突变压相等最终使突变压相等。由于基因的突变频率一般都很低由于基因的突变频率一般都很低(1/1041/107)，因此，因此, 突变压差对基因频率的明显改变要经过很多世代突变压差对基因频率的明显改变要经过很多世代。对于。对于繁殖周期很短的生物，可在较短时间内引起基因频率的繁殖周期很短的生物，可在较短时间内引起
35、基因频率的明显改变。明显改变。2010年2月群体的遗传分析课件举例说明突变对基因频率的影响举例说明突变对基因频率的影响( (了解了解) )已知果蝇在正常条件下，灰体已知果蝇在正常条件下，灰体已知果蝇在正常条件下，灰体已知果蝇在正常条件下，灰体Y Y 黄体黄体黄体黄体 y y 的突变率：的突变率：的突变率：的突变率：u u = 0.0001; = 0.0001; 黄体黄体黄体黄体 y y 灰体灰体灰体灰体 Y Y 的突变频率的突变频率的突变频率的突变频率 v = 0.00000004 v = 0.00000004现在有一个灰体现在有一个灰体现在有一个灰体现在有一个灰体(YY) (YY) 黄体黄体
36、黄体黄体(yy)(yy)的的的的F F2 2群体，即群体，即群体，即群体，即 p p0 0 = = q q0 0 = = 0.5, 0.5, 准备让其随机交配观察基因频率的变化。准备让其随机交配观察基因频率的变化。准备让其随机交配观察基因频率的变化。准备让其随机交配观察基因频率的变化。C2 （n n=2）C1（n n=1）0.4999000450.49995002p pn-4.99750000008105-4.998 105p p p pn-1n-12.00019992 1082108q qn-1v v4.9995002 1055105p pn-1u u突变压突变压 p p0 0u u = 0
37、.0001 0.5 = 0.00005, = 0.0001 0.5 = 0.00005, q q0 0v = 0.00000004 0.5 = 0.00000002v = 0.00000004 0.5 = 0.00000002 p p = = qv qv pu pu = 0.00000002 = 0.00000002 0.00005 = 0.00005 = 0.000049980.00004998突变经配子传递给子代突变经配子传递给子代, , 影响群体的基因频率。所以影响群体的基因频率。所以, , 子子代代 p p1 1 = 0.5 = 0.5 0.00004998 = 0.49995002,
38、 q = 0.500049980.00004998 = 0.49995002, q = 0.500049982010年2月群体的遗传分析课件二二、选择对群体遗传结构的影响选择对群体遗传结构的影响1 1、概念：、概念：、概念：、概念：选择选择选择选择是指是指是指是指群体内群体内群体内群体内不同基因型个体在特定条件下不同基因型个体在特定条件下不同基因型个体在特定条件下不同基因型个体在特定条件下将自身的基因传递给子代的几率将自身的基因传递给子代的几率将自身的基因传递给子代的几率将自身的基因传递给子代的几率存在存在存在存在差异差异差异差异的现象的现象。改改变基因频率的最主要因素变基因频率的最主要因素。
39、自然选择、人工选择。自然选择、人工选择。其中( () )2 2cccc的白化苗个体又会被淘汰。适合度适合度适合度适合度( (w w) )：特定条件下特定条件下特定条件下特定条件下群体中某一基因型的个体与最群体中某一基因型的个体与最群体中某一基因型的个体与最群体中某一基因型的个体与最优基因型相比，将自身基因传递给子代的相对能力优基因型相比，将自身基因传递给子代的相对能力优基因型相比，将自身基因传递给子代的相对能力优基因型相比，将自身基因传递给子代的相对能力。选择压选择压选择压选择压(S)(S)：特定条件下特定条件下特定条件下特定条件下群体中某一基因型的个体将自身群体中某一基因型的个体将自身群体中
40、某一基因型的个体将自身群体中某一基因型的个体将自身基因传递给子代的基因传递给子代的基因传递给子代的基因传递给子代的能力受到削弱的程度能力受到削弱的程度能力受到削弱的程度能力受到削弱的程度; S = 1-S = 1-w w2 2群体内隐性致死基因的淘汰：群体内隐性致死基因的淘汰：群体内隐性致死基因的淘汰：群体内隐性致死基因的淘汰：例如：玉米致死基因突变体的选择效应例如：玉米致死基因突变体的选择效应例如：玉米致死基因突变体的选择效应例如：玉米致死基因突变体的选择效应：设：设：设：设：绿色基因绿色基因 C 和白化苗基因和白化苗基因 c 的频率各的频率各 0.5。经。经一代繁殖，子代群体将有一代繁殖，
41、子代群体将有 白苗白苗白苗白苗 全部死亡。全部死亡。则：则：则：则：剩下的群体中剩下的群体中 C C 频率为频率为频率为频率为 、c c 频率频率频率频率只有只有 由此形成的由此形成的下一代个体的频率下一代个体的频率下一代个体的频率下一代个体的频率为：为：2010年2月群体的遗传分析课件3 3、淘汰隐性性状、淘汰隐性性状(即即 S=1)时基因频率改变的规律时基因频率改变的规律前述群体中：白花基因的前述群体中：白花基因的 q q = 0.4, 红花基因的红花基因的 p p = 0.6设：设：此群体为初始群体，此群体为初始群体，白花基因白花基因 a 的的频率为频率为 q0 = 0.4淘汰淘汰白花白
42、花 (aa，即即即即 S=1 S=1)，随机交配的子代群体隐性，随机交配的子代群体隐性基因频率基因频率 q q1 可从杂合子所占的比值中求出。可从杂合子所占的比值中求出。q q1 1 = 0.4/1.4= 0.2857连续连续n n代淘汰后，隐性等位基因频率为：代淘汰后，隐性等位基因频率为：qnn+1 = qn2/(1 + qn)；n = 1/qn 1/q0：淘汰隐性性状的速度很慢淘汰隐性性状的速度很慢淘汰隐性性状的速度很慢淘汰隐性性状的速度很慢, , , ,效果随世代的增加而变差效果随世代的增加而变差效果随世代的增加而变差效果随世代的增加而变差。8 8q q = 0.1= 0.1998998
43、498498989848483 3需世代需世代需世代需世代n nq q = 0.001= 0.001q q = 0.002= 0.002q q = 0.01= 0.01q q = 0.02= 0.02q q = 0.2= 0.2目标目标目标目标由于由于 a 只占杂合体基因的一半，只占杂合体基因的一半，所以，所以，a 在总个体中所在总个体中所占的比值为：占的比值为：2010年2月群体的遗传分析课件玉米致死基因突变体的选择效应玉米致死基因突变体的选择效应( (续续) )经n n 代淘汰后，群体内三种基因型的频率为：例如淘汰至第十代时： 第十代时，在100株苗中的白化苗个体已不到1株(0.83%)2
44、010年2月群体的遗传分析课件4 4、群体内显性致死基因的淘汰、群体内显性致死基因的淘汰淘汰显性性状可以迅速改变基因频率，只需自交一代，淘汰显性性状可以迅速改变基因频率，只需自交一代，选留具有隐性性状的个体即可成功。选留具有隐性性状的个体即可成功。例如例如:红花红花 白花白花 F1 红花红花 F2 : 红花红花 : 白花白花如：一个随机交配群体有红花株如：一个随机交配群体有红花株84%、白花株、白花株16%。 白花基因频率白花基因频率 q q = 0.4红花基因频率红花基因频率 p p = 1 q q = 0.6如果把全部红花植株都淘汰如果把全部红花植株都淘汰(S=1), 下一代就全是白花植株
45、。下一代就全是白花植株。这时，这时，p = 0、q = 1, 基因频基因频率发生改变的迅速很快。率发生改变的迅速很快。2010年2月群体的遗传分析课件5 5、选择影响隐性基因频率的规律总结、选择影响隐性基因频率的规律总结(1)、基因频率越小，选择使频率降低的幅度越小；当基因频率越小，选择使频率降低的幅度越小；当基因频率越小，选择使频率降低的幅度越小；当基因频率越小，选择使频率降低的幅度越小；当隐性基因很少时，几乎完全存在于杂合体中隐性基因很少时，几乎完全存在于杂合体中隐性基因很少时，几乎完全存在于杂合体中隐性基因很少时，几乎完全存在于杂合体中。当选择压当选择压 S = 1 时，根据时，根据 q
46、nn+1 = qn2/(1 + qn) :(2)、对隐性基因的不完全选择，即、对隐性基因的不完全选择，即0S1时，设初始时，设初始群体为平衡群体群体为平衡群体 ( p p2AA + 2pqpqAa + q q2aa = 1):基因型基因型AAAaaa全群体全群体起始起始频频率率p022p0q0q021选择选择系数系数S00S选择选择后后p022p0q0q02(1-S)1-Sq02相相对频对频率率 P02/(1-Sq02) 2p0q0/(1-Sq02) q02(1-S)/(1-Sq02)1q1 = 2p0q0 /(1-Sq02) + q02(1-S)/(1-Sq02) = q= q0 0(1-S
47、q(1-Sq0 0)/(1-Sq)/(1-Sq0 02 2) )即：即：即：即：q qn+1 n+1 = = q qn n(1 (1 S Sq qn n) / (1 ) / (1 S Sq qn n2 2) )0.050-0.0091q0=0.10.0667-0.0333q0=0.29.9910-7-0.1143-0.1667-0.3556-0.4263qq0 01 10.000990.0800.08330.08890.090q0=0.001q0=0.4q0=0.5q0=0.8q0=0.9q102010年2月群体的遗传分析课件不同选择压不同选择压S下下对隐性性状对隐性性状选择的效果选择的效果
48、( (了解了解) )由于：由于： q qn+1 n+1 = = q qn n(1 (1 S Sq qn n) / (1 ) / (1 S Sq qn n2 2) ) q qnn+1 = q qn+1 q qn = S= Sq qn n2 2 (1 (1 q qn n) / (1S) / (1Sq qn n2 2) ) 基因基因频频率率q的改的改变变不同不同选择压选择压S下下选择选择所需的世代数所需的世代数q0qnS=1(致死致死)S=0.5S=0.1S=0.010.990.5111565590.50.182010210200.0251890.0010.000190001800590023900
49、230当当 q q0 很小，比如很小，比如0.0001时，分母时，分母(1 Sq q02)1，进行一，进行一个世代的选择，引起的基因频率改变量：个世代的选择，引起的基因频率改变量：q qnn+1 = q qn+1 q qn S S q qn n2 2 (1 (1 q qn n) ) 由此可推出由此可推出由此可推出由此可推出 下列公式下列公式(以以 代替代替q q，见，见p480)：S n n = (q q0 q qn)/ /q q0q qn + 2.3031log10q q0(1 q qn)/q qn(1 q q0)dq qdn n2010年2月群体的遗传分析课件一次选择对隐性等位基因频率一次
50、选择对隐性等位基因频率一次选择对隐性等位基因频率一次选择对隐性等位基因频率的影响主要决定于初始频率的影响主要决定于初始频率的影响主要决定于初始频率的影响主要决定于初始频率2010年2月群体的遗传分析课件三、突变与选择的联合作用三、突变与选择的联合作用( (了解了解) )1 1、aa aa 个体承受的选择压为个体承受的选择压为个体承受的选择压为个体承受的选择压为 S S 。设。设 A 对对 a 完全显性，完全显性，a 的的频率为频率为 q q，Aa 突变率为突变率为 u u，aA 突变率为突变率为 v v 。q q 的变化：突变产生的增量的变化：突变产生的增量 q qmm = = u u (1
51、(1 q q) ) vqvq 因选择引起的损失量因选择引起的损失量 q qS S = S = Sq q2 2(1(1q q) ) 当当当当突变产生的增量突变产生的增量q qm m 与选择引起的损失量与选择引起的损失量q qS S 相等时相等时:u u(1 (1 q q) ) vqvq = = SSq q2 2(1(1q q) , ) , 即即即即 u u = S= Sq q2 2 + + vqvq/(1 /(1 q q) ) 。当当当当S=1(S=1(致死或无生育能力致死或无生育能力致死或无生育能力致死或无生育能力) )时：时：时：时：u u q q2 2 。即是说在一个随机交配大群体中，如没
52、有大规模的迁即是说在一个随机交配大群体中，如没有大规模的迁即是说在一个随机交配大群体中，如没有大规模的迁即是说在一个随机交配大群体中，如没有大规模的迁移，也没有突变率的剧烈变化，且移，也没有突变率的剧烈变化，且移，也没有突变率的剧烈变化，且移，也没有突变率的剧烈变化，且 S = 1 S = 1 时，群体通常时，群体通常时，群体通常时，群体通常呈动态平衡状态，可以用呈动态平衡状态，可以用呈动态平衡状态，可以用呈动态平衡状态，可以用基因频率基因频率基因频率基因频率 q q 来估算来估算来估算来估算突变率突变率突变率突变率 u u 。如果自然突变率很低，群体内如果自然突变率很低，群体内如果自然突变率
53、很低，群体内如果自然突变率很低，群体内 a a 又很少又很少又很少又很少( (严重遗传病严重遗传病严重遗传病严重遗传病) )时，时，时，时，vq vq 可忽略不计，这时：可忽略不计，这时：可忽略不计，这时：可忽略不计，这时： u Sq u Sq2 2，即，即，即，即 q q 。2 2、如果选择是对完全显性的等为基因淘汰、如果选择是对完全显性的等为基因淘汰、如果选择是对完全显性的等为基因淘汰、如果选择是对完全显性的等为基因淘汰，则：，则：，则：，则：p p S = S = 发病率发病率发病率发病率 (1/2) = v(1/2) = v，当，当，当，当S=1S=1时时时时( (如没有生育机会的如没
54、有生育机会的如没有生育机会的如没有生育机会的严重显性遗传基因严重显性遗传基因严重显性遗传基因严重显性遗传基因) )， p = p = 发病率发病率发病率发病率 (1/2) = v(1/2) = v2010年2月群体的遗传分析课件四、迁移四、迁移对群体遗传结构的影响对群体遗传结构的影响迁移是指在一个大群体内，由于一部分个体新迁入导致迁移是指在一个大群体内，由于一部分个体新迁入导致迁移是指在一个大群体内，由于一部分个体新迁入导致迁移是指在一个大群体内，由于一部分个体新迁入导致基因频率变化的现象。基因频率变化的现象。基因频率变化的现象。基因频率变化的现象。个体的迁移也是影响群体基因个体的迁移也是影响
55、群体基因个体的迁移也是影响群体基因个体的迁移也是影响群体基因频率的一个因素。但迁移一般是小规模频率的一个因素。但迁移一般是小规模频率的一个因素。但迁移一般是小规模频率的一个因素。但迁移一般是小规模设：一个大群体内，新迁入个体所占比例即迁入率为设：一个大群体内，新迁入个体所占比例即迁入率为设：一个大群体内，新迁入个体所占比例即迁入率为设：一个大群体内，新迁入个体所占比例即迁入率为mm。则则则则1 m1 m为原有个体比率。为原有个体比率。为原有个体比率。为原有个体比率。令：迁入个体某基因的频率为令：迁入个体某基因的频率为令：迁入个体某基因的频率为令：迁入个体某基因的频率为q qmm，原有个体的同一
56、，原有个体的同一，原有个体的同一，原有个体的同一基因的频率为基因的频率为基因的频率为基因的频率为q q0 0，二者混合后群体内等位基因的频率，二者混合后群体内等位基因的频率，二者混合后群体内等位基因的频率，二者混合后群体内等位基因的频率q q1 1将为：将为：将为：将为：q q1 1 = mq = mqmm + (1 m)q + (1 m)q0 0 = m(q = m(qmm q q0 0) + q) + q0 0一代迁入引起基因频率变化（一代迁入引起基因频率变化（一代迁入引起基因频率变化（一代迁入引起基因频率变化（ q q ）则为）则为）则为）则为q q = q = q1 1 q q0 0
57、= m(q = m(qmm q q0 0) + q) + q0 0 q q0 0 = m(q= m(qmm q q0 0) )用类似推导方法也可得到迁出部分个体后的基因频率变用类似推导方法也可得到迁出部分个体后的基因频率变用类似推导方法也可得到迁出部分个体后的基因频率变用类似推导方法也可得到迁出部分个体后的基因频率变化计算公式。化计算公式。化计算公式。化计算公式。2010年2月群体的遗传分析课件五、遗传漂变五、遗传漂变（genetic drift）1 1、遗传漂变的定义、遗传漂变的定义、遗传漂变的定义、遗传漂变的定义在一个小群体内，每代从基因库中抽样形成配子时，在一个小群体内，每代从基因库中抽
58、样形成配子时，在一个小群体内，每代从基因库中抽样形成配子时，在一个小群体内，每代从基因库中抽样形成配子时，会产生较大误差会产生较大误差会产生较大误差会产生较大误差, , 由这种误差引起群体基因频率的偶然由这种误差引起群体基因频率的偶然由这种误差引起群体基因频率的偶然由这种误差引起群体基因频率的偶然变化变化变化变化, , 叫做遗传漂变。叫做遗传漂变。叫做遗传漂变。叫做遗传漂变。遗传漂变遗传漂变亦称随机遗传漂变亦称随机遗传漂变亦称随机遗传漂变亦称随机遗传漂变, , 首先首先首先首先由由由由S. WrightS. Wright提出提出提出提出, , 所以又叫莱特效应所以又叫莱特效应所以又叫莱特效应所
59、以又叫莱特效应(Wright effect)(Wright effect)。2 2引起遗传漂变的原因引起遗传漂变的原因引起遗传漂变的原因引起遗传漂变的原因遗传漂变一般发生于小群体中。遗传漂变一般发生于小群体中。遗传漂变一般发生于小群体中。遗传漂变一般发生于小群体中。由于群体太小，在群体分布范围内个体的分布密度太由于群体太小，在群体分布范围内个体的分布密度太由于群体太小，在群体分布范围内个体的分布密度太由于群体太小，在群体分布范围内个体的分布密度太低，不同个体将自身基因传递给子代的机会常常受到偶低，不同个体将自身基因传递给子代的机会常常受到偶低，不同个体将自身基因传递给子代的机会常常受到偶低，不
60、同个体将自身基因传递给子代的机会常常受到偶然因素的影响而出现差异，难以充分地实现随机交配，然因素的影响而出现差异，难以充分地实现随机交配，然因素的影响而出现差异，难以充分地实现随机交配，然因素的影响而出现差异，难以充分地实现随机交配，在小群体内基因不能达到完全自由分离和组合在小群体内基因不能达到完全自由分离和组合在小群体内基因不能达到完全自由分离和组合在小群体内基因不能达到完全自由分离和组合, ,使基因频使基因频使基因频使基因频率容易产生偏差。但这种偏差不是由于突变、选择等因率容易产生偏差。但这种偏差不是由于突变、选择等因率容易产生偏差。但这种偏差不是由于突变、选择等因率容易产生偏差。但这种偏
61、差不是由于突变、选择等因素引起的。素引起的。素引起的。素引起的。2010年2月群体的遗传分析课件3 3、遗传漂变的作用、遗传漂变的作用群体愈小群体愈小群体愈小群体愈小就愈易发生就愈易发生就愈易发生就愈易发生遗传漂变作用。右图为群体遗传漂变作用。右图为群体遗传漂变作用。右图为群体遗传漂变作用。右图为群体大小与遗传漂变的关系，大小与遗传漂变的关系，大小与遗传漂变的关系，大小与遗传漂变的关系，3 3种种种种群体个体数分别是群体个体数分别是群体个体数分别是群体个体数分别是5050、500 500 和和和和 5000, 5000, 初始等位基因频率约为初始等位基因频率约为初始等位基因频率约为初始等位基因
62、频率约为 0.50.5。例如：人类不同种族所具有的血型频率差异在实际中例如：人类不同种族所具有的血型频率差异在实际中例如：人类不同种族所具有的血型频率差异在实际中例如：人类不同种族所具有的血型频率差异在实际中并没有适应上的意义，可以像类人猿一样将血型差异一并没有适应上的意义，可以像类人猿一样将血型差异一并没有适应上的意义，可以像类人猿一样将血型差异一并没有适应上的意义，可以像类人猿一样将血型差异一直传下来，可能是当初遗传漂变的结果。直传下来，可能是当初遗传漂变的结果。直传下来，可能是当初遗传漂变的结果。直传下来，可能是当初遗传漂变的结果。许多中性或不利性状的群许多中性或不利性状的群许多中性或不
63、利性状的群许多中性或不利性状的群体间差异，用自然选择理论体间差异，用自然选择理论体间差异，用自然选择理论体间差异，用自然选择理论难以解释，可能是当初遗传难以解释，可能是当初遗传难以解释，可能是当初遗传难以解释，可能是当初遗传漂变的作用漂变的作用漂变的作用漂变的作用进化。所以进化。所以进化。所以进化。所以, , 遗传漂变作用就是可将那些遗传漂变作用就是可将那些遗传漂变作用就是可将那些遗传漂变作用就是可将那些中性或不利性状在群体中继续保留下来而不被消灭。中性或不利性状在群体中继续保留下来而不被消灭。中性或不利性状在群体中继续保留下来而不被消灭。中性或不利性状在群体中继续保留下来而不被消灭。2010
64、年2月群体的遗传分析课件4 4、奠基者效应与瓶颈效应、奠基者效应与瓶颈效应从群体迁出或抽取少量个体构成的新群体，如果从群体迁出或抽取少量个体构成的新群体，如果其基因频率与原群体不同，这种改变也归为遗传漂其基因频率与原群体不同，这种改变也归为遗传漂变。变。. 瓶颈效应：瓶颈效应：由于群体大小的大幅消长变化而使群体基因频率由于群体大小的大幅消长变化而使群体基因频率或遗传组成发生了明显改变的现象或遗传组成发生了明显改变的现象。大群体大群体 少数个体少数个体 初始小群体初始小群体 大群体大群体 稳定的稳定的p0和和q0 不稳定的不稳定的p1和和q1 稳定的稳定的p和和q . 奠基者效应：奠基者效应：初
65、始小群体的基因频率对由此发展起来的大群体初始小群体的基因频率对由此发展起来的大群体的基因频率产生决定性作用的基因频率产生决定性作用。2010年2月群体的遗传分析课件第三节、平衡定律的推广第三节、平衡定律的推广 ( (了解了解) )一、遗传平衡定律适用于孟德尔群体的复等位基因分析一、遗传平衡定律适用于孟德尔群体的复等位基因分析pi22pApB2pBpipB22pApipA2基因型频率基因型频率iiIAIBIBiIBIBIAiIAIA基因型基因型OABBA表现型表现型 基因基因 i 的频率的频率 pi = ；由于；由于PAB = 2pApB， pB = PAB/2pAPA + PO= pA2 +
66、2pApi + pi2 = (pA + pi)2，等位基因等位基因IA的频率的频率等位基因等位基因 IB 的频率也可根据的频率也可根据pA和和pi求得：求得： pB = 1-pA-pi如孟德尔群体中某个基因座有如孟德尔群体中某个基因座有 k 个等位基因个等位基因A1、A2、Ai i、Ak k，则有，则有k k个纯合基因型个纯合基因型Ai iAi i和和 k k(k k 1)个杂合基个杂合基因型因型Ai iAj j，平衡群体中等位基因频率和基因型频率的关系：，平衡群体中等位基因频率和基因型频率的关系：PAiAi AiAi = pi i2 2，PAiAj AiAj = 2pi ipj j ，(i
67、i = 1, 2, , k；j j = i i+1,i i+2, ,k k)例如，例如，ABO血型受单基因控制，该基因座具有血型受单基因控制，该基因座具有 3 个复等位个复等位基因基因 (IA、IB和和I)，其中，其中IA和和IB是共显性，是共显性，IA和和IB对对 i 是显性。是显性。人类大群体中人类大群体中ABO血型的基因型和表现型关系：血型的基因型和表现型关系：2010年2月群体的遗传分析课件二、孟德尔群体中伴性遗传基因的频率二、孟德尔群体中伴性遗传基因的频率 设等位基因设等位基因A的频率为的频率为p，a的频率为的频率为q。在孟德尔群。在孟德尔群体中，异配性别（如人类男性群体）的个体只有
68、单份等体中，异配性别（如人类男性群体）的个体只有单份等位基因，而且只能来自同配性别（如人类女性群体）的位基因，而且只能来自同配性别（如人类女性群体）的配子。配子。即异配性别群体的表现型频率就是同配性别群体即异配性别群体的表现型频率就是同配性别群体即异配性别群体的表现型频率就是同配性别群体即异配性别群体的表现型频率就是同配性别群体的基因频率的基因频率的基因频率的基因频率。 而且，异配性别而且，异配性别群体产生的含等位基群体产生的含等位基因的两类配子比例与因的两类配子比例与同配性别产生一样。同配性别产生一样。 以人类为例：以人类为例： 性群体内隐性表型频率性群体内隐性表型频率性群体内隐性表型频率性
69、群体内隐性表型频率 = a = a基因频率基因频率基因频率基因频率q q，而且这个频率与而且这个频率与而且这个频率与而且这个频率与 性群体内一样性群体内一样性群体内一样性群体内一样。同样有。同样有 p+q = 1 的关的关系。所以：系。所以：性别群体内三种基因型性别群体内三种基因型AA、Aa和和aa的频率依次为的频率依次为P PAAAA= = p p2 2, P, PAaAa= 2= 2pqpq, P, Paaaa= = q q2 2 配子配子配子配子XAXAXAXaXaXaXAXaXAYYXAYXaYXaY2010年2月群体的遗传分析课件哈德魏伯格定律照样适用于性连锁基因哈德魏伯格定律照样适
70、用于性连锁基因配子配子配子配子X XA AX XA AX XA AX Xa aX Xa aX Xa aX XA A 0.7 0.7X Xa a 0.3 0.3X XA AY YX Xa aY Y1Y1Y0.7 X0.7 XA AY Y0.3 X0.3 Xa aY Y0.7 X0.7 XA A0.49 X0.49 XA AX XA A0.21 X0.21 XA AX Xa a0.3 X0.3 Xa a0.21 X0.21 XA AX Xa a0.09 X0.09 Xa aX Xa a如一部分人迁移异地构成一个新群体如一部分人迁移异地构成一个新群体, 性群体内性群体内PAY = p = 0.7,
71、QaY = q =0.3; 性群体内性群体内 PAA= 0.5, PAa= 0.4, Paa= 0.1。 则则: p = 0.5 + 0.4 = 0.7, q = 0.1 + 0.4 = 0.3。由于由于PAA p p2，PAa 2pqpq, 该初始群体处于遗传不平衡该初始群体处于遗传不平衡状态。状态。对于伴性遗传基因，遗传不平衡状态的群体经过一代对于伴性遗传基因，遗传不平衡状态的群体经过一代的自由通婚，也可以建立起遗传平衡：的自由通婚，也可以建立起遗传平衡：2010年2月群体的遗传分析课件第四节第四节群体遗传分析的发展群体遗传分析的发展一、连锁不平衡分析一、连锁不平衡分析二、保护遗传学简介二
72、、保护遗传学简介Conservation Genetics2010年2月群体的遗传分析课件一、连锁不平衡一、连锁不平衡（重要概念）1 1、连锁不平衡、连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)(linkage disequilibrium,LD)现象现象连锁不平衡是指连锁不平衡是指群体中相邻基因座位上非等位基因的群体中相邻基因座位上非等位基因的群体中相邻基因座位上非等位基因的群体中相邻基因座位上非等位基因的非随机性相关非随机性相关非随机性相关非随机性相关。当一个基因座位上的特定等位基因当一个基因座位上的特定等位基因a a，与附近连锁的非等位基因与附近连锁的非等位基因b b
73、同时出现的几率同时出现的几率(p(pabab) )，大于，大于因自由组合而使两者同时出现的几率因自由组合而使两者同时出现的几率(p(pa ap pb b) )时时, ,就称这就称这两个位点处于两个位点处于LDLD状态状态。设设A,aA,a分别为基因座分别为基因座A A上的一对等位基因；上的一对等位基因；B,bB,b分别为基分别为基因座因座B B上的一对等位基因。上的一对等位基因。p p p pA A , ,p p p pB B 分别为基因分别为基因A A和和B B的频率；的频率；P PABAB,P,PAbAb,P,PaBaB,P,Pabab分别群体将产生的四种配子分别群体将产生的四种配子AB,
74、Ab,aBAB,Ab,aB和和abab的频率，则群体中这基因座间的连锁不平衡值的频率，则群体中这基因座间的连锁不平衡值D D为：为：D = PD = PAB AB - - p pA p pB = P= PAB AB P Pab ab - P- PAb Ab P PaB aB 设设Q = P(B/A) = PQ = P(B/A) = PABAB/ /p pA A，R = P(B/a) = PR = P(B/a) = PaBaB/ /p pa a，连锁不平衡值，连锁不平衡值D D亦可用下式表示：亦可用下式表示：D = D = p pA A q qa a （QRQR）2010年2月群体的遗传分析课件
75、2 2、连锁不平衡的特点、连锁不平衡的特点 (了解)（1 1）、突变和重组对）、突变和重组对LDLD起着极其重要的作用起着极其重要的作用重组是打断重组是打断LDLD的主要原因的主要原因, ,即即LDLD程度与重组率呈反比。所程度与重组率呈反比。所以，以，LDLD是由突变产生的多态性形成的。某一特定等位基因附是由突变产生的多态性形成的。某一特定等位基因附近的基因座有新的突变产生时，近的基因座有新的突变产生时，LDLD出现。之后随重组的发生出现。之后随重组的发生, ,两位点间两位点间LDLD程度逐渐降低。基因组不同位置的重组率不同。程度逐渐降低。基因组不同位置的重组率不同。理论上理论上, ,人群中
76、人群中LDLD强度将随着时间和遗传图距而降低强度将随着时间和遗传图距而降低, ,但对但对于紧密连锁位点间的于紧密连锁位点间的LD,LD,实际上随机因素起着更重要的作用。实际上随机因素起着更重要的作用。另外另外, ,虽然也有数据显示虽然也有数据显示, ,随着遗传图距的增加，随着遗传图距的增加，LDLD有减弱的有减弱的趋势趋势, ,但靠得很近的标记并非总呈是现出但靠得很近的标记并非总呈是现出LDLD。（2 2）、遗传漂变是指群体中世代间基因频率的随机变化。）、遗传漂变是指群体中世代间基因频率的随机变化。遗传漂变的遗传漂变的“奠基者效应奠基者效应”,”,也会导致也会导致LDLD的出现。但是不断的出现
77、。但是不断的或剧烈的遗传漂变最终导致了一个等位基因的固定或丢失的或剧烈的遗传漂变最终导致了一个等位基因的固定或丢失, ,群体中某个等位基因都纯合群体中某个等位基因都纯合, ,则造成则造成LDLD的估算无意义的估算无意义(=0)(=0)。（3 3）、其他影响）、其他影响LDLD的因素：人口增长与群体结构，如增的因素：人口增长与群体结构，如增长可引起长可引起LDLD程度的降低程度的降低; ;突变率的变化突变率的变化; ;基因转换基因转换2010年2月群体的遗传分析课件3 3、研究连锁不平衡的意义、研究连锁不平衡的意义随着人类全基因组计划的完成随着人类全基因组计划的完成, ,越来越多的人开始把目光越
78、来越多的人开始把目光转向多基因疾病的基因定位、克隆、诊断和治疗。转向多基因疾病的基因定位、克隆、诊断和治疗。过去对符合孟德尔遗传规律的单基因病的研究主要采用连过去对符合孟德尔遗传规律的单基因病的研究主要采用连锁分析锁分析, ,其数据来源于对受累家系的分析其数据来源于对受累家系的分析, ,而多基因病是受多而多基因病是受多个微效基因与某些环境因素共同影响所致。个微效基因与某些环境因素共同影响所致。RischRisch等认为等认为, ,多基因疾病中若应用连锁分析定位微效基因多基因疾病中若应用连锁分析定位微效基因, ,所需要的家系数目将大得惊人所需要的家系数目将大得惊人, ,故提出了关联分析故提出了关
79、联分析(test of (test of association) association) 的方法。其中基于连锁不平衡的关联分析在的方法。其中基于连锁不平衡的关联分析在定位复杂疾病基因上显示出强大的功能。定位复杂疾病基因上显示出强大的功能。LDLDLDLD分析是利用群体进行基因定位的重要手段分析是利用群体进行基因定位的重要手段分析是利用群体进行基因定位的重要手段分析是利用群体进行基因定位的重要手段：人类遗传学、：人类遗传学、动物遗传学、异花授粉植物的遗传研究与新基因发现。动物遗传学、异花授粉植物的遗传研究与新基因发现。LDLD分析的数学模型和方法因群体类型和构成不同而异，其分析的数学模型和方
80、法因群体类型和构成不同而异，其中大多数都是属于双等位基因的配对检验。到目前为止，中大多数都是属于双等位基因的配对检验。到目前为止， LDLD分析法还在不断发展与完善。分析法还在不断发展与完善。梁云等梁云等梁云等梁云等,2005,2005,2005,2005,人类基因组中的连锁不平衡方式人类基因组中的连锁不平衡方式人类基因组中的连锁不平衡方式人类基因组中的连锁不平衡方式, , , ,国外医学国外医学国外医学国外医学生生生生理、病理科学与临床分册理、病理科学与临床分册理、病理科学与临床分册理、病理科学与临床分册,Vol.25,No.3,P:247-250,Vol.25,No.3,P:247-250
81、,Vol.25,No.3,P:247-250,Vol.25,No.3,P:247-2502010年2月群体的遗传分析课件二、保护遗传学简介二、保护遗传学简介 (了解)Conservation genetics is the application of genetics to preserve species as dynamic entities capable of coping with environmental changeGenetic management of small populationsResolution of taxonomic uncertaintiesIdent
82、ifying and defining units of conservation within and between speciesUse of genetic information for wildlife forensicsAddress genetic factors that affect extinction risk and genetic management to minimize or mitigate those risksFrankham et al. 2002. Introduction to Conservation Genetics. Cambridge Un
83、iv. Press1、什么叫保护遗传学？2010年2月群体的遗传分析课件11 major genetic issues in conservation biologyInbreeding and inbreeding depressionLoss of genetic diversity and adaptive potentialPopulation fragmentation and loss of gene flowGenetic drift becomes more important than natural selection as main evolutionary forceA
84、ccumulation of deleterious mutations (lethal equivalents)Adaptation to captivity and consequences for captive breeding and reintroductionsTaxonomic uncertainties masking true biodiversity or creating false biodiversityDefining ESUs and management units within speciesForensic analysesUnderstand speci
85、es biologyOutbreeding depression2010年2月群体的遗传分析课件5 broad categories of conservationgenetics publicationsManagement and reintroduction of captive populations, and the restoration of biological communitiesDescription and identification of individuals, genetic population structure, kin relationships, an
86、d taxonomic relationshipsDetection and prediction of the effects of habitat loss, fragmentation and isolationDetection and prediction of the effects of hybridization and introgressionUnderstanding the relationships between adaptation or fitness and the genetic characters of individuals or population
87、s2010年2月群体的遗传分析课件Other topicsPhylogeographyDistribution of gene lineages in space and timeLandscape geneticsCombination of landscape ecology and population geneticsDispersion of alleles across a landscape2010年2月群体的遗传分析课件Conservation GeneticsEvolutionary geneticsTaxonomic uncertaintiesIntrogressionPo
88、pulation structure & fragmentationOutbreedingSmall populationsForensicsUnderstanding species biologyLoss of genetic diversityMutational accumulationInbreedingReproductive fitnessIdentify mgmt unitsReintroductionAdaptation to captivityWildCaptiveGenetic managementExtinction2010年2月群体的遗传分析课件45主要任务Requi
89、red for populations to adapt to environmental change (long term)Required for maintenance of reproductive fitness (short term)Assessed using molecular or quantitative methodsLarge, outbreeding populations generally have a lot of diversitySmall populations risk losing diversity2010年2月群体的遗传分析课件46Geneti
90、c affects of small population sizeEffective size usually much smaller than census size, compounding genetic effectsGenetic driftloss of allelesFixation in extreme caseLoss of adaptive potential?InbreedingDecreases heterozygosityExpression of deleterious recessive mutationsChance of extinction of loc
91、ally adapted formsReintroduction of other forms may not be successful2010年2月群体的遗传分析课件47Locally adapted formsPhenotype product of genotype and environment VP = VG + VETypes of phenotypic variation:MorphologyPeppered moths in UKGazelles in Saudi ArabiaBighorn sheep in AlbertaBehaviorMigration in birds and salmonFeeding behavior of garter snakesAdaptation to local conditionsYarrow in Sierra NevadaCountergradient variationGenetic effects counteract environmental effects; thus, genetic differences are opposite to observed phenotypic differences2010年2月群体的遗传分析课件482010年2月群体的遗传分析课件
