群體中的基因頻率及遺傳平衡

1、1,1．population,在一定空間內(nèi)，可以相互交配，并隨著世代進(jìn)行基因交換的許多同種個體的集群。又稱為Mendelian population?？梢允莝pecies，variety或nationality,2,2． gene pool,基因庫:一個群體內(nèi)所包含的全部基因。,3,3. genetic constitution,群體中各種基因頻率以及由不同交配體制所帶來的各種基因型在數(shù)量上的分布，即用基因頻率和基因型頻率來表達(dá)的

2、群體的遺傳組成。,4,4． random mating,隨機(jī)交配在有性生殖的孟德爾群體中的一種性別的個體有同樣的機(jī)會和相反性別的個體交配的方式。,5,5. mutation rate,發(fā)生了突變的基因占該基因總數(shù)的比例，一般用每一代中每一百萬個基因中發(fā)生突變的次數(shù)來表示。,6,第一節(jié) Hardy-Weinberg law,群體遺傳學(xué)的研究目的是要揭示群體遺傳組成變化的機(jī)制。要求定量表示群體的遺傳組成，即群體的基因頻率和基因型頻率。就可研

3、究一個群體世代間的遺傳變異情況。,7,genotype frequency,指一個群體中某一基因型的個體占群體中全部個體的比率。常染色體某基因座上有兩種等位基因A和a，則對該基因座來說有三種基因型AA、Aa、aa，設(shè)這三種基因型頻率分別為fAA 、fAa、faa。fAA +fAa+faa =1,8,gene frequency,群體中某種等位基因數(shù)占該基因位點(diǎn)上全部等位基因總數(shù)的比率。例：AA(8000人);Aa(1500);aa(

4、500人)f(A)=(8000*2+1500)/[(1500+8000+500)*2]=87.5%f(a)=(1500+500*2)/[(8000+1500+500)*2] =12.5%,9,基因頻率與基因型頻率的數(shù)量關(guān)系,例：AA有X人，Aa有Y，aa有Z人；A的頻率為p，a的頻率為q，基因型頻率: fAA 、fAa、faa則：fAA=X/(X+Y+Z)；fAa=Y/(X+Y+Z)；faa=Z/(X+Y+Z)p=(2X+Y)/

5、[(X+Y+Z)*2]=fAA+ 1/2*fAaq=faa+1/2fAa,10,例：,某地區(qū)調(diào)查12，000人，M血型3100人，MN血型6900人，N血型2000人，求LM和LN的基因頻率?fM =3100/12000， fMN=69000/12000， fN=2000/12000p= fM +1/2fMN = q= fN + 1/2fMN =,11,一、Hardy-Weinberg law描述,在隨機(jī)交配大群體內(nèi)，若沒有基

6、因突變、選擇、遷移、遺傳漂變等因素的作用，群體的基因頻率和基因型頻率將代代相傳，保持不變。不論群體起始基因型頻率如何，經(jīng)過一代隨機(jī)交配后便成為遺傳平衡的群體。繼續(xù)保持上述理想條件，基因型頻率將保持為上述平衡狀態(tài)而不會改變。,12,二、一對等位基因的平衡定律,,13,配子結(jié)合形成子代的基因型頻率,卵 子 A(p) a(q)精 A(p)

7、 AA(p2) Aa(pq)子 a(q) Aa(pq) aa(q2)fAA = p2，fAa =2pq，faa= q2 p+q=1（p+q）2= p2+2pq + q2 =1,,,14,例：,某地區(qū)調(diào)查1200人，發(fā)現(xiàn)白化病患者9人，求隱性致病基因a的基因頻率q？,15,三、復(fù)等位基因的平衡定律,三個基因（A1,A2,A3）的頻率：p、q、r基因型：A1A1、A1A2，A2A3、

8、A1A3p=fA1A1+1/2 fA1A2 +1/2 fA1A3q= fA2A2+1/2fA2A3 + fA1A2r= fA3A3+1/2fA1A3+1/2 fA2A3,16,復(fù)等位基因與基因型頻率關(guān)系,卵子 A1(p） A2(q） A3(r） 精 A1(p) A1A1(p2) A1A2(pq) A1

9、A3(pr) 子 A2(q) A1A2(pq) A2A2(q2) A2A3(qr) A3(r) A1A3(pr) A2A3(qr) A3A3(r2) p+q+r=1(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr,,,17,例ABO血型:,某地區(qū)調(diào)查1000人，A血型390人，B血型240人，AB血型120人，O血型250人,求IA、 IB、 i 的基因頻率(p、

10、q、r)？基因型:IAIA 、 IAi 、 IAIB、IBIB、Ibi、ii,18,例ABO血型,卵 子 IA(p） IB(q） i(r）精 IA(p） IA IA(p2) IA IB(pq) IA i(pr)子 IB(q） IA IB(pq) IB IB(q2) IB i(qr)

11、 i(r） IA i(pr) IB i(qr) i i(r2)(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1fA= p2+2pr, fB= q2+2qr, fAB=2pq, fO= r2 0.3, 0.2, 0.5,19,例ABO血型,fA= p2+2pr=0.39 ； fB= q2+2qr=0.24； fAB= 2pq=0.12； fO = r2 =0.25 r=0

12、.5；p+q=1-r =1-0.5=0.5(p+r)2=p2+2pr+r2=0.39+0.25=0.64p+r=0.8p=0.8-0.5=0.3q=1-0.3-0.5=0.2公式總結(jié)：,20,第二節(jié) Hardy-Weinberg定律的應(yīng)用,,21,一、基因頻率和雜合度的估計,,22,(一)常染色體基因頻率和雜合度,如果a為有害的隱性基因（q），人們往往關(guān)心雜型合子，在遺傳平衡條件下，雜合子的頻率為2q(1-q)。雜合子在群體

13、中占正常個體(AA和Aa)的比例為：H'=[2q(1-q)]/[(1-q)2+2q(1-q)]=2q/(1+q),23,（二）X連鎖基因頻率的估計,,24,例：紅綠色盲,紅綠色盲為X連鎖隱性遺傳，某地區(qū)1000個男性中有50人患病求Xa的基因頻率？預(yù)期女性的發(fā)病率、攜帶者頻率?,25,紅綠色盲,卵 子 XA (p) Xa (q)精 XA (p)

14、 XA XA (p2) XA Xa (pq) 子 Xa (q) XA Xa (pq) XA XA (q2) Y XAY (p) Xa Y(q),,,26,紅綠色盲,f（XAY）=p； f（XaY）=qq=50/1000=0.05女性發(fā)病率:q2 =0.0025 女性攜帶者頻率：2pq=0.095注意：以上基因型頻率限定在同一性別中

15、。,27,紅綠色盲,卵 子 XA (p) Xa (q)精 XA (p/2) XA XA (p2/2) XA Xa (pq/2) 子 Xa (q/2) XA Xa (pq/2) XA XA (q2/2) Y (1/2) XAY (p/2) Xa Y(q/2),,,28

16、,紅綠色盲,f（XAY）=p/2； f（XaY）=q/2q/2=(50/1000)/2女性發(fā)病率:q2 /2=0.00125 女性攜帶者頻率：pq=0.0475注意：以上基因型頻率是在整個人群中。,29,X連鎖隱性遺傳病：,男性患者大大多于女性患者，女性攜帶者約為男性患者的2倍。,30,X連鎖顯性遺傳?。?女性患者約是男性患者的2倍。因?yàn)椋号灾谢疾÷蕿閝2+2pq，男性為q，男女性患者的比例為1/（q+2p）=1/[(p

17、+q)+p]=1/（1+p）=1/2,31,三、檢驗(yàn)群體是否為遺傳平衡,從子代計算的等位基因頻率可當(dāng)作親代的等位基因頻率。并以此計算Hardy-Weinberg平衡下的期望基因型頻率。就可判斷群體是否存在平衡狀態(tài)。,32,第三節(jié) 影響遺傳平衡的因素,,33,一、突變,基因突變是新等位基因的直接來源，從而導(dǎo)致群體內(nèi)遺傳變異的增加，并為自然選擇和物種進(jìn)化提供物質(zhì)基礎(chǔ)。不過，突變發(fā)生的頻率即突變率往往很低。,34,二、選擇對遺傳平衡的影響,在

18、一定自然條件下，群體內(nèi)某些基因型個體有更高的成活生育率，從而導(dǎo)致一些基因型頻率逐代增高，另一些則逐代降低。這種在自然界的一個群體內(nèi)，造成不同基因型個體成活率和生育率差異的過程稱為natural selection。量化自然選擇的參數(shù)為適合度和選擇系數(shù)。,35,fitness and selection coefficient,適合度指在某環(huán)境下,某基因型的個體能夠生存并將其基因傳給下代的相對能力,可用相對生育率來衡量。相對生育率是某基

19、因型的生育率與最佳基因型的生育率的比值。選擇系數(shù)指在選擇作用下降低的適合度。s=1-f,36,(1)對隱性基因突變與選擇,因?yàn)橛泻﹄[性基因絕大多數(shù)以雜合狀態(tài)存在，而雜合體即攜帶者不能直接被選擇，所以選擇對隱性基因的減小效應(yīng)是緩慢的。而且由于新的突變,突變和選擇間保持平衡,這樣隱性基因的頻率在人群中基本恒定.,37,(2)對AD等位基因的選擇,對顯性等位基因的選擇要比對隱性基因的選擇有效，因?yàn)楹酗@性基因的個體(AA和Aa)都受到選

20、擇作用。但實(shí)際上群體中的顯性有害基因保持著相對恒定值，這同樣與突變和選擇的雙重作用有關(guān)。,38,(3)對X連鎖隱性基因的選擇,主要通過淘汰男性個體而實(shí)現(xiàn) 。,39,(4) relaxation of selection,由于選擇壓力降低，對有害基因不能進(jìn)行嚴(yán)格淘汰，使致病基因頻率提高的現(xiàn)象稱選擇放松。如醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。,40,（5）genetic load,指在一個群體中由于有害基因的存在而使群體適合度下降的現(xiàn)象。一般用群體中每個個體

21、平均所攜帶的有害基因的數(shù)量來表示。估計我國人群每人平均帶5~6個有害基因，此為我國人群的遺傳負(fù)荷。,41,三、群體中的平衡多態(tài)現(xiàn)象,,42,（一）突變與選擇間的平衡,,43,（二）neutral mutation,,44,（三）genetics drift,由于群體較小和偶然事件而造成的基因頻率的隨機(jī)波動稱隨機(jī)遺傳漂變(遺傳漂變或漂變)。,45,（四） migration,遷移：一個群體的居民遷入另一群體并與后一群體婚配，于是發(fā)生了基

22、因流動。通常將前一群體稱遷入群，后一群體稱為接受群，二者的比值為遷移率。,46,（五）遺傳漂變、選擇及基因交流作用的相對有效性,突變、選擇和遷移的共同點(diǎn)是，如果已知等位基因頻率，也知突變率、選擇系數(shù)或遷移率，就可預(yù)測等位基因改變的方向和量值大小；由于隨機(jī)遺傳漂變引起的等位基因頻率的變化，在量值上可預(yù)測，但在方向上不可預(yù)測。,47,第四節(jié) consanguineous marriage,inbreeding: 3~4代內(nèi)有共同祖先的一

23、些個體之間的婚配稱近親婚配,48,(1) coefficient of relationship,親緣（近親）系數(shù)(r)：是指兩個個體在一定基因位點(diǎn)上具有共同祖先的同一等位基因的概率。,49,親緣系數(shù)的計算：,父子或母子之間：r=(1/2)1=1/2同胞間：r=2*(1/2) 2=1/2,50,近親：,一級親屬： r=1/2，如親子或同胞；二級親屬：r=1/4，如一個個體與他的祖(外祖)父母、伯、叔、姑、舅或姨；三級親屬：r=1/

24、8 ，如表兄妹、堂兄妹。親緣系數(shù)可判斷近親個體的親屬程度，,51,(2) inbreding coeficient,近交系數(shù)(F)近親婚配的后代出現(xiàn)來源于同一祖先的同一基因純合的概率。,52,近交系數(shù)和親緣系數(shù)區(qū)別,F指一個體接受在血緣上相同即由同一祖先的一個等位基因復(fù)制出來的兩等位基因的概率；r指兩個個體在某一基因座上具有同一等位基因的概率。r涉及兩個個體，而F只涉及一個；r涉及一個等位基因，來源可以是不同祖先，而F涉及兩個，

25、且血緣上相同；,53,一.常染色體基因近交系數(shù)的計算,在一些系譜里不只一條通徑，這時個體I的近交系數(shù)就是各通徑提供純合子概率之和。,54,常染色體基因近交系數(shù)的計算,,,,,,,,,,,,,,,,,,A1A2,A3A4,,,姨表F=4*(1/2)6=1/16,55,二.X連鎖基因的近交系數(shù)的計算,X連鎖基因的近交系數(shù)只計算所生女兒的F；不計算父親向女兒的傳遞；如果傳遞路線中出現(xiàn)男性到男性的傳遞，這條路線被中斷；共同女祖先有兩個X連鎖

26、基因，而共同男祖先有一個X連鎖基因。,56,姨表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X1Y,X2 X3,F=(1/2)3+2*(1/2)5=3/16,57,舅表,,,,,,,,,,,,,,,,,,X1Y,X2 X3,舅表F=2*(1/2)4=1/8,,,,58,姑表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X1Y,X2 X3,姑表F=0,,,,59,堂表,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X1Y,X2 X3,堂表F=0,,,,,60,

27、三、近交效應(yīng),近親婚配，后代基因純合的概率增高。危害來自隱性基因的純合。隨機(jī)婚配群體中，隱性遺傳病患者的頻率為q2。隱性致病基因頻率q越小，近親婚配后代發(fā)病風(fēng)險比隨機(jī)婚配提高得越多?；橐龇鞔_禁止近親結(jié)婚。,61,(一）近親婚配的隱性純合概率,1、共同祖先傳遞而來：Fq2、不同祖先傳遞而來：（1-F）*q2總計：Fq+（1-F）*q2=q2+Fpq,62,(二)近親婚配隱性純合相對風(fēng)險,(q2+Fpq)/q2=1+Fp/q,63

28、,(三)近親婚配增加遺傳負(fù)荷,,64,第五節(jié) 優(yōu)生運(yùn)動的誤區(qū),,65,一、優(yōu)生學(xué)（eugenics）：,應(yīng)用遺傳學(xué)的原理和方法以改善人類遺傳素質(zhì)的科學(xué)。演進(jìn)性優(yōu)生學(xué)(progressive eugenics)：研究如何維持和促進(jìn)人群中有利（優(yōu)良）基因頻率的增長。預(yù)防性優(yōu)生學(xué)(preventive eugenics):研究如何減少群體中有害基因頻率,減少遺傳病的發(fā)生.,66,演進(jìn)性優(yōu)生學(xué),1）提倡優(yōu)選生育。鼓勵在體格和智力上優(yōu)秀的個

29、體生育更多的后代；2）人工授精。優(yōu)選精子后授精；3）試管嬰兒（test tuble baby）。4）單性生殖。5）遺傳工程、克隆人、轉(zhuǎn)基因人。,67,二、優(yōu)生運(yùn)動的誤區(qū),,68,（一）最早的優(yōu)生學(xué)(eugenics):,1、“eugenics”這個詞來源于希臘詞匯“eugene”,意思“good in birth”。2、 F. Golton（達(dá)爾文的表弟）， 1883年發(fā)表《人類的才能及發(fā)展》,創(chuàng)立了優(yōu)生學(xué)“eugenics

30、”,。將優(yōu)生學(xué) 定義為一門完善種族的科學(xué) 。,69,（二）歷史教訓(xùn),,70,1、美國優(yōu)生運(yùn)動,1905~1930年 ,美國優(yōu)生學(xué)家提出用限制婚姻、絕育和永遠(yuǎn)監(jiān)禁身心有缺陷的人來中止遺傳“退化者”生育 ,而遺傳“退化者”包括癲癇患者、罪犯、酒鬼、妓女、乞丐、瘋子、低能者。,71,1、美國優(yōu)生運(yùn)動,1924，美國通過移民限制法 ,認(rèn)為南歐、東歐人“在生物學(xué)上是低等人”。 1931年 ,美國 3 7個州強(qiáng)制絕育 ,對象包括“身心有缺陷者”、

31、“性反常者”、“癮君子”、“酒鬼”等。eugenics成為罰懲、遺棄社會邊緣,弱勢人群及病人和種族歧視的工具。,72,2、德國優(yōu)生運(yùn)動,1930~1940，希特勒頒布強(qiáng)制精分裂癥,智力低下,低能者絕育的優(yōu)生法。1934~1937 ,約350 ,000人被迫絕育。1935，通過紐倫堡法律 ,禁止猶太人與德國人通婚和性接觸。 1937，數(shù)百名有色人種的兒童和 30,000名吉普賽人被絕育。,73,2、德國優(yōu)生運(yùn)動,1940~1941

32、，德國納粹用瓦斯殺害了 70,000名德國精神病人。 1941，計劃將四分之一的猶太人絕育 ,并殺掉所有其他的猶太人。 1943~1944年約 1 0 0萬吉普賽人在集中營被殺害。,74,三、優(yōu)生學(xué)的共識,,75,1、eugenics 不在文獻(xiàn)中使用,1.eugenics常指德國納粹的種族滅絕或美國等國家為減少不適人群而采取的強(qiáng)制法律和行動。2. 是國家強(qiáng)加于個人的社會規(guī)劃 ,個人的結(jié)婚、生育由國家強(qiáng)制決定。3. 是一種“適者”

33、強(qiáng)加于“不適者”,歧視少數(shù)民族和少數(shù)人群的政策。,76,2、知情選擇,,77,3、個人生育選擇非強(qiáng)制性,,78,四、限制遺傳病患者生育不能清除遺傳病,1、效果緩慢，隱性患者(不被選擇)與攜帶者比例：q2：2pq=q/2p=q/22、新的隱性突變不斷發(fā)生（1/106）3、不可能清除攜帶者。人人均為攜帶者（平均攜帶4-8個有害基因）。,79,五、我國的優(yōu)生學(xué),,80,（一）《婚姻法規(guī)定》 :,禁止直系血親和三代以內(nèi)旁系血親者結(jié)婚。,81

34、,（二）《母嬰保健法》,第十條 :經(jīng)婚前醫(yī)學(xué)檢查 ,對診斷患醫(yī)學(xué)上認(rèn)為不宜生育的嚴(yán)重遺傳病的育齡夫婦 ,醫(yī)師應(yīng)當(dāng)向男女雙方說明情況 ,提出醫(yī)學(xué)意見 ;經(jīng)男女雙方同意 ,采取長效避孕措施或者施行結(jié)扎手術(shù)后不生育的 ,可以結(jié)婚。第十六條 :醫(yī)師發(fā)現(xiàn)或者懷疑患嚴(yán)重遺傳病的育齡夫婦 ,應(yīng)當(dāng)提出醫(yī)學(xué)意見。育齡夫婦應(yīng)當(dāng)根據(jù)醫(yī)師的醫(yī)學(xué)意見采取相應(yīng)的措施。,82,（三）對中國優(yōu)生的國際爭論：,1998年北京召開第18屆國際遺傳學(xué)大會，國際學(xué)術(shù)界某些學(xué)

35、者認(rèn)為 , 我國 《母嬰保健法》中某些條例具有“eugenics”性質(zhì)。醫(yī)學(xué)意見不具備法律意義 ,個人的結(jié)婚、生育不應(yīng)由國家強(qiáng)制決定。,83,（四）香山會議（1999.8,昆明）,1、《母嬰保健法》的某些方面需要改正 ,強(qiáng)調(diào)“知情同意”等倫理原則。2、中國的優(yōu)生學(xué)指生出一個無缺陷的孩子。屬于預(yù)防遺傳病孩子出生的“消極優(yōu)生學(xué)”。3、“eugenics”改為“health birth”或“well bear and well rear

36、”。,84,EXERCISES,85,名詞解釋,Inbreeding coefficient近交系數(shù)。是指一個個體接受在血緣上相同即是由同一祖先的一個等位基因復(fù)制出來的兩等位基因的概率。亦可理解為近親婚配時，夫婦二人有可能都攜帶從同一祖先傳來的同一個等位基因，并且均將這個等位基因傳遞給其子女，使其子女的在該位點(diǎn)上的這對等位基因是純合的，即在血緣上相同的概率。,86,填空題,1．一個群體中的全部遺傳信息稱為_____。2．在隨機(jī)交配的

37、大群體內(nèi)，若沒有____、____、____、___的因素作用，經(jīng)過一代隨機(jī)交配后，群體的基因頻率和基因型頻率均將代代相傳，保持不變，成為遺傳平衡的群體。3．在一個遺傳平衡群體中，如果某一性狀的隱性表型(aa)的頻率是0.09，雜合子Aa的頻率是________。 基因庫 ;突變、選擇、遷移、遺傳漂變 ;0.42,87,選擇題,1，下列群體，哪一個是遺傳平衡群體?A)AA 60％ Aa 40％ aa 0％B)AA

38、 49％ Aa l5％ aa 36％C)AA l6％ Aa 48％ aa 36％D)AA 25％ Aa 25％ aa 50％,88,選擇題,2.由下圖AR遺傳病家系，近親婚配后代I的正確的近交系數(shù)________。A) 1/16 B) 3/16 C) 0 D) 1/8,,,,,,,,,,,,,,,,89,選擇題,3．參見上題附圖，由XR遺傳病家系，近親婚配后代I的近交系數(shù)(F

39、)______。 A) 1/16 B) 3/16 C) 0 D) 1/84．二級親屬的親緣系數(shù)(r)為_______。 A)1/2 B)l/4 C)1/8 D)1/16 [答案] C 、A 、D 、B,90,提示：,3、對X連鎖基因選擇時，F(xiàn)的計算公式為F=2(1/2)n+(1/2)m，n(m)為共同女(男)祖先的某等位基因傳給個體I使之純合所需的步驟。計算時應(yīng)注意：①X連鎖基因的