07基因變異的群體行為

1、07基因變異的 群體行為,Population Genetics,,基因變異是人類進化的基礎(chǔ),構(gòu)成了群體中的個體多樣性群體是由一群可以相互婚（交）配的個體組成,,研究群體中基因的分布及逐代傳遞中影響基因頻率和基因型頻率的因素，追蹤基因變異的群體行為，應(yīng)用數(shù)學(xué)手段研究基因頻率和相對應(yīng)的表型在群體中的分布特征和變化規(guī)律，這就是群體遺傳學(xué)的研究內(nèi)容,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,在隨機婚配的大群體中，沒有受到外在因素影響的情況下，

2、顯性性狀并沒有隨著隱性性狀的減少而增加，不同基因型相互比例在一代代傳遞中保持穩(wěn)定，這就是Hardy-Weinberg平衡律。,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,,第一代的兩個等位基因頻率和基因型頻率,,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,,第二代基因型頻率,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,,各種婚配的后代基因型分布,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,表中結(jié)果顯示：AA后代 =p4+2p³q+p²q²=p²(p²+

3、2pq+q²)=p²(p+q)²=p²；Aa后代 =2p³q+4p²q²+2pq³=2pq(p²+2pq+q²)=2pq(p+q)²=2pq；Aa后代 =p²q²+2pq³+ q4=q²(p²+2pq+q²)=q²(p+q)²=

4、q²,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,可以看出在這一群體中第一代和第二代的基因型頻率是一致的。實際上無論經(jīng)過多少代，基因型頻率將保持不變，每種基因型的個體數(shù)量隨著群體大小而增減，但是相對頻率不變，這就是Hardy-Weinberg平衡的推理。,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,當(dāng)證明每個基因型的相對比例保持不變，即p²、2pq和q²的比例，那么這個群體可以說是處于Hardy-Weinberg平衡。,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,假

5、設(shè)某一基因座的一對等位基因A和a，有三種基因型AA，Aa／aA和aa，在隨機1000人的群體中，觀察的基因型分布如下：AA為600人、Aa／aA為340人、aa為60人。,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,,不同基因型頻率的預(yù)期值和觀察值,X2=1.607 p＞0.05,第一節(jié) 群體的遺傳平衡,用X2檢驗等位基因頻率和基因型頻率分布是否符合Hardy-Weinberg平衡，根據(jù)X2值查X2分布表得到p值；當(dāng)p＞0.05時，表示預(yù)期值和觀察值之

6、間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可以認(rèn)為等位基因頻率和基因型頻率分布符合Hardy-Weinberg平衡，當(dāng)p＜0.05時，表示預(yù)期值和觀察值之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，則認(rèn)為等位基因頻率和基因型頻率分布不符合Hardy-Weinberg平衡。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,一、非隨機婚配 隨機婚配指無須考慮配偶的基因型選擇配偶；而非隨機婚配可以通過兩種方式增加純合子的頻率。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,一種是選型婚配（assor

7、tative mating），即選擇具有某些特征（如身高、智力、種族）的配偶；如果這種選擇發(fā)生在常染色體隱性遺傳性聾啞病患者中，就將增加純合患者的相對頻率；另一種是近親婚配（consanguinous mating），即有共同祖先血緣關(guān)系的親屬婚配，盡管表面上不改變等位基因頻率，但可以增加純合子的比例，降低雜合子數(shù)量，因此使不利的隱性表型面臨選擇，從而又最終改變了后代的等位基因頻率。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,近親婚配不僅提高了后代的

8、有害隱性基因純合子的發(fā)生風(fēng)險，而且增加了后代對多基因或多因素疾病的出生缺陷的易感性，這是因為多基因病的患病風(fēng)險與親屬級別成正比。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,近親的程度可以用親緣系數(shù)（coefficient of relationship，r）來表示。親緣系數(shù)是指兩個人從共同祖先獲得某基因座的同一等位基因的概率。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,,不同親屬級別的親緣系數(shù),,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,近婚系數(shù)：由于夫婦二人是近親，他們可能從

9、共同祖先傳遞到同一基因，婚后又可能把同一基因傳遞到他們子女。這樣，子女的這一對基因是相同的。近親婚配使子女中得到這樣一對相同基因的概率，稱為近婚系數(shù)（inbreeding coefficient，F(xiàn)）,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,以常染色體上的某一基因座為例（右圖）。設(shè)一對同胞兄妹的父親某一基因座有等位基因A1和A2，母親的這個基因座有等位基因A3和A4。他們的子女中，1/4為A1A3，1/4為A1A4，1/4為A2A3，1/4為A2A

10、4。這一對子女如果近親婚配，將來所生后代中，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率即為其近婚系數(shù)。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,S形成純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率就是4×（1/2）4=1/4。因此，一級親屬間的近婚系數(shù)就是F=1/4。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,舅甥女（或姑侄）之間婚配（右圖）S成為純合子A1A1、A2A2、A3A3、A4A4的總概率為4×(1/2)5=1/8，

11、近婚系數(shù)F=1/8。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,如果是表兄妹婚配，形成A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需傳遞6步，所以其近婚系數(shù)為4×(1/2)6=1/16（右圖）。三級親屬的近婚系數(shù)F=1/16。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,在二級表兄妹婚配的情況下，P1的等位基因A1經(jīng)B1、C1、D1傳遞給S需經(jīng)過4步傳遞，S為A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各需8步傳遞，其近婚系數(shù)為4×(1/2)8=1/64（

12、右圖），五級親屬的近婚系數(shù)F=1/64。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,在姨表兄妹婚配中（右圖），等位基因X1由P1經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞1步（B1轉(zhuǎn)至C1）；基因X1經(jīng)B2、C2傳至S則傳遞2步（B2傳至C2和C2傳至S）。所以，S為X1X1的概率為（1/2）3。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，需計為傳遞2步；基因X2經(jīng)B2、C2傳至S，需計為3步。所以，S為的概率為（1/2）5。因此，對X連鎖基因來說，姨表兄妹婚配的近

13、婚系數(shù)F為（1/2）3+2×（1/2）5=3/16。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,在舅表兄妹婚配中（右圖），等位基因X1由P1傳至B2時中斷，所以，不能形成純合子X1X1。等位基因X2由P2經(jīng)B1、C1傳至S，只需計為傳遞2步；基因X2由P2經(jīng)B2、C2傳至S，也只需計為傳遞2步。所以，S為X2X2的概率為（1/2）4。因此，對X連鎖基因來說，舅表兄妹婚配的近婚系數(shù)F為2×（1/2）4=1/8。,第二節(jié) 影響遺傳平衡

14、的因素,在姑表兄妹婚配中（右圖），等位基因X1由P1傳至B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳至C1時，傳遞中斷，所以，不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,如果堂表兄妹婚配（右圖），基因X1由P1傳到B1時中斷，基因X2和X3由P2經(jīng)B1傳到C1時，傳遞中斷，所以，也不能形成純合子X1X1、X2X2和X3X3，其近婚系數(shù)F=0。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,因此，僅就X連鎖基因來

15、看，姨表兄妹婚配或舅表兄妹婚配比姑表兄妹或堂表兄妹危害還要大。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,,評價近親婚配對群體的危害時，除近親婚配率以外，平均近婚系數(shù)（average inbreeding coefficient，a）有重要作用。a值可按下列公式計算：,其中，Mi為某型近親婚配數(shù)，N為總婚配數(shù)，F(xiàn)i為某型婚配的近婚系數(shù)。,,,不同國家、地區(qū)人群中a值的比較,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,,表親婚配和隨機婚配生出隱性純合子的概率,第二節(jié)

16、影響遺傳平衡的因素,,近親婚配與非近親婚配對后代影響的比較,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,二、選擇 選擇反映了環(huán)境因素對特定表型或基因型的作用，它可以是正性選擇，也可以是負(fù)性選擇。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,Hardy-Weinberg平衡的理想化群體對基因型沒有選擇，但是，實際上對特定缺陷的表型往往由于生育力下降，有一個負(fù)性選擇；遺傳學(xué)上用生物適合度（biological fitness）來衡量生育力大小，反映下

17、一代基因庫的分布情況。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,當(dāng)適合度為0時，表示遺傳性致死，即無生育力，當(dāng)適合度為1時，為生育力正常；因此只有選擇作用發(fā)生在育齡期之前，才會影響群體的基因頻率或基因型頻率，而發(fā)生在育齡期之后的選擇作用，其影響將是微不足道的。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,例如，根據(jù)丹麥的一項調(diào)查，軟骨發(fā)育不全的侏儒108人，共生育了27個子女，這些侏儒的457個正常同胞共生育了582個子女，侏儒的相對生育率(f)是:,,,第二節(jié)

18、影響遺傳平衡的因素,這個相對生育率即代表適合度。類似方法可以求得其他遺傳病患者的適合度。選擇系數(shù)(selection coefficient)指在選擇作用下適合度降低的程度，用s表示。s反映了某一基因型在群體中不利于存在的程度，因此s=1-f。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,三、突變 Hardy-Weinberg平衡是基于無突變的假設(shè)條件，如果某基因座具有較高的突變率，將使群體中的突變基因比例穩(wěn)定增加。事實上，幾乎所有基因座都

19、可能以不同突變率發(fā)生突變，但是又都可能由于患病個體的適合度下降而造成突變基因消失，最終達到平衡。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,基因突變率是指每代每個配子中每個基因座的突變數(shù)量，假設(shè)初始群體的某一基因座全是等位基因A的純合子，每一世代由等位基因A突變成等位基因a的突變率為1.0×10-5，那么，第一世代的等位基因a的頻率為1.0×10-5,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,對于孟德爾遺傳病的基因突變率可以進行估計：

20、 常染色體顯性遺傳病 u=I（1-f）/2 常染色體隱性遺傳病 u=I（1-f） X連鎖隱性遺傳病 u＝［IM（1-f）］／3,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,四、遺傳漂變 在大群體中，正常適合度條件下，繁衍后代數(shù)量趨于平衡，因此基因頻率保持穩(wěn)定；但是在小群體中可能出現(xiàn)后代的某基因比例較高的可能性，一代代傳遞中基因頻率明顯改變，破壞了Hardy-Weinberg平衡，這種現(xiàn)象稱

21、為隨機遺傳漂變（genetic shift）。,第二節(jié) 影響遺傳平衡的因素,五、基因流 隨著群體遷移兩個群體混合并相互婚配，新的等位基因進入另一群體，將導(dǎo)致基因頻率改變，這種等位基因跨越種族或地界的漸近混合稱之為基因流（gene flow）。,第三節(jié) 遺傳負(fù)荷,突變負(fù)荷 （mutation load）是遺傳負(fù)荷的主要部分，是由于基因的有害或致死突變而降低了適合度，給群體帶來的負(fù)荷。突變負(fù)荷的大小取決于突變率（u）和

22、突變基因的選擇系數(shù)（s）。 分離負(fù)荷 （segregation load）是由于雜合子（Aa）和雜合子（Aa）之間的婚配，后代中有1/4為純合子（aa），其適合度降低，因而導(dǎo)致群體適合度的降低，造成遺傳負(fù)荷增加；如果純合子（aa）的選擇系數(shù)愈大，適合度降低愈明顯，群體遺傳負(fù)荷的增加愈顯著。,第三節(jié) 遺傳負(fù)荷,影響遺傳負(fù)荷的因素： 近親婚配對遺傳負(fù)荷的影響 環(huán)境對遺傳負(fù)荷的影響,第四節(jié) 群體中的平衡多態(tài)現(xiàn)象,一、DN