医 学 遗 传 学群体遗传学本章节重点
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
近亲婚配群体遗传学医学群体遗传学 (遗传流行病学 )
群体,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)。
群体中的遗传平衡基因库,一个群体所具有的全部遗传信息称为 基因库 (gene pool)。
基因频率和基因型频率基因频率 (gene frequency)：指群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例 。 任何基因座位上全部基因频率的总和等于 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例 。 任何群体各个基因型频率的总和等于 1。
对于 共显性 和 不完全显性 性状有一对等位基因 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
基因频率和基因型频率
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
D.H,Hardy W,Weinberg
一定条件下,群体中的基因频率和基因型频率在世代传递中保持不变 。 如果一个群体达到了这种状态,就是一个遗传平衡的群体 。
1,群体很大
2,随机婚配
3,没有突变
4,没有选择
5,没有大规模迁移
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开精子
f (A)＝ p f (a)＝ q
卵子
f (A)＝ p p2 pq
f (a)＝ q pq q2
p2＋ 2pq＋ q2＝ 1 p2,基因型 AA的频率
2pq,基因型 Aa的频率
q2,基因型 aa的频率
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开
p2＋ 2pq＋ q2＝ 1
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开
一个不平衡的群体只要经过一个世代随机婚配就可以达到遗传平衡 。
f (a) = q
f (A) = 1－ q
= q2
Hardy-Weinberg 定律
隐性表型频率 (发病率 )＝隐性致病基因型频率
q ＝ q2
p ＝ 1－ q
常染色体隐性遗传病 (AR)
基因频率的计算
2pq
q2 ≈
2q
q2 ＝
2
q 2pq ≈ 2q
＝ 隐性表型频率 ＝ 发病率
p ＝ 1－ q
基因频率的计算
常染色体显性遗传病 (AD)
2pq
p2 ＋ 2pq ≈ 1 H ＝ 2pq ≈ 2p
q ＝ q2 ＝ 正常人的频率性 别 女 性 男 性基因型 XAXA XAXa XaXa XAY XaY
基因型频率 p2 2pq q2 p q
男性表型频率＝男性基因型频率＝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,男女发病比例为 p / (p2 ＋ 2pq) ＝ 1/2
XR中,男女发病比例为 q / q2 ＝ 1/q
基因频率的计算
X连锁基因基因频率的计算
复等位基因 ( IA,IB,i )
血 型 A B O AB
基因型 IAIA,IAi IBIB,IBi ii IAIB
基因型频率 p2＋ 2pr q2＋ 2qr r2 2pq
p＋ q＋ r＝ 1
(p＋ q＋ r)2＝ p2＋ 2pq＋ q2＋ 2pr＋ r2＋ 2qr＝ 1
f (IA) = p
f (IB) = q
f (i) = r
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡突变率 (mutation rate)：每个基因都有一定的突变率,用每一世代中每百万个基因中有 n 个基因发生突变,即 n× 10－ 6/
基因 /代 。
突 变突 变
一对等位基因 A 和 a
f(A) ＝ p,突变率为 u
f(a) ＝ q,突变率为 v
q ＝ uu ＋ v p ＝ vu ＋ v
p ＝ qv;?q ＝ pu
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡选 择选择 (selection)：指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别 。 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 。 一般用 相对生育率 (relative fertility)来衡量 。
选择系数 (selection coefficient,S)：选择的作用常用选择系数 来表示 。 S 代表在选择作用下,降低的适合度,S＝ 1 － f。
几种遗传病患者的适合度遗传病 适合度黑矇性痴呆 0
视网膜母细胞瘤 0
软骨发育不全 0.2
甲型血友病 0.29
遗传性舞蹈症 男 0.82
女 1.25
镰状细胞贫血 0
镰状细胞贫血 (携带者 ) 疟疾区 1.26
选择与突变间的平衡
选择 和 突变 对群体遗传结构的作用方向正好相反突 变选 择
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
有害基因数目频率选择与突变间的平衡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)
突变压力 (mutation pressure)
选择 和 突变 对群体遗传结构的作用方向正好相反选择与突变间的平衡
AD遗传病 v ＝ Sp ＝ S × 1/2H
AR遗传病 u ＝ Sq2
XR遗传病 u ＝ Sq/3
XD遗传病 v ＝ Sp
选择压力的变化对遗传平衡的影响
选择压力的增强
n 1q
n
＝ 1q－
AD遗传病
AR遗传病选择压力的变化对遗传平衡的影响
选择压力的放松
AD遗传病
AR遗传病
q ＋ M× 10－ 6 × n = 2q
q
M× 10－ 6n ＝
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变随机遗传漂变随机遗传漂变 (random genetic drift)：在一个小的群体中,由于所生育的子女数目少,导致的等位基因频率产生相当大的随机波动的现象 。
孤岛模型,有一对等位基因 A和 a,频率各为 0.5
AA× Aa
aa× AA
Aa× Aa
aa× aa
AA Aa Aa aa
AA
Aa
Aa
aa ×
随机遗传漂变
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
世 代 数
25人基因
A 的频率
2500人
250人随机遗传漂变
美洲印第安人 ABO血型频率
Blackfeet,IA 0.5
随机遗传漂变
北美,IA 0.018; IB 0.009; i 0.973
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离隔 离由于自然条件或宗教,民族风俗习惯等因素所形成的 隔离 (isolation),使该群体与其他人群无基因交流,使纯合子的比例增加,产生类似于近亲婚配的遗传效应 。
建立者效应 (founder effect)：在一些隔离群体中,
基因频率是由少数几个始祖的某一突变基因在小的隔离群体近亲繁殖的结果 。
小的隔离群体的遗传结构不断变化,随机遗传漂变 可能起了重要的作用 。
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离
迁移迁 移迁移 (migration)：指具有某一基因频率群体的部分个体因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中,并杂交定居,从而改变迁入群体的基因频率,这种影响也称 迁移压力 (migration pressure)。
基因流,迁移压力的增强可使某些基因从一个群体有效地散布到另一个群体中,称为基因流 (gene flow)。
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离
迁移
近亲婚配近亲婚配近亲 (close relative)是指在 3～ 4 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 (consanguineous marriage)。
亲缘系数 (coefficient of relationship)：由于继承的关系,亲属间具有相同基因的可能性 。
近婚系数 (inbreeding coefficient,F)：近亲婚配使子女从婚配双方得到祖先同一基因的概率 。
近亲系数兄妹婚配 (一级亲属 )
S
A1A2 A3A4
A1A1
A2A2
A3A3
A4A4
舅甥女婚配 (二级亲属 )
S
A1A2 A3A4
A1A1
A2A2
A3A3
A4A4
半同胞婚配
A1A2A3A4
A1A1
A2A2
A5A6
S
近亲系数的估算
F ＝ 4 × (1/2)n & F ＝ 2 × (1/2)n
4 ×,两个共同祖先 (4条染色体 )
n ＝ 2× 世代数
2 ×,一个共同祖先 (2条染色体 )
n,传递步骤
n ＝ 世代数 1＋世代数 2
X 连锁的基因女性有两条 X染色体,可形成纯合子；
男性只有一条 X染色体,是个半合子 。
所以,只需计算女性的近婚系数 F。
由于交叉遗传：
男性的 X连锁基因一定传给女儿,传递概率为 1
男性的 X连锁基因不会传给儿子,传递概率为 0
X连锁基因的近亲系数姨表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
舅表兄妹婚配 (三级亲属 )
S
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
姑表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
堂表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
平均近婚系数 (average inbreeding coefficient,a)
评估近亲婚配对群体的危害时,平均近婚系数 (a)
有重要的意义 。
平均近亲系数
a = ΣMi?FiN
a ＞ 0.01
遗传负荷遗传负荷 (genetic load),指在一个群体中,
由于 致死基因 (lethal gene)或有害基因的存在而使该群体适合度降低的现象 。 来源于 突变负荷 和 分离负荷 。
突变负荷 (mutation load)：是指基因突变产生有害或致死基因,使群体适合度下降而给群体带来的负荷 。
突变负荷
取决于 突变率 和突变基因的 选择系数 。
AD的负荷
AR的负荷
XD的负荷
XR的负荷分离负荷分离负荷 (segregation load)：是指适合度较高的杂合子由于基因分离而产生适合度较低的显性纯合子 (AA)与隐性纯合子
(aa),从而降低群体适合度的现象 。
本章节重点
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
近亲婚配
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
近亲婚配群体遗传学医学群体遗传学 (遗传流行病学 )
群体,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)。
群体中的遗传平衡基因库,一个群体所具有的全部遗传信息称为 基因库 (gene pool)。
基因频率和基因型频率基因频率 (gene frequency)：指群体中某一基因在其所有等位基因数量中所占的比例 。 任何基因座位上全部基因频率的总和等于 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例 。 任何群体各个基因型频率的总和等于 1。
对于 共显性 和 不完全显性 性状有一对等位基因 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
基因频率和基因型频率
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
D.H,Hardy W,Weinberg
一定条件下,群体中的基因频率和基因型频率在世代传递中保持不变 。 如果一个群体达到了这种状态,就是一个遗传平衡的群体 。
1,群体很大
2,随机婚配
3,没有突变
4,没有选择
5,没有大规模迁移
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开精子
f (A)＝ p f (a)＝ q
卵子
f (A)＝ p p2 pq
f (a)＝ q pq q2
p2＋ 2pq＋ q2＝ 1 p2,基因型 AA的频率
2pq,基因型 Aa的频率
q2,基因型 aa的频率
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开
p2＋ 2pq＋ q2＝ 1
Hardy-Weinberg 定律遗传平衡定律 (law of genetic equilibrium)
每个世代 基因频率 保持不变 。
p＋ q＝ 1
基因型频率 按下列分布展开
一个不平衡的群体只要经过一个世代随机婚配就可以达到遗传平衡 。
f (a) = q
f (A) = 1－ q
= q2
Hardy-Weinberg 定律
隐性表型频率 (发病率 )＝隐性致病基因型频率
q ＝ q2
p ＝ 1－ q
常染色体隐性遗传病 (AR)
基因频率的计算
2pq
q2 ≈
2q
q2 ＝
2
q 2pq ≈ 2q
＝ 隐性表型频率 ＝ 发病率
p ＝ 1－ q
基因频率的计算
常染色体显性遗传病 (AD)
2pq
p2 ＋ 2pq ≈ 1 H ＝ 2pq ≈ 2p
q ＝ q2 ＝ 正常人的频率性 别 女 性 男 性基因型 XAXA XAXa XaXa XAY XaY
基因型频率 p2 2pq q2 p q
男性表型频率＝男性基因型频率＝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,男女发病比例为 p / (p2 ＋ 2pq) ＝ 1/2
XR中,男女发病比例为 q / q2 ＝ 1/q
基因频率的计算
X连锁基因基因频率的计算
复等位基因 ( IA,IB,i )
血 型 A B O AB
基因型 IAIA,IAi IBIB,IBi ii IAIB
基因型频率 p2＋ 2pr q2＋ 2qr r2 2pq
p＋ q＋ r＝ 1
(p＋ q＋ r)2＝ p2＋ 2pq＋ q2＋ 2pr＋ r2＋ 2qr＝ 1
f (IA) = p
f (IB) = q
f (i) = r
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡突变率 (mutation rate)：每个基因都有一定的突变率,用每一世代中每百万个基因中有 n 个基因发生突变,即 n× 10－ 6/
基因 /代 。
突 变突 变
一对等位基因 A 和 a
f(A) ＝ p,突变率为 u
f(a) ＝ q,突变率为 v
q ＝ uu ＋ v p ＝ vu ＋ v
p ＝ qv;?q ＝ pu
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡选 择选择 (selection)：指由于基因型的差别而导致生存能力和生育能力的差别 。 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 。 一般用 相对生育率 (relative fertility)来衡量 。
选择系数 (selection coefficient,S)：选择的作用常用选择系数 来表示 。 S 代表在选择作用下,降低的适合度,S＝ 1 － f。
几种遗传病患者的适合度遗传病 适合度黑矇性痴呆 0
视网膜母细胞瘤 0
软骨发育不全 0.2
甲型血友病 0.29
遗传性舞蹈症 男 0.82
女 1.25
镰状细胞贫血 0
镰状细胞贫血 (携带者 ) 疟疾区 1.26
选择与突变间的平衡
选择 和 突变 对群体遗传结构的作用方向正好相反突 变选 择
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
有害基因数目频率选择与突变间的平衡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)
突变压力 (mutation pressure)
选择 和 突变 对群体遗传结构的作用方向正好相反选择与突变间的平衡
AD遗传病 v ＝ Sp ＝ S × 1/2H
AR遗传病 u ＝ Sq2
XR遗传病 u ＝ Sq/3
XD遗传病 v ＝ Sp
选择压力的变化对遗传平衡的影响
选择压力的增强
n 1q
n
＝ 1q－
AD遗传病
AR遗传病选择压力的变化对遗传平衡的影响
选择压力的放松
AD遗传病
AR遗传病
q ＋ M× 10－ 6 × n = 2q
q
M× 10－ 6n ＝
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变随机遗传漂变随机遗传漂变 (random genetic drift)：在一个小的群体中,由于所生育的子女数目少,导致的等位基因频率产生相当大的随机波动的现象 。
孤岛模型,有一对等位基因 A和 a,频率各为 0.5
AA× Aa
aa× AA
Aa× Aa
aa× aa
AA Aa Aa aa
AA
Aa
Aa
aa ×
随机遗传漂变
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
世 代 数
25人基因
A 的频率
2500人
250人随机遗传漂变
美洲印第安人 ABO血型频率
Blackfeet,IA 0.5
随机遗传漂变
北美,IA 0.018; IB 0.009; i 0.973
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离隔 离由于自然条件或宗教,民族风俗习惯等因素所形成的 隔离 (isolation),使该群体与其他人群无基因交流,使纯合子的比例增加,产生类似于近亲婚配的遗传效应 。
建立者效应 (founder effect)：在一些隔离群体中,
基因频率是由少数几个始祖的某一突变基因在小的隔离群体近亲繁殖的结果 。
小的隔离群体的遗传结构不断变化,随机遗传漂变 可能起了重要的作用 。
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离
迁移迁 移迁移 (migration)：指具有某一基因频率群体的部分个体因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中,并杂交定居,从而改变迁入群体的基因频率,这种影响也称 迁移压力 (migration pressure)。
基因流,迁移压力的增强可使某些基因从一个群体有效地散布到另一个群体中,称为基因流 (gene flow)。
影响群体遗传平衡的因素
突变及突变间的平衡
选择及选择与突变间的平衡
随机遗传漂变
隔离
迁移
近亲婚配近亲婚配近亲 (close relative)是指在 3～ 4 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 (consanguineous marriage)。
亲缘系数 (coefficient of relationship)：由于继承的关系,亲属间具有相同基因的可能性 。
近婚系数 (inbreeding coefficient,F)：近亲婚配使子女从婚配双方得到祖先同一基因的概率 。
近亲系数兄妹婚配 (一级亲属 )
S
A1A2 A3A4
A1A1
A2A2
A3A3
A4A4
舅甥女婚配 (二级亲属 )
S
A1A2 A3A4
A1A1
A2A2
A3A3
A4A4
半同胞婚配
A1A2A3A4
A1A1
A2A2
A5A6
S
近亲系数的估算
F ＝ 4 × (1/2)n & F ＝ 2 × (1/2)n
4 ×,两个共同祖先 (4条染色体 )
n ＝ 2× 世代数
2 ×,一个共同祖先 (2条染色体 )
n,传递步骤
n ＝ 世代数 1＋世代数 2
X 连锁的基因女性有两条 X染色体,可形成纯合子；
男性只有一条 X染色体,是个半合子 。
所以,只需计算女性的近婚系数 F。
由于交叉遗传：
男性的 X连锁基因一定传给女儿,传递概率为 1
男性的 X连锁基因不会传给儿子,传递概率为 0
X连锁基因的近亲系数姨表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
舅表兄妹婚配 (三级亲属 )
S
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
姑表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
堂表兄妹婚配 (三级亲属 )
X1Y X2X3
X1X1
X2X2
X3X3
S
平均近婚系数 (average inbreeding coefficient,a)
评估近亲婚配对群体的危害时,平均近婚系数 (a)
有重要的意义 。
平均近亲系数
a = ΣMi?FiN
a ＞ 0.01
遗传负荷遗传负荷 (genetic load),指在一个群体中,
由于 致死基因 (lethal gene)或有害基因的存在而使该群体适合度降低的现象 。 来源于 突变负荷 和 分离负荷 。
突变负荷 (mutation load)：是指基因突变产生有害或致死基因,使群体适合度下降而给群体带来的负荷 。
突变负荷
取决于 突变率 和突变基因的 选择系数 。
AD的负荷
AR的负荷
XD的负荷
XR的负荷分离负荷分离负荷 (segregation load)：是指适合度较高的杂合子由于基因分离而产生适合度较低的显性纯合子 (AA)与隐性纯合子
(aa),从而降低群体适合度的现象 。
本章节重点
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
近亲婚配
