十八章、数量性状遗传
学习要点:
1,相关概念:数量性状;阈性状;回归系数;累
加效应;显性效应;上位效应;遗传率;同型
交配;异型交配;近交系数;杂种优势,
2,多基因假说的原理及应用;
3,简单的统计学分析及应用;
4,数量性状遗传率的分析;
5,近交与杂交的遗传效应分析;
6,杂种优势的显性学说和超显性学说。
第一节 数量性状及其特性
一、数量性状的概念及其基本特征
1.概念, 与质量性状相比较而言,连续变异的
性状称为数量性状 (quantitative traits),又分为
连续变异性状和阈形状 (threshold traits).
2.数量性状的特征
与质量性状的差异,一个基因控制多个形状,
而一个性状又由多个基因共同控制,多基因之间
表现出累加效应。 eg,五个基因座控制一个性状:
每个基因座有 3种基因型 (++/+-/--),共 35= 243种
基因型,11种表型,
(+++++/+++++,+++++/++++-,… …,-----/-----)
环境影响可使相同的基因型有不同的表型
二、数量性状的多基因遗传
1.多基因假说的实验基础,说明如下:
①籽粒颜色由 3对基因控制,F2其中
A组 ——一对基因单独分离;
B组 ——两对基因分离;
C组 ——三对基因同时分离
② F2中籽粒颜色可细分:
A组 ——1/4红; 1/4中红; (1/4白 );
B组 ——1/16深红; 4/16次深红; 6/16中红; 4/16淡红; (1/16 白 )
C组 ——1/64极深红; 6/64深红; 15/64; 20/64; 15/64; 6/64;
( 1/64 白)
③ 红色的深浅与基因的数目有关,而与种类无关。
归纳上述实验结果:
符合二项展开式 (杨辉三角 )
A组 ——(1/2R+1/2r)2,一对基因控制
B组 ——(1/2R+1/2r)4,两对基因控制
C组 ——(1/2R+1/2r)6,三对基因控制
2.多基因假说的要点:
Nilsson-Ehle于 1909年提出多基因假说,要点如下:
(1)数量性状是由许多微效基因 (多基因,polygene)控制的;
(2)多基因中每一对基因对数量性状的表型贡献是微小的;
(3)多基因对性状的效应是累加的;
(4)多基因彼此之间缺乏显隐性,各自对性状的贡献用大
写表示增效,小写表示减效;
(5)多基因对性状的控制受环境因素的影响;
(6)多基因表现出多效性 ——一个性状由多个基因内控制;
而一个基因往往影响多个性状;
(7)多基因定位在染色体上,具有分离、重组、连锁等性
质。
例外:存在累积效应、偏态分布、主效效应等。
3.多基因性状的研究方法:
①以群体和多世代为对象进行研究;
②性状差异无法分组归类,而需逐个测量;
③应用统计学的方法研究数量性状的遗传规律。
4.阈性状及特性:
阈性状 ——由多基因控制非连续表型的性状。
特征,①由多基因控制;
②表现为是或非的效应,如存活或死亡;健康
或患病等 ——存在阈值。
第二节 数量性状遗传分析的统计学基础
一、平均数
1.算术平均数
表示观察样本的集中程度:
公式,X,μ
2.加权平均数
利用样本中随机变量的分布频率表示平均数:
公式:
计算 P.517中果蝇梳齿数的平均值。
二、方差与标准差
表示偏离平均数的变异程度,
1.方差:
样本方差, S2
总体方差, σ2
2.标准差:
s
σ
计算 P.517中梳齿数的方差
三、直线相关与回归
(1)直线相关,
rxy度量变量 x和 y之间的相关程度,
(2)协方差,
covxy度量相关变量 x和 y共同变异的程度,
(3)回归系数
一个变量变异时另一个变量的变异程度
byx:表示 x变化一个单位后 y改变的单位数 ;
bxy:表示 y变化一个单位后 x改变的单位数 ;
计算 P.517中 rxy, covxy和 bxy.
第三节 数量性状的遗传率
一、数量性状表型值及其方差分量
1.数量的表型值
①个体, P=G +E (P表型值 ; G基因型值 ; E环境效应 )
② 群体,∑P= ∑G +∑E (其中 ∑E=0)
两边各除以 N,∴ P(均值 )=G(均值 )
③ 推算一种表型个体产生下一代个体表型,
eg,奶牛群体年平均产奶量 6000Kg,已知某个体产奶量为年
8000Kg,且已知遗传效应占 30%,环境效应占 70%,求该奶牛繁殖
后代的产奶量,
个体 G,6000+(8000-6000) × 30% =6600Kg
环境 E,(8000-6000) × 70% =1400Kg
后代平均 E:(6600+6000)/2 =6300Kg
④ G细分, G=A+D+I (A累加效应 ; D显性效应 ; I上位效应 )
累加效应 (A),许多微效基因加和的效应
显性效应 (D),显隐性基因造成的非加和的效应,
群体中 ∑D=0
上位效应 (I), 非等位基因之间的相互作用造成的非加和
的效应,常归于环境效应,
用剩余值 (R)表示, R=E+D+I,∴ P=A+R
2.表型方差及分量
VP=VG+VE
① G和 E相关,VP=VG+VE+2covGE
② G和 E无相关,VP=VG+VE=VA+VD+VI+VE
其中 VA加性方差 ——可稳定遗传;
VD显性方差,VI互作方差作 ——不能稳定遗传。
二、群体基因型值的平均数
1.基因型值的尺度
对一对等位基因 A1和 A2,基因频率分别为 p和 q。 在平衡时基
因型频率为:
P2(A1A1)+2pq(A1A2)+q2(A2A2)=1
设基因型值分别为 (实为平均值的离差 ):
(A1A1) a (A1A2 ) d (A2A2) -a
① d=0,杂合体为完全累加效应;
② d= +a,A1A2表型完全等同于 A1A1 ;
或 d=-a,A1A2表型完全等同于 A2A2 ;
③ 0﹤ d ﹤ a,A1A2累加效应偏向于 A1A1 ;
-a﹤ d ﹤ 0,A1A2累加效应偏向于 A2A2 ;
④ d﹥ +a或 d ﹤ -a,A1A2为超显性。
例如,A1=5; A2=3则 A1A1=10; A2A2=6;
若 d 值为 0 则 A1A2=5+3=8 ;而 a=10-8=2; -a=6-8=-2
2.群体基因型值的平均值
μ=P2a+2pqd+q2(-a) =a(p-q)+2pqd,μ不代表绝对
平均值,而是对双亲基因型平均值的离差。
(Ⅰ ) a(p-q)表示纯合体的累加效应;
(Ⅱ ) 2pqd表示杂合体的显性效应,d=0表示无显
性效应,
(Ⅲ )若 p=q=1/2,且 d=0,μ=0
(Ⅳ )n个基因座的联合效应
μ=∑a(p-q)+2 ∑pqd
p,q改变使 μ改变。
三、数量性状的遗传率
1.遗传率( heritability)
(1)广义遗传率,遗传方差占表型方差的比率。
H2=(VG/VP)× 100% 如玉米产量 H2 =20%;而株高 H2 =70%
(2)狭义遗传率,遗传方差占表型方差的比率。
h2=(VA/VP)× 100%
2.估计遗传率的方法
(1)利用基因型一致的不分离群体(纯合亲本和其 F1代
群体),来估计环境方差,求广义遗传率
(2)利用不同世代杂种群体消去环境方差和遗传方差中
属于显性作用的方差,从而估计遗传方差中纯属于基因
累加作用的方差,求狭义遗传率
(3)利用上下代,亲代一子代的回归或相关关系估计狭
义遗传率
(4)利用方差分析法分别估计总方差中各种方差组分,
求遗传率
举例:基因型方差和遗传率的计算
1.基因型方差的计算:
亲本 AA× aa→Aa⊕ →AA+Aa+aa (F2代 )
计算平均效应时,应将各基因型频率做加权平均。
F2群体中:
基因型值平均数 ?=∑fx/ ∑f=a/4+2d/4+(-a/4)=d/2
基因型方差,?= ∑fi(xi-x)2/ ∑fi= ∑fx2- (∑fx)2
=[a2/4+2d2/4+(-a)2/4]-(d/2)2
= a2/2+ d2/4 (注明:一对基因 )
则多对基因 VG(F2)=n(a2/2+ d2/4)=(1/2)∑a2+(1/4)∑d2
=(1/2)A+(1/4)D
表型方差 VP(F2)= VG + VE = (1/2)A+(1/4)D + VE
2,广义遗传率的估计
如玉米穗长的遗传率估计:图 1,2
VE=(1/3)(VP1+Vp2+VF1)=2.18
H2=VG/VF2= (VF2 – VE)/ VF2 =57%
3,遗传率的性质
(1).遗传率的数值,一般是一个大于 0小于 1的
正数;
(2).遗传率代表了群体的特征,而不是代表个
体的特征;
(3).不同的性状遗传率的大小往往不同,而同
一性状的遗传率由于品种、繁殖方式和估算
的方法的不同也可能有差别;
(4).对环境敏感的性状,其遗传率低;对环境
不敏感的性状其遗传率高。
(5).与自然适应性有关的性状遗传率低,无关
的性状遗传率高。
第四节 近亲繁殖与杂种优势
一 近交与杂交
杂交 (crossbreeding):基因型不同的纯合子之间的交配,
又称异型交配 (nonassortative mating)。
同型交配 (assortative mating),相同基因型之间的交
配。
近交 (inbreeding),完全或不完全相同的基因型之间的
交配。
近交又分为:全同胞(同父母兄妹)、半同胞(同父
异母兄妹)、表兄妹、祖孙等交配。植物中的自交
(selfing or self fertilization)
二、近交与杂交的遗传效应
1,近交使基因杂合,杂交使基因纯合。
2,近交使群体分化,杂交使群体一致。
AA× aa→Aa→AA+Aa+aa 同型交配
AA,递增 Hn=Hn-1+(1/2)n+1,H=(2n-1)/2n+1 →1/2
Aa,按 Hn=(1/2)Hn-1递减,H0=1则 Hn=(1/2)n
aa,递增 Hn=Hn-1+(1/2)n+1,H=(2n-1)/2n+1 →1/2
3,近交降低基因型值的平均数,杂交提高群
体均值 。
4,近交加选择是提高杂种优势的重要手段。
2.近交系数与血缘系数及其计算
(1)近交系数 (coefficient of breeding),某一个个体
从祖先得到一个纯合的、而遗传上等同的基因的概率。
用 F表示。
(2)血缘系数 (coefficient of relationship),个体间血
缘关系远近的程度。用 Rxy表示
(3)近交系数的的计算
通经分析法
通经,连接结果与原因的每一条箭头
通经链,连件两亲缘个体之间完整的通路
血缘系数,Rxy=∑(1/2)L,L通经链的箭头数
近交系数,F=R× 1/2= 1/2 × ∑(1/2)L= ∑(1/2)L+1
举例:计算同胞兄妹、同父异母兄妹、叔侄、表兄妹、祖孙等
之间的血缘系数和近交系数。
三 杂种优势的遗传理论
1.显性学说,
双亲为对很多座位上的不同等位基因是纯合体,形
成杂种后,显性的有利基因的效应积累起来,而隐性有
害基因的作用被遮盖起来,出现明显的优势。
2.超显性学说,
杂种优势来源于双亲基因型的异质结合所引起的基因
间相互作用。
a1 b1 c1 d1 e1 a2 b2 c2 d2 e2
P ×
a1 b1 c1 d1 e1 a2 b2 c2 d2 e2
(1+1+1+1+1=5) ↓ (1+1+1+1+1=5)
a1 b1 c1 d1 e1
F1
a2 b2 c2 d2 e2
(2+2+2+2+2=10)
数量性状与质量性状的差异
差异类型 质量性状
变异的连续性 不连续,非
此及彼
连续
杂种一代表型 亲本表型 多数表现为亲本的中间型,少部分为
部分显性、无显性和超显性
环境影响 小 大
杂种后代个体
表型分布比例
孟德尔分离比 正态分布
支配性状的基因数

单基因 多基因
返回
数量性状
B组实验 F2代颜色的分离比
R1R2 R1r2 r1R2 r1r2
R1R2 R1R1R2R
2
R1R1R2r2 R1r1R2R2 R1r1R2r2
R1r2 R1R1R2r2 R1R1r2r2 R1r1R2r2 R1r1r2r2
r1R2 R1r1R2R2 R1r1R2r2 r1r1R2R2 r1r1R2r2
r1r2 R1r1R2r2 R1r1r2r2 r1r1R2r2 r1r1r2r2
表型比,1R(4),4R(3),6R(2),4R(1),1R(0)
深红,次深红:中红,浅红,白色 返回