醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)-第七章-群體遺傳學(xué)

1、第七章 群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué)(population genetics)是研究群體的遺傳變化規(guī)律的學(xué)科，研究群體中基因的分布、基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學(xué)。,群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),群體(population),或稱種群，是物種的基本結(jié)構(gòu)單位，指生活在一定地區(qū)內(nèi)的同一物種，彼此能隨機(jī)雜交的個(gè)體群。這樣的群體也稱為孟德爾式群體(Mendelian population)。,醫(yī)學(xué)中研究群體遺傳是要探討遺傳

2、病的發(fā)病頻率、遺傳方式及其基因頻率和變化規(guī)律，從而了解遺傳病在群體中發(fā)生和散布的規(guī)律，為預(yù)防、監(jiān)測(cè)和治療遺傳病提供重要信息和措施，又稱遺傳流行病學(xué)(genetic epidemiology)。,群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),第一節(jié) 基因頻率和基因型頻率,群體遺傳學(xué),基因頻率(gene frequency)是指群體中某一基因占該基因座位上全部等位基因的比率。基因頻率反映該基因在群體中的相對(duì)數(shù)量。任何一個(gè)基因座上的全部等位基因頻率之和等于1。

3、一個(gè)群體中所有個(gè)體所具有的全部基因稱為基因庫(kù)(gene pool)。,基因頻率和基因型頻率,群體遺傳學(xué),一個(gè)地區(qū)調(diào)查7470人，結(jié)果M血型2330人，占31.2%；N血型1290人，占17.3%；MN血型3850人，占51.5%。,基因頻率和基因型頻率,群體遺傳學(xué),MN血型(4q28.2-q31.1),第二節(jié) 遺傳平衡定律及其應(yīng)用,群體遺傳學(xué),在一定條件下，群體中的基因頻率和基因型頻率在世代的繁殖傳遞中保持不變。,Hardy-Wein

4、berg定律,群體遺傳學(xué),遺傳平衡定律(law of genetic equilibrium),群體很大隨機(jī)婚配沒有突變發(fā)生沒有自然選擇沒有大規(guī)模的移居,Hardy-Weinberg 定律,遺傳平衡定律(law of genetic equilibrium),DH.Hardy,W.Weinberg,群體遺傳學(xué),有一對(duì)等位基因 A 和 a,基因 A 的頻率為 p 基因 a 的頻率為 q,基因型頻率按下列分布展開,Hardy-We

5、inberg定律,群體遺傳學(xué),Hardy-Weinberg定律,有一對(duì)等位基因 A 和 a,基因 A 的頻率為 p 基因 a 的頻率為 q,p2: 基因型AA的頻率,2pq: 基因型Aa的頻率,q2: 基因型aa的頻率,子一代基因型組成,群體遺傳學(xué),Hardy-Weinberg定律,有一對(duì)等位基因 A 和 a,基因 A 的頻率為 p 基因 a 的頻率為 q,子一代基因頻率,在一個(gè)10000人的群體中，純合子AA有6000

6、人，純合子aa有2000人，雜合子Aa有2000人，這樣的群體是一個(gè)遺傳平衡群體嗎？,群體遺傳學(xué),遺傳平衡定律的應(yīng)用,在一個(gè)10000人的群體中，純合子AA有6000人，純合子aa有2000人，雜合子Aa有2000人，這樣的群體是一個(gè)遺傳平衡群體嗎？,群體遺傳學(xué),遺傳平衡定律的應(yīng)用,群體遺傳學(xué),常染色體隱性遺傳病的致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,在一個(gè)地區(qū)中的調(diào)查發(fā)現(xiàn)白化病的發(fā)病率約為1/20000。,群體遺傳學(xué),常染色體顯性遺傳病的

7、致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,致病基因（A）頻率大約是群體發(fā)病率（雜合子Aa患者頻率）的1/2。,群體遺傳學(xué),常染色體顯性遺傳病的致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,復(fù)等位基因 ( IA, IB, i ),,群體遺傳學(xué),常染色體顯性遺傳病的致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,復(fù)等位基因 ( IA, IB, i ),群體遺傳學(xué),常染色體顯性遺傳病的致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,復(fù)等位基因 ( IA, IB, i ),群體遺傳學(xué),

8、X連鎖致病基因計(jì)算,遺傳平衡定律的應(yīng)用,男性表型頻率＝男性基因型頻率＝群體基因頻率,XD中，男女發(fā)病比例為,XR中，男女發(fā)病比例為,p / (p2 ＋ 2pq) ＝ 1/2,q / q2 ＝ 1/q,第三節(jié) 近婚系數(shù),群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),近親婚配,近親婚配與近婚系數(shù),近親是指互相之間有共同祖先的人們，如果他們之間通婚則稱為近親婚配(consanguineous marriage，inbreeding)。,近婚系數(shù),由于近親婚配，子

9、女在等位基因座上得到一對(duì)相同基因的概率，稱為近婚系數(shù)(inbreeding coefficient)。,群體遺傳學(xué),常染色體上基因的近婚系數(shù),近婚系數(shù)的計(jì)算,F ＝ 4 × (1/2)n & F ＝ 2 × (1/2)n,4 ×: 兩個(gè)共同祖先 (4條染色體),n ＝ 2×世代數(shù),2 ×: 一個(gè)共同祖先 (2條染色體) n : 傳遞步驟,n ＝ 世代數(shù)1＋世代數(shù)2

10、,兄妹婚配(一級(jí)親屬),,,A1A2,A3A4,,A1A1A2A2A3A3A4A4,一級(jí)親屬的近婚系數(shù)F為 ¼F=4×（1/2）4=1/4,舅甥女婚配(二級(jí)親屬),A1A1A2A2A3A3A4A4,二級(jí)親屬的近婚系數(shù)F為 1/8F=4 ×（1/2）5=1/8,半同胞婚配,,,A1A2,A3A4,A1A1A2A2,,,,A5A6,半同胞的近婚系數(shù)F為 1/8,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)

11、,近婚系數(shù)的計(jì)算,女性有兩條X染色體，可形成純合子；,男性只有一條X染色體，是個(gè)半合子。,所以，只需計(jì)算女性的近婚系數(shù)F。,由于交叉遺傳：,男性的X連鎖基因一定傳給女兒，傳遞概率為 1男性的X連鎖基因不會(huì)傳給兒子，傳遞概率為 0,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)——姨表兄妹,近婚系數(shù)的計(jì)算,F=(1/2)3+2×(1/2)5= 3/16,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)——舅表兄妹,近婚系數(shù)的計(jì)算,F=2×(1/2

12、)4= 1/8,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)——姑表兄妹,近婚系數(shù)的計(jì)算,F=0,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)——堂兄妹,近婚系數(shù)的計(jì)算,F=0,群體遺傳學(xué),X連鎖基因的近婚系數(shù)——堂兄妹,平均近婚系數(shù),評(píng)估近親婚配對(duì)群體的危害時(shí)，平均近婚系數(shù)(average inbreeding coefficient，a)有重要的意義。,a ＞ 0.01,第四節(jié) 影響遺傳平衡的因素,群體遺傳學(xué),突變,選擇,隨機(jī)遺傳漂變,隔離,遺傳平衡,,

13、,,,遷移,近親婚配,群體遺傳學(xué),突變,突變與選擇對(duì)遺傳平衡的影響,突變?cè)谧匀唤缰衅毡榇嬖?，突變?huì)涉及到每種遺傳性狀，每個(gè)基因都有一定的突變率(mutation rate)，突變率一般用每代每一百萬(wàn)個(gè)生殖細(xì)胞中發(fā)生突變的次數(shù)來表示，即n×10-6/代。,群體遺傳學(xué),突變,突變與選擇對(duì)遺傳平衡的影響,一對(duì)等位基因 A 和 a,f(A) ＝ p，突變率為 u，?p ＝ qv,f(a) ＝ q，突變率為 v，?q ＝ pu,?p ＝

14、 ?q,,,群體遺傳學(xué),選擇,突變與選擇對(duì)遺傳平衡的影響,選擇的作用在于增加或減少個(gè)體的適合度(fitness，f)。適合度是指在一定環(huán)境下，某一基因型的個(gè)體能生存并生育后代的相對(duì)能力，一般用在同一環(huán)境中不同個(gè)體間的相對(duì)生育率來衡量。,群體遺傳學(xué),選擇,突變與選擇對(duì)遺傳平衡的影響,選擇的作用在于某一基因型在群體中不利于生存的程度，也就是被淘汰的個(gè)體數(shù)量，用選擇系數(shù)(selection coefficient，S)來表示。S代表在選擇的作

15、用下，降低了的適合度，S=1－f。,群體遺傳學(xué),選擇,突變與選擇對(duì)遺傳平衡的影響,常染色體顯性基因突變率的計(jì)算,常染色體隱性基因突變率的計(jì)算,X連鎖隱性基因突變率的計(jì)算,群體遺傳學(xué),小群體中的隨機(jī)遺傳漂變,在一個(gè)小的隔離群體中，由于所生子女的數(shù)目較少，可導(dǎo)致基因頻率隨機(jī)增減的現(xiàn)象，稱為隨機(jī)遺傳漂變(random genetics drift)。,隨機(jī)遺傳漂變,,群體遺傳學(xué),遷移,遷移(migration)，尤其是大規(guī)模的遷移，可以形成遷

16、移壓力(migration pressure)。 在某個(gè)基因座上，不同種族和不同民族之間的基因頻率可能存在較大差異。當(dāng)群體大規(guī)模遷移時(shí)，一般會(huì)引起接受移民的群體基因頻率發(fā)生改變。遷移壓力的增加可使某些基因從一個(gè)群體有效地散布到另一個(gè)群體，形成基因流(gene flow)。,群體遺傳學(xué),隔離,由于地理、宗教、政治等因素，可能從大群體中分離出一個(gè)小群體，小群體與其它人群間無基因交流，形成了隔離群體。由于某種原因，隔離群體中某個(gè)基因頻率可能比

17、大群體的頻率高，使得雜合子的比例下降，純合子的比例增加，產(chǎn)生類似近親婚配的遺傳效應(yīng)。,群體遺傳學(xué),隔離,在小的隔離群體中，經(jīng)過若干代的近親婚配，可以看到由少數(shù)幾個(gè)祖先攜帶的某一突變基因，形成了高頻率，這稱為建立者效應(yīng) (founder effect)。,第五節(jié) 遺傳負(fù)荷,群體遺傳學(xué),群體遺傳學(xué),遺傳負(fù)荷,遺傳負(fù)荷(genetic load)是指在一個(gè)群體之中，由于有害基因的存在而使群體適合度降低的現(xiàn)象。它包括顯性致死突變與隱性致死突變

18、。致死基因的產(chǎn)生是由突變發(fā)生的，是可以引起個(gè)體死亡的突變基因。,群體遺傳學(xué),遺傳負(fù)荷,1、突變負(fù)荷(mutation load)：是指由于突變率增高而使群體平均適合度降低，它是由群體中有害的等位基因積累產(chǎn)生的結(jié)果。,群體遺傳學(xué),遺傳負(fù)荷,2、分離負(fù)荷(segregation load)：是指有利的雜合子由于基因的分離而產(chǎn)生不利的純合子，從而降低群體的平均適合度，造成遺傳負(fù)荷增高。,3、近親婚配所造成的遺傳負(fù)荷比隨機(jī)婚配群體的遺傳負(fù)荷要大