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1、群体遗传学群体遗传学群体遗传学群体遗传学Population GeneticsPopulation GeneticsPopulation GeneticsPopulation Genetics群体遗传学population genetics)群体群体(Population)(Population)：生活在同一地区的一个物种，能相互杂交的个生活在同一地区的一个物种，能相互杂交的个体群，是物种的根本结构单位。体群，是物种的根本结构单位。群体遗传学：群体遗传学：研究群体的遗传组成及其变化规律的学科称为研究群体的遗传组成及其变化规律的学科称为群体遗传学，即：研究群体中基因的分布、基群体遗传学，即：研究
2、群体中基因的分布、基因频率和基因型频率的维持和变化的科学。因频率和基因型频率的维持和变化的科学。在医学领域，群体遗传学是要探讨遗传病在医学领域，群体遗传学是要探讨遗传病的发病频率、遗传方式、致病基因频率及其变的发病频率、遗传方式、致病基因频率及其变化的规律，以了解遗传病在群体中的发生和分化的规律，以了解遗传病在群体中的发生和分布的规律，为预防、监测和治疗遗传病提供重布的规律，为预防、监测和治疗遗传病提供重要的信息和措施。因此又称之为：遗传流行病要的信息和措施。因此又称之为：遗传流行病学学genetic epidemiologygenetic epidemiology。第一节基因频率和基因型频率
3、基因型频率Genotype frequency 指特定基因型的个体在群体中所占的比率。基因频率 Allele frequency指某一基因在群体出现的频率，即一种等位基因占该座位全部等位基因的比率。基因频率是群体遗传组成的根本标志。同一位点的全部等位基因的频率之和为1。基因频率的计算基因型 基因型数量 基因型频率 AA 600 0.60(D)Aa 200 0.20(H)aa 200 0.20(R)合计 1000 1.0 p(A)=(6002+200)/10002 =(6002)/10002+200/10002 =D+(1/2)H q(a)=(2002+200)/10002 =(2002)/10
4、002+200/10002 =R+(1/2)H 基因基因 基因型基因型 A a AA Aa aa 频率频率 p q D H R p(A)=D+(1/2)H q(a)=R+(1/2)H这种计算基因频率的方法仅适用于共显性遗传和不完全显性遗传，即能区分出杂合子表型的情况。血型 基因型 人数 频率 M LMLM 100 0.1(D)MN LMLN 200 0.2(H)N LNLN 700 0.7(R)p(Lp(LM M)=0.1+1/2 0.2=0.2)=0.1+1/2 0.2=0.2 q(Lq(LN N)=0.7+1/2 0.2=)=0.7+1/2 0.2=0.80.8例如：在一个例如：在一个10
5、00人的中，人的中，MN血型调查血型调查资料如下：资料如下：u如果等位基因有显隐性之分，那么不能用此公式；在群体处于遗传平衡状态下，可依据遗传平衡定律公式计算。一、遗传平衡定律一、遗传平衡定律一、遗传平衡定律一、遗传平衡定律 HardyWeinberg HardyWeinberg HardyWeinberg HardyWeinberg 平衡定律平衡定律平衡定律平衡定律在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、选在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、选在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、选在一个随机婚配的大群体中，如果没有突变、选择、迁移等因素的影响，群体中的基因频率和基因型择、迁移等因素的
6、影响，群体中的基因频率和基因型择、迁移等因素的影响，群体中的基因频率和基因型择、迁移等因素的影响，群体中的基因频率和基因型频率在世代繁衍中将保持不变。频率在世代繁衍中将保持不变。频率在世代繁衍中将保持不变。频率在世代繁衍中将保持不变。如果一个群体到达了这样的状态，就是遗传平衡如果一个群体到达了这样的状态，就是遗传平衡如果一个群体到达了这样的状态，就是遗传平衡如果一个群体到达了这样的状态，就是遗传平衡的群体。的群体。的群体。的群体。第二节 遗传平衡定律 设人群中某一位点有等位基因A和a，有AA、Aa和aa三种基因型亲代基因型；配子中A基因频率为p，a基因频率为q，p+q=1；在随机婚配的人群中，
7、精卵随机结合，子1代的基因频率和基因型频率表示如下：子1代基因型及频率 精 子 A p a q 卵ApAAp2 Aapq 子aqAapq aaq2 p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)1 二、遗传平衡定律的证明二、遗传平衡定律的证明子1代群体不同基因型个体间随机婚配，各种婚配类型及其频率：将子1代的婚配组合归纳，共有6种婚配类型；不同的婚配类型的子2代中各种基因型的频率不同：AA：p4+2p3q+p2q2 =p2(p2+2pq+q2)=p2 Aa：2p3q+2p2q2+2p2q2+2pq3 =2pq(p2+2pq+q2)=2pq2pq aa：p2q2+2pq3+q4 =q2(p2+2pq
8、+q2)=q q2 2 即：即：p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)1 计算子2代基因型频率：计算结果说明：子2代基因型频率与子1代基因型频率完全相同，如果连算推算后代基因频率，结果都将一致。即，就这对基因(A、a)而言，群体中各基因型频率保持不变，每代都是 p2+2pq+q2，到达了平衡。也就是说，当各基因型频率符合数学表达式p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)1时，该群体就到达了遗传平衡。(p+q)2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)=1 到达遗传平衡时：D=p2 H=2pq R=q2 遗传不平衡的群体，只要符合Mardy-weinberg定律的条件，只需经过1代，就
9、可到达遗传平衡。例如：在MN血型的调查群体中，LMLM：0.1 LMLN：0.2 LNLN：0.7 p(LM)=0.2 q(LN)=0.8 此群体显然没有到达遗传平衡状态。精 子 p0(M)0.2 q0(N)0.8卵p0(M)0.2p12(MM)0.04p1q1(MN)0.16子q0(N)0.8p1q1(MN)0.16q12(NN)0.64 p12(LM LM)+2p1q1(LMLN)+q12(LNLN)0.04+0.32+0.64 1这说明，一代以后，基因型频率发生了变化，到达了遗这说明，一代以后，基因型频率发生了变化，到达了遗传平衡。传平衡。三、遗传平衡定律的应用三、遗传平衡定律的应用对于
10、遗传平衡的群体，可根据遗传平衡定对于遗传平衡的群体，可根据遗传平衡定律的数学表达式计算有显隐性区分的等位律的数学表达式计算有显隐性区分的等位基因的频率。基因的频率。依据遗传平衡定律计算基因频率的前提是将依据遗传平衡定律计算基因频率的前提是将所研究的人类群体近似认为到达了遗传平所研究的人类群体近似认为到达了遗传平衡状态。衡状态。一一ADAD病：病：患者绝大多数是杂合子，纯合子患者罕见，可以忽患者绝大多数是杂合子，纯合子患者罕见，可以忽略不计。患病杂合子的频率略不计。患病杂合子的频率H=2pqH=2pq，由于，由于q q值很大，值很大，近于近于1 1，故，故H2pH2p，p=1/2 Hp=1/2
11、H。因此，如果知道了发。因此，如果知道了发病率病率H H，就可求出致病基因频率。，就可求出致病基因频率。例如，并指症的发病率例如，并指症的发病率H H为为0.00050.0005，p=p=1/2)H1/2)H =1/2)0.0005=0.00025 1/2)0.0005=0.00025 二二ARAR病病 白化病群体发病率为白化病群体发病率为1/100001/10000，即：即：q2(aa)=1/10000q2(aa)=1/10000，那么，致病基因那么，致病基因a a频率频率 q q0.010.01；正常基因正常基因A A频率频率 p=1-0.01=0.99 p=1-0.01=0.99；携带者
12、携带者(Aa)(Aa)的频率的频率2pq=20.010.990.022pq=20.010.990.02。这说明携带者的频率是患者的这说明携带者的频率是患者的200200倍，倍，也就是说，致病基因绝大多数存在于杂合子中。也就是说，致病基因绝大多数存在于杂合子中。三X连锁遗传病 遗传平衡群体中X连锁基因的基因型频率 女 性 男 性基因型 XAXA XAXa XaXa XAY XaY基因型频率 p2 2pq q2 p q 女性女性X X染色体上基因频率和基因型频率的分布与染色体上基因频率和基因型频率的分布与常染色体基因相一致。常染色体基因相一致。男性由于只有一条男性由于只有一条X X染色体，是等位基
13、因的半合染色体，是等位基因的半合子，基因型频率就等于基因频率。子，基因型频率就等于基因频率。根据男性的发病率可直接得出基因频率，男性的根据男性的发病率可直接得出基因频率，男性的表型频率等于相应的基因频率。表型频率等于相应的基因频率。1.XR病：男性红绿色盲的群体发病率为0.07，表示群体中男性色盲致病基因频率q=0.07；女性色盲患者的发病率q20.0720.0049，与实际观察到女性红绿色盲发病率0.5%相符。q=0.07，p=1q=10.070.93，女性携带者频率 2pq20.930.070.130213%。说明女性发病虽然很低，但携带者频率却高达13%。2.XD病：女患者：XAXAp2
14、、XAXa(2pq)男患者：XAY p 男性发病率与女性发病率的比：p p 1 1 1 1 2pqp2 p(2q+p)2(1-p)+p 2-2p+p 2-p 2 遗传性肾炎男性发病率为1/10000，即：p=1/10000，女性发病率：2pqp2 21/100002/10000。近亲婚配(consanguineous marriage)在34代之内有共同的祖先者均属近亲，近亲之间的婚配称为近亲婚配。近婚系数(inbreeding coefficient,F)有亲缘关系的配偶，从他们共同的祖先得到同一基因，又将该基因同时传递给他们子女，使之成为纯合子的概率称为近婚系数。亲缘系数(coeffici
15、ent of relationship)：有亲缘关系的两个人携带相同基因的概率。第四节近亲婚配与近婚系数 一同胞兄妹婚配 P1的A1基因传给S，形成A1A1纯合子的概率为1/24 S形成纯合子A2A2、A3A3、A4A4的概率也都是1/244种纯合子中任一种出现的概率，也就是总概率为4(1/2)4=1/4 即：F1/4一、一、常染色体基因的近婚系数常染色体基因的近婚系数二舅甥女婚配 F 41/25 1/8三表兄妹婚配F 41/26 1/16(三)二级表兄妹婚配F 41/28 1/64(四)半同胞兄妹婚配F 21/24 1/8 二、二、X X连锁基因的近婚系数连锁基因的近婚系数X连锁基因的传递规
16、律：女性有两条X染色体，基因可以纯合；男性只有1条X染色体，不可能形成纯合子，因此，只计算生女儿情况下的近婚系数。女性X染色体上基因向后代传递的规律与常染色体相同；男性X染色体上基因传递给女儿的概率为1，传给儿子的概率为0。(一)姨表兄妹婚配 F1/23+2 1/25=3/16(二)舅表兄妹婚配 F21/24=1/8(三)姑表兄妹婚配F0(四)堂兄妹婚配 F0例如：有一群体共例如：有一群体共100人，其中人，其中5人来自表兄妹婚配人来自表兄妹婚配F=1/16，7人来自二级表兄妹婚配人来自二级表兄妹婚配F=1/64，其余其余88人父母无亲缘关系人父母无亲缘关系F=0。这一群体的平均近。这一群体的平均近婚系数是：婚系数是：116a=5+7 164100=0.0042三、平均近婚系数三、平均近婚系数衡量群体近亲婚配的程度及其危害性，用平衡量群体近亲婚配的程度及其危害性，用平均近婚系数均近婚系数average inbreeding coefficient,a