第八章 群 体 遗 传 学.

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1 第八章 群 体 遗 传 学

2 群体遗传学(population genetics):研究群体中基因的分布、基因频率和基因型频率的维持与变化规律的科学称为群体遗传学。

3 第一节 群体中的遗传平衡 一、基因频率与基因型频率 基因频率(gene frequency):是指群体中某一基因占该基因位点所有等位基因的比例。 一对等位基因A和a，基因A的频率就是基因A在基因A和基因a的总量中所占的比例。一般来说，显性基因的频率用p表示，隐性基因的频率用q表示，则: p＋q＝1

4 基因型频率：是指群体中某一基因型个体占群体总个数的比例。
例如一对等位基因B和b在群体中有三种基因型：BB、Bb、bb，基因型BB的频率就是基因型BB的个体在群体总个数中所占的比例。设基因型BB的频率为D，基因型Bb的频率为H，基因型bb的频率为R，则： D＋H＋R＝1

5 在一个群体中调查747人得知：M血型有233 人，N血型129人，MN血型385人。 计算:M血型的频率为232÷747=31.2%， N血型的频率为129÷747=17.3%， MN血型的频率为385÷747=51.5%。 设M基因的频率为p，N基因的频率为q，则有： p=(233×2+385)/(747 × 2)=0.57 q=(129 × 2+385)/(747 × 2)=0.43

6 二、遗传平衡定律 条件: l)在一个很大的群体中 2)随机婚配而非选择性配 3)没有自然选择 4)没有突变发生 5)没有个体大规模的迁移 则群体中的基因频率和基因型频率世代相传,保持不变。

7 设基因A的频率为p，基因a的频率为q， 则有：p＋q＝1根据数学原理，(p＋q)2＝1， 将二项式展开得到：(p＋q)2＝ p2＋2pq＋q2＝1 公式中的p2就是基因型AA的频率，2pq就是基因型Aa的频率，q2就是基因型aa的频率，即AA：Aa：aa＝p2：2pq：q2

8 表8－1 亲代配子随机结合 精子A（p） a（q） 卵子 A（p） AA（p2） Aa（pq） aa（q2）

9 A=p2+1/2(2pq)=p2+pq=p(p+q)=p a=q2+1/2(2pq)=q2+pq=q(p+q)=q
子代将向下一代提供的配子中两种基因的频率分别是： A=p2+1/2(2pq)=p2+pq=p(p+q)=p a=q2+1/2(2pq)=q2+pq=q(p+q)=q 可见，子代中基因A的频率仍然为p，基因a的频率仍然为q，并且将以这种频率世代相传，这便是遗传平衡。

10 例 一个群体有10000个个体，其中纯合体AA有6000人，
纯合体aa有2000人，杂合体Aa有2000人，这一群体是 否为一个遗传平衡的群体？ 经过计算可以得出基因型频率： AA基因型的频率为0.6； Aa基因型频率为0.2；aa基因型频率为0.2。 再计算基因频率： 基因A的频率： 或者 基因a的频率： 这里p＋q＝0.7＋0.3＝1

11 如果这个群个体是遗传平衡的群体， 就应该满足:p2＋2pq＋q2＝1， 即0.72＋2×0.7×0.3＋0.32＝1，
也就是基因型AA的频率为0.49； 基因型Aa的频率为0.42； 基因型aa的频率为0.09。 表 经过一代随机婚配后群个体中的基因型频率 精 子 A p＝ a q＝0.3 卵 子 A p＝0.7 a q＝0.3 AA p2＝ Aa pq＝0.21 Aa pq＝ aa q2＝0.09

12 应用遗传平衡定律计算基因频率 隐性基因频率的计算 例 一般群体中，白化病的发病率为l/10000 aa的频率q2=l/10000 a=0.01 基因A的频率q=1-p=1-0.01=0.99 携带者的频率2pq=2 × 0.99 × 0.01 ≈ 0.02

13 也就是杂合体的频率是隐性纯合子的2/q倍， 这意味着致病基因频率越低时，杂合体频率 对隐性纯合体频率的倍数越高。
则p接近与1，2pq近似于2q。 杂合体携带者与隐性纯合子的患者之比为： （p≈1） 也就是杂合体的频率是隐性纯合子的2/q倍， 这意味着致病基因频率越低时，杂合体频率 对隐性纯合体频率的倍数越高。

14 2. 显性基因频率的计算 AA与Aa才表现出疾病，其频率分别为p2、2pq, 实际计算方法：由于P频率很低，患者为纯合体的可能性几乎为0，完全可以忽略不计，即p2≈0。 这样发病率就等于杂合体的频率H＝2pq。 由于p值很小，q接近于1，所以：

15 3. X连锁基因频率的计算 性别 基因型 基因型频率 女性 XAXA p2 XAXa pq XaXa q2 XAY p XaY q 男性

16 XY 男性是半合子，男性群体的表型频率 即为基因频率。 例如，红绿色盲为X连锁的隐性遗传，男性中的发病率为0.07，则该基因在群体中的频率为q＝0.07；女性纯合体的频率为q2＝0.072＝0.0049。

17 如果X连锁的的显性遗传病发病率很低， 则男性患者与女性患者的比例为： 由于p很小，q接近于1，所以： ； 即女性患者是男性患者的2倍。 如果X连锁的隐性遗传病的发病率很低， 则男性患者与女性患者的比例为： ； 女性携带者(2pq≈2q)是男性中患者 频率（q）的两倍。

18 第二节 影响遗传平衡的因素 一、突变与选择 （一）突变间的平衡
第二节 影响遗传平衡的因素 一、突变与选择 （一）突变间的平衡 突变率一般用每代每一百万个基因中发生突变的次数来表示，即n × 10-6/基因/代。 对等位基因A,a A基因频率为p,a基因频率为q, 设A突变为a的突变率为u 设a突变为A的突变率为v

19 在一个遗传平衡的群体中, ᇫ p=qv, ᇫ q=pu=(l-q)u ᇫp= ᇫ q, qv=(l-q)u=u-qu q=u/(u+v ) p=v/(u+v) 在没有选择的情况下,基因频率由其等位 基因突变率u和v的差异决定。

20 中性突变(neutral mutation):指基因突变后,对机体既未产生特殊益处,也未产生明显的坏处。
例人类对苯硫脲的尝味能力定在5q15上的T基 因,T突变为t后,失去了对PTC的尝味能力,属中性 突变。 如u=60 × l0-6/基因/代 v=40 × l0-6/基因/代, 那么t的频率q=u/(u+v)=60/(60+40)=0.60 纯合体（tt)味盲频率 q2=0.36=36%

21 选择(selection)是指由于基因型的差别而导致的生存能力的差别，它对遗传平衡有重要影响。
(二)选择作用与突变率的计算 选择(selection)是指由于基因型的差别而导致的生存能力的差别，它对遗传平衡有重要影响。 适合度（fitness，f）是指在一定环境条件下，某种基因型的个体能够生存并能将其基因传给后代的能力。 适合度一般用相对生育率（relative fertility）来衡量。

22 选择系数（selection coefficient，s）是指在选择的作用下降低了的适合度，又称为淘汰系数。 S=l-f
若一个群体突变与选择的作用达到平衡，那么群体的遗传结构就趋于稳定，形成遗传平衡的群体。

23 例：丹麦108名软骨发育不全性侏儒共生育了27 个孩子，而这些患者的457个正常同胞共生育了 582个孩子。
适合度 f＝（27÷108）/（582÷457） ≈ 0.20 选择系数S=1-f=1-0.20=0.80

24 常染色体显性基因突变率的计算 如果基因A是有害的致病基因，在群体中有被淘汰的可能，其选择系数为s,在选择的作用下，AA与Aa个体同样面临着选择，每一代中将有Sp的显性基因被淘汰，并由基因a突变为A来补偿。 v=Sp 由于p值很小，q接近1，故H=2p,p=H/2 因此突变率近似表达为v=Sp=S ×H/2

25 例:有人在丹麦的哥本哈根调查了97075个婴儿，其中10个患软骨发育不全性侏儒症，发病率为
10/97075，本病的S=0.80, v＝s×H／2＝0.8×0.5 × 10/97075＝43×10-6/（基因代 ）

26 2. 隐性基因突变率的计算 隐性有害的基因只有在纯合（aa）状态下才被选 择，即患者才面临着选择，通过选择每一代中有
sq2的基因a被淘汰掉；而杂合状态（Aa）中的隐 性基因a则可在群体中保留许多世代不受选择的 影响，因而选择作用是缓慢的、微小的。 如果被淘汰的隐性基因由突变产生的新基因 来补充，则有：u＝Sq2。 例如，苯丙酮尿症是一种常染色体隐性遗传病， 发病率为1/16500，f＝0.3,s＝0.8。代入公式得到： u＝Sq2＝0.7×1／16500＝42×10-6/基因代

27 3. X连锁基因突变率的计算 有2/3的X连锁的隐性基因存在于杂合子女性中，这部分基因不受选择的作用。因为致病基因频率非常低，所以女性隐性纯合子的非常罕见，可以忽略不计。从整个群体来看，男性群体拥有的X连锁基因占整个群体的1/3。所以整个群体由于选择的作用，每一代有1/3×Sq的X连锁隐性基因被淘汰，在遗传平衡的群体中，被淘汰的基因由突变的基因补充，则有：u＝1/3×Sq。 例如甲型血友病男性中的发病率为 ，适合度 f＝0.25，那么甲型血友病的突变率为： u＝1/3×Sq＝1／3×0.75× ＝20×10-6/基因代

28 （三）选择与平衡多态 平衡多态（balanced polymorphism）是指群 体中同一基因座位上有两个或者两个以上的等位
基因同时存在，并且其中频率最低的等位基因频 率也远远高于突变率,并可维持多代不变，这种情况称为平衡多态。 如ABO血型、HLA等。

29 二、随机遗传漂变 在一个小的隔离群体中，由于某种机会所造成的 某一等位基因在群体中出现世代传递的波动现象
称为随机遗传漂变（random genetic drift）， 也称为遗传漂变。这种随机的波动变化导致某些 等位基因的消失，而另一些等位基因的固定，从 而改变了群体的遗传结构。

30 三、 迁移 迁移（migration）是指具有某一基因型频率的一部分群体因某种原因迁入与其基因频率不同的另一群体中，并定居与杂交，从而改变了迁入群体的基因频率

31 四、 隔离 由于自然条件、宗教、民族习惯等因素使得一个群体与其他群体之间不能进行婚配，因而也就不可能有基因的交流，称为隔离（isolation）。 在小的隔离群体中，可以看到由少数几个祖先携带某一突变基因，经过其几代在隔离群体中的近亲婚配而形成突变基因的高频率，称为与建立者效应（founder effect)。

32 第三节 近亲婚配 一、近亲婚配与近婚系数 近亲婚配（consanguineous marriage ， inbreeding）
第三节 近亲婚配 一、近亲婚配与近婚系数 近亲婚配（consanguineous marriage ， inbreeding） 是指在3-4代内有共同祖先的个体之间的婚配。由于他们有共同的祖先，可以使常染色体隐性遗传病的发病率在后代中大大增加。

33 近婚系数（inbreeding coefficient, F）是指由于近亲婚配，夫妇双方从共同祖先获得同一基因，而又把此基因传给他们的子女，使之成为纯合子的概率称为近婚系数。
所以近亲结婚可以导致隐性遗传病在后代中发病率增加。

34 近婚系数的计算 同胞兄妹婚配中的常染 色体近婚系数 设P1的基因型为A1A2, P2的基因型为A3A4 F=4 ×(1/2)4=1/4

35 表兄妹婚配基因的传递图 舅甥女婚配基因的传递图 F=4 ×(1/2)6=1/16 F=4 ×(1/2)5=1/8

36 第四节 遗传负荷 遗传负荷（genetic load）是指一个群体由于有害基因或者致死基因（lethal gene）的存在而使其适合度降低的现象。 遗传负荷的主要来源包括突变负荷和分离负荷。