群體遺傳平衡概述

1、群體遺傳平衡概述Chapter9 群體的遺傳平衡本章要求9.1 基因頻率和基因型頻率9.2 遺傳平衡定律9.3 影響遺傳平衡定律的因素復(fù)習(xí)思考題本章要求1.掌握孟德爾群體、基因頻率、基因型頻率和隨機交配等相關(guān)概念；2.掌握基因頻率與基因型頻率的關(guān)系；3.掌握遺傳平衡定律的根本內(nèi)容、條件與意義；4.掌握改變?nèi)后w平衡的因素及影響方式。9.1基因頻率和基因型頻率 孟德爾群體：特定地域內(nèi)一群能相互交配繁殖后代的個體所組成的群體稱為。它可能是一個品系、品種、變種、亞種、甚至一個物種所有個體的總和。 基因庫：孟德爾群體所包含的基因總和稱為。 群體的遺傳結(jié)構(gòu)：指孟德爾群體中的基因及基因型的種類和頻率。 基因

2、頻率：指一個群體內(nèi)特定基因座上某一等位基因占該基因座全部等位基因總數(shù)的比率。 基因型頻率：指群體中某一性狀的某一基因型占該性狀所有基因型的比率，或某一性狀的某一基因型在群體中出現(xiàn)的概率。1.生物在繁殖過程中，群體中的基因連續(xù)不斷地代代下傳，而基因型并不連續(xù)。2.對任意一個群體，知道其基因型頻率就可求得其基因頻率，但反過來就不行。3.只有在平衡群體中，基因型頻率和基因頻率才能彼此決定。4.就一對等位基因A、a而言，假設(shè)A的頻率為p，a的頻率為q；AA的頻率為D，Aa的頻率為H，aa的頻率為R，那么基因頻率和基因型頻率間的關(guān)系為： p+q=1D+H+R=19.2遺傳平衡定律一、遺傳平衡定律 1.定

3、律要點 2.定律證明 3.遺傳平衡定律的應(yīng)用二、遺傳平衡定律的擴展 1.復(fù)等位基因頻率的計算 2.性連鎖基因與連鎖不平衡 3.兩個以上基因座位的平衡1.定律要點在隨機交配的大群體中，假設(shè)無其它因素的影響，群體的基因頻率一代一代傳遞下去，始終保持不變。在任何一個大群體內(nèi)，無論其基因頻率如何，只要經(jīng)過一代隨機交配，一對常染色體上的基因所構(gòu)成的基因型頻率就到達平衡狀態(tài)，假設(shè)無其它因素的影響，一代一代隨機交配下去，這種平衡保持不變。在平衡狀態(tài)下，基因頻率與基因型頻率之間的關(guān)系為：D=p2，H=2pq，R=q2?；蛘哒f滿足D=p2、H=2pq、R=q2條件的群體就是平衡群體。 隨機交配(random m

4、ating):指在一個有性繁殖的生物群中，一種性別的任何一個個體與其相反性別的個體交配的時機均等，即任何一對雌雄個體的結(jié)合都是隨機的，不受任何其它因素的影響，這種交配方式稱為隨機交配。 平衡群體需符合的條件 是無限大的有性繁殖群體； 隨機交配； 無突變、遷移、遺傳漂變等的影響； 無任何形式的自然選擇和人工選擇。2.定律證明 假設(shè)在常染色體的某一基因座位上有兩個等位基因，A和a的基因頻率分別為p0和q0，基因型AA、Aa和aa的頻率分別為D0、H0和R0，假設(shè)隨機交配那么有 A p0a q0A p0AA p02Aa p0q0a q0Aa p0q0aa q02F1產(chǎn)生的配子A：p1=D1+H1/2

5、=p0a：q1=H1/2+R1=q0F2 F3隨機交配3.遺傳平衡定律的應(yīng)用共顯性時 D=p2 通過 H=2pq 直接計算 R=q2完全顯性時AA和Aa的表型一致，通過R=q2計算基因頻率的計算基因頻率與基因型頻率變化規(guī)律血型 基因 頻率 基因型 頻率 設(shè)比率 那么有 A IA p IAIA p2 M p2+2pr IAi 2pr B IB q IBIB q2 IBi 2qr AB IAIB 2pq O i r ii r2 O=1.復(fù)等位基因頻率的計算2.性連鎖基因與連鎖不平衡基因型頻率 基因頻率 AA D=0 A p=0 Aa H=0 a q=1 aa R=1 基因型頻率 基因頻率 XY A

6、=1 A p=1 XY a=0 a q=0基因型頻率 基因頻率 AA D=0 A p=0.5 Aa H=1 a q=0.5 aa R=0 基因型頻率 基因頻率 XY A=0 A p=0 XY a=1 a q=1基因型頻率 基因頻率 AA D=0 A p=0.25 Aa H=0.5 a q=0.75 aa R=0.5 基因型頻率 基因頻率 XY A=0.5 A p=0.5 XY a=0.5 a q=0.5. 伴性基因頻率在雌雄群體中的變化特點雄性群體中，基因頻率等于基因型頻率；雄性群體當(dāng)代基因頻率等于上一代雌性群體的基因頻率。后代中雌性群體的基因頻率等于親代雌雄群體基因頻率的平均數(shù)。雌、雄群體中

7、的基因頻率不相等，其差異每通過一代隨機交配減少一半，且符號相反。3.兩個以上基因座位的平衡 設(shè)兩個不連鎖的基因座位的頻率分別為A=p1,a=q1, p1+q1=1; B=p2,b=q2,p2+q2=1。由這四個基因可組成9種基因型，在隨機交配達平衡時，它們的頻率為AABBp12p22AABbp122q2p2AAbbP12q22P12AaBB2p1q1p22AaBb2p1q12q2p2Aabb2p1q1q222p1q1aaBBq12p22aaBbq122q2p2aabbq12q22q12p222q2p2q221在平衡狀態(tài)的群體中，產(chǎn)生配子的頻率是各基因頻率的乘積，如AB=p1p2 兩個以上基因座

8、位的平衡，最簡單的情況是由雜合體AaBb形成的群體，隨機交配一代就可到達平衡，其他情況均不能。例由等量AABB和aabb個體組成的群體。 配子類型 世代數(shù) AB Ab aB ab 親 代 3/8 1/8 1/8 3/8 5/16 3/16 3/16 5/16 9/32 7/32 7/32 9/32 17/64 15/64 15/32 17/64 9.3影響遺傳平衡定律的因素一、突變二、選擇三、遺傳漂變四、遷移五、非隨機交配一、突變 突變能夠直接導(dǎo)致群體基因頻率改變，為自然選擇提供原始材料。 突變壓(mutation pressure)：因基因突變而產(chǎn)生的基因頻率的變化趨勢。設(shè)某一群體中等位基因

9、A和a的頻率分別為p和q；正反突變率分別為u和v，在沒有其他因素影響時， 那么在某一世代中：Aa的頻率為pu(正突變壓)；aA的頻率為qv(反突變壓)。突變壓對基因頻率的影響 每一代基因頻率的改變量為p=pu-qv；當(dāng)群體到達平衡時基因頻率將保持不變，即p=pu-qv=0，故突變后群體再次到達平衡時其基因頻率為：在極端情況v=0時，則有 結(jié)論:在沒有其他因素干擾時，平衡群體的基因頻率由正反突變頻率的大小決定。二、選擇1.選擇對隱性純合體不利2.不利于顯性基因的選擇3.選擇對雜合體有利4.在突變和選擇作用下的遺傳平衡適合度：指某一基因型與其它基因型比較時，能夠成活和繁殖后代的相對能力，記為W，一

10、般將最適基因型個體的適合度定為1。選擇系數(shù)：指在選擇的作用下降低的適合度，記為S，S=1-W。1.選擇對隱性純合體不利 AA Aa aa選擇前頻率 p02 2p0q 0 q02選擇系數(shù) 0 0 s適合度 1 1 1-s選擇后頻率 p02 2p0q 0 q02(1-s)相對頻率 p02/(1-sq02) 2p0q 0/(1-sq02) q02(1-s)/ (1-sq02) 當(dāng)q 0很小時,分母1-sq02 1,則 上面的公式說明 當(dāng)q值很小時,每代基因頻率的改變量是很小的； 當(dāng)q值較大時,即使s值較小，q的改變量也較大； 當(dāng)q=2/3時改變量到達最大，這時自然選擇最有效。若每代完全淘汰aa隱性個

11、體，即s=1，w=0。則有2.不利于顯性基因的選擇 AA Aa aa選擇前頻率 p02 2p0q 0 q02選擇系數(shù) s s 0適合度 1-s 1-s 1選擇后頻率 p02 (1-s) 2p0q 0 (1-s) q02相對頻率若s很小時,分母1-s+sq02 1,則3.選擇對雜合體有利 AA Aa aa選擇前頻率 p02 2p0q 0 q02選擇系數(shù) s1 0 s2適合度 1-s1 1 1-s2選擇后頻率 p02 (1-s1) 2p0q 0 q02(1-s2)相對頻率 由上面的推導(dǎo)可知:： q的大小依s1p 和s2q的關(guān)系而定，只有當(dāng)s1p =s2q 時，該群體才又到達平衡狀態(tài)，這時由s1p

12、=s2q 可知： 在這種情況下，平衡時的基因頻率由選擇系數(shù)s1和s2決定，與原來的基因頻率無關(guān)。5.在突變和選擇作用下的遺傳平衡若q= q ，則群體達到新的平衡，則： 平衡時的基因頻率由選擇系數(shù)和突變率決定，與原來的基因頻率無關(guān)。由突變產(chǎn)生a基因的頻率為q= pu =(1-q)u，由選擇導(dǎo)致a基因的頻率的減少量為三、遺傳漂變 遺傳漂變(genetic drift):由于樣本機誤造成基因頻率的隨機波動，漂變在所有群體中都會出現(xiàn)，在小群體中更為明顯。遺傳漂變沒有確定的方向，世代群體間基因頻率變化是隨機的。遺傳漂變的原因主要有取樣誤差和建立者效應(yīng)。四、遷移 遷移:群體間的個體移動或基因流動稱為。如遷入群體的基因頻率與原群體不同，將改變新群體的基因頻率。設(shè)某一群體的基因頻率為p0 和q0，假設(shè)從另一群體(基因頻率為pm和qm)遷入假設(shè)干個體，遷入個體占新群體的比例(