工程安徽大學(xué)微生物遺傳學(xué)部分習(xí)題.ppt

1、2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,1,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,2,質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀,質(zhì)量性狀：qualitative traits 在生物群體中，個(gè)體之間可以明確分類、表現(xiàn)為不連續(xù)變異的性狀。 數(shù)量性狀：quantitative traits 變異呈連續(xù)或非連續(xù)狀態(tài),但界限不清楚,不易明確分類的性狀。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,3,質(zhì)量性狀：,完全顯性： aa AA、Aa,數(shù)量性狀：,身高遺傳,隱性 AA、Aa aa,第十八章 數(shù)量性狀遺傳分析,本章重點(diǎn)： 1.數(shù)量性狀的特點(diǎn)和遺傳率估算 2.雜種優(yōu)勢(shì)和近交 難點(diǎn)： 遺傳率的計(jì)算；近交的遺傳分析 學(xué)時(shí)數(shù)：3

2、學(xué)時(shí),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,5,本章主要內(nèi)容,數(shù)量性狀與質(zhì)量性狀、多基因假說(shuō) 分析數(shù)量性狀的基本統(tǒng)計(jì)方法（略講） 遺傳變異和遺傳率 遺傳率的估算 近親繁殖與近交系數(shù) 雜種優(yōu)勢(shì),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,6,數(shù)量遺傳學(xué)的產(chǎn)生,1909年Johannsen發(fā)表“純系學(xué)說(shuō)”：明確區(qū)別基因型和表現(xiàn)型。 1918年，費(fèi)希爾發(fā)表了根據(jù)孟德爾遺傳假設(shè)的親屬間的相關(guān)的研究，成功地運(yùn)用多基因假設(shè)分析資料，首次將數(shù)量變異劃分了各個(gè)分量，開創(chuàng)了數(shù)量遺傳研究的思想方法。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,7,純系學(xué)說(shuō),W.Johannsen 將買來(lái)的輕重不一的菜豆（自花授粉）連續(xù)

3、自交得到純系。在6年中連續(xù)將純系中的最重的和最輕的種子分別種下，后代的種子平均重量不變。,說(shuō)明，純系中選擇是無(wú)效的。純系的基因型是一致的，變異（表型的差異）只是環(huán)境影響的結(jié)果并不遺傳。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,8,數(shù)量性狀,連續(xù)變異性狀 例如，豬的日增重、乳牛的產(chǎn)乳量、雞的產(chǎn)蛋量、綿羊的產(chǎn)毛量等等，都屬于數(shù)量性狀。 非連續(xù)變異性狀（閾性狀 ） 如抗病力 數(shù)量性狀多具有重要價(jià)值和意義，如農(nóng)作物產(chǎn)量、動(dòng)物產(chǎn)奶量等。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,9,Nilsson-Ehle實(shí)驗(yàn),小麥種皮顏色：紅色和白色 深紅R1R1R2R2 r1r1r2r2 白色 R1r1R2r2 中紅

4、 R1R1R2R2 R1R1R2r2 R1R1r2r2 R1r1r2r2 r1r1r2r2 R1r1R2R2 r1r1R2R2 r1r1r2R2 深紅 紅 中紅 淡紅 白色 4R 1/16 3R 2R 3/8 1R 0R 1/16,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,10,多基因假說(shuō) multiple-factor hypothesis/polygene hypothesis,每個(gè)數(shù)量性狀是由許多基因共同作用的結(jié)果，其中每個(gè)基因的單獨(dú)作用較小，與環(huán)境影響做造成的表型差異差不多。 每個(gè)基因都位于染色體上，服從遺傳學(xué)三大定律。 基因微效，加上環(huán)境影響，使得性狀表現(xiàn)為連續(xù)變異。,2020/9/8

5、,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,11,如果某一性狀由一個(gè)或多個(gè)基因決定,雜交后的F2變異類型,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,12,數(shù)量性狀與質(zhì)量性狀的關(guān)系,數(shù)量性狀 質(zhì)量性狀 可度量 不可度量 定量 定性 連續(xù)變化 不連續(xù)變化 受環(huán)境影響大 受環(huán)境影響小 不符合孟德爾法則 符合孟德爾法則 由多對(duì)基因控制 一對(duì)基因控制,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,13,數(shù)量性狀與質(zhì)量性狀的關(guān)系,本質(zhì)：多對(duì)基因中的每一對(duì)基因符合孟德爾法則。非等位基因間有累加效應(yīng)。 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：以紅白分，為質(zhì)量性狀 以顏色深淺分，為數(shù)量性狀 多對(duì)基因只考慮其中的一對(duì)基因時(shí)為質(zhì)量性狀；同時(shí)考慮多對(duì)基因全部時(shí)為數(shù)量性狀。

6、某些數(shù)量性狀不是連續(xù)的正態(tài)分布。閾性狀,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,14,閾性狀threshold trait,多基因決定，表型非連續(xù)變化 有害基因的產(chǎn)物在體內(nèi)、在不同個(gè)體間其多少呈正態(tài)分布，但只有積累到一定的量時(shí)，才表現(xiàn)出來(lái)，如兔唇和精神分裂癥。因此在表型上是不連續(xù)的,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,15,閾性狀threshold trait,易患性liability：指由于遺傳因素和環(huán)境因素共同作用決定了個(gè)體是否容易患上某種疾病?；虍a(chǎn)物連續(xù)分布，但只有達(dá)到一定閾值時(shí)才容易發(fā)病。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,16,數(shù)量性狀研究的特點(diǎn),個(gè)別或少數(shù)后代提供的信息

7、很少，需要有比較大的群體甚至多個(gè)世代才能獲得其遺傳規(guī)律的信息 不能僅僅按類別分組，需要對(duì)個(gè)體的性狀進(jìn)行測(cè)量或測(cè)重 必須利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行分析,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,17,分析數(shù)量性狀的基本統(tǒng)計(jì)方法,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,18,平均數(shù)X,又稱平均值，某一性狀的若干觀察值的平均。 X= (x1+x2+x3+xn )/n=1/n .xi xi表示個(gè)體的測(cè)量值，n表示樣本數(shù),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,19,方差 S2,觀察值與平均數(shù)之間的偏差的平方和的平均。 平均數(shù)不能反映變異程度，如3、4、5、6、7和1、2、3、4、5、6、7、8、9的平均數(shù)都是

8、5，但群體變異幅度不同。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,20,方差 S2,當(dāng)平均數(shù)是由觀察值計(jì)算得到時(shí)，為樣本方差 當(dāng)平均數(shù)是預(yù)期值時(shí)，為總體方差,當(dāng)n30時(shí)，屬于大樣本，可以用N代替n-1,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,21,標(biāo)準(zhǔn)差 S.E,又叫標(biāo)準(zhǔn)誤，指平均數(shù)的方差的平方根。 一個(gè)群體的平均數(shù)與另外一個(gè)群體的平均數(shù)不同，當(dāng)數(shù)量很大時(shí)，每一群體可看成一個(gè)樣本，每個(gè)樣本的平均數(shù)之間存在差異，平均數(shù)也有自己的方差。 平均數(shù)的方差等于觀察數(shù)的方差的1/n。 即：,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,22,標(biāo)準(zhǔn)差 S.E,標(biāo)準(zhǔn)差 S.E,通常用 XS.E 表示某一性狀的可能變

9、異程度。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,23,直線相關(guān)與回歸,直線相關(guān)（correlation） 協(xié)方差（covariance） 回歸系數(shù)（coefficient of regression）,度量變量之間的相關(guān)程度,度量?jī)蓚€(gè)相關(guān)變量之間的共同變異量,一個(gè)變量變化時(shí)，另一個(gè)變量所改變的程度,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,24,數(shù)量性狀的表型記述,實(shí)際度量或觀察到的具體數(shù)值。 由遺傳因素（基因）和環(huán)境因素共同決定 一個(gè)群體內(nèi)個(gè)體之間的差異（變異程度）是由遺傳差異和環(huán)境共同引起 通常用方差來(lái)描述個(gè)體之間的變異程度,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,25,遺傳變異和遺傳率,

10、表型性狀的變異有內(nèi)在的遺傳原因，也有外界的環(huán)境原因，分別稱為遺傳變異和環(huán)境變異。 遺傳變異是由基因的分離和互作決定的； 而環(huán)境變異是由環(huán)境對(duì)基因型的作用引起的。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,26,變異的方差表示,用方差表示變異的程度。 表型變異用表型方差（VP）表示，遺傳變異用遺傳方差（VG）表示，環(huán)境變異用環(huán)境方差（VE）表示。 則： VP= VG + VE 當(dāng)G與E相關(guān)時(shí) VP= VG + VE+2covGE,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,27,遺傳方差,決定遺傳差異有多種因素，包括基因的累加效應(yīng)、基因的顯隱性和基因間相互作用。 VG=VA+VD+VI VA為加性方差

11、，表示多基因累加效應(yīng)帶來(lái)的遺傳差異，遺傳并固定。 VD為顯性方差，表示顯隱性關(guān)系引起的遺傳差異。遺傳但不固定 VI 表示基因互作引起的遺傳差異。遺傳但不固定。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,28,遺傳率 heritability,又稱遺傳度、遺傳力、遺傳決定系數(shù)。 遺傳率（h2）就是遺傳方差在總的表型方差中所占的比例?；蛘咧赣H代將某一性狀傳遞給子代的能力。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,29,人類遺傳率估算-雙生子法,人類某些疾病或性狀的遺傳率估算,如精神分裂癥，25對(duì)同卵雙生子有20對(duì)共同發(fā)病，20對(duì)異卵雙生子有2對(duì)共同發(fā)病。則遺傳率為： h2=（0.8-0.1）/（1-

12、0.1）=0.78,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,30,人類遺傳率估算,通徑分析法（血緣） p1p2 A p1p2表示親屬1和2間某性狀的相關(guān)系數(shù) A表示親屬1和2的遺傳相關(guān)系數(shù)，為常數(shù)。 親子間或同胞間為 半同胞間或祖孫間為,h2=,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,31,人類某些疾病或性狀的遺傳率,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,32,植物遺傳率估算,一對(duì)基因的情況,d表示雜合體的顯性偏差： d=0時(shí)無(wú)顯性；d=a時(shí)完全顯性；0d a時(shí)不完全顯性,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,33,一對(duì)基因的情況,Aa自交的F2代方差,F2代平均值X= a + d - a

13、= d 遺傳方差為x2-(x)2/n= a2 + d2-( d)2= a2 + d2,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,34,多對(duì)基因且基因間不連鎖、無(wú)互作時(shí),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,35,考慮環(huán)境影響,環(huán)境方差VE,親本都是純種時(shí)，其基因型相同，且其F1代基因型也相同，其表型變異均來(lái)自環(huán)境變異。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,36,廣義遺傳率 hB2或H2,把加性方差和非加性方差一起算做遺傳方差估算其所占總方差的比例。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,37,狹義遺傳率 hN2,只計(jì)算加性方差占總方差的比例。 VA不可測(cè)，可測(cè)的方差為VF2、VB1、VB

14、2,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,38,VB1,回交(AaAA)B1代方差 VGB1=fx2-(fx)2= (a-d)2,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,39,VB2,回交(Aaaa)B2代方差 VGB2=fx2-(fx)2= (a+d)2,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,40,VA,VGB2=fx2-(fx)2= (a+d)2 VGB1=fx2-(fx)2= (a-d)2 VB1 +VB2= (a-d)2 +(a+d)2+2VE,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,41,平均顯性程度,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,42,有關(guān)遺傳率的說(shuō)明,遺傳率的高低：

15、 高遺傳率 50%；中遺傳率20%-50%；低遺傳率 20% 遺傳率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念 是對(duì)某個(gè)特定群體而言的，并非單指某個(gè)個(gè)體。 遺傳率高的性狀，選擇較易。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,43,植物的遺傳率,與適應(yīng)性有關(guān)的性狀的遺傳率低 親本對(duì)環(huán)境的反應(yīng)不敏感的性狀的遺傳率高 作物中 高遺傳率：株高，穗長(zhǎng)，蛋白含量，抽穗期等 中遺傳率：千粒重，穗粒重 低遺傳率：穗數(shù)，株粒數(shù)等,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,44,近親繁殖,雜交crossbreeding 近交inbreeding：指有親緣關(guān)系的個(gè)體相互交配繁殖后代。 按親緣關(guān)系分為 自交 兄妹（同胞） 表兄妹,2020/9/8

16、,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,45,近交的遺傳效應(yīng),1）增加純合體的比例 2）使一些隱性基因得到表達(dá) 3）使遺傳性狀得以穩(wěn)定,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,46,近交的遺傳效應(yīng),AaAa 第一代 Aa占1/2，純合體占1/2 第二代 Aa占1/22 ，純合體占1- 1/22 第三代 Aa占1/23 ，純合體占1- 1/23 第n代 Aa占1/2n ，純合體占1- 1/2n 純合體比例增加；性狀穩(wěn)定；隱性基因表達(dá)aa,為了度量群體或個(gè)體間親緣關(guān)系遠(yuǎn)近和近交的遺傳效應(yīng),近交系數(shù)和血緣系數(shù),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,48,血緣系數(shù),Coefficient of relationsh

17、ip，Rxy 反應(yīng)個(gè)體間的親緣關(guān)系程度 Rxy越大，表明親緣關(guān)系越近 Rxy為0，無(wú)親緣關(guān)系,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,49,近交系數(shù),coefficient of inbreeding 指一個(gè)個(gè)體從其某一祖先得到一對(duì)純合的、遺傳上等同的基因的概率。 或后代中的一對(duì)等位基因來(lái)自于某一祖先的同一基因的概率。 記為“F”,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,50,近交系數(shù)的計(jì)算,（1）自交,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,51,近交系數(shù)的計(jì)算,（2）兄妹交配,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,52,通徑分析,Path analysis，由S. Wright提出 通徑

18、：連接“因”“果”變量之間的單向箭頭線 通徑系數(shù)path coefficient：原因變量對(duì)結(jié)果變量的直接影響的系數(shù)。 每一通徑的通徑系數(shù)為1/2 兩個(gè)結(jié)果變量間的相關(guān)系數(shù)等于連接它們的所有通徑的全部系數(shù)乘積。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,53,通徑分析,S從P1得到a1共有4個(gè)通徑，S為a1a1、a2a2 的概率為2 (1/2)4 同理，S為a3a3、a4a4 的概率也是2 (1/2)4 所以，兄妹交配的近交系數(shù)為4 (1/2)4，即F為1/4 。,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,54,通徑分析,另一個(gè)公式： Fs=(1/2)N N表示從s出發(fā)，經(jīng)過(guò)一個(gè)親本的通徑鏈到達(dá)另一個(gè)親本所經(jīng)歷的個(gè)體數(shù) Fs=(1/2)3+ (1/2)3=1/4,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,55,近交系數(shù)的計(jì)算,（3）表兄妹婚配 用通徑分析確定S的共通祖先，P1P2共有4個(gè)基因a1a2、a3a4 ，通徑有6條。 F=4 (1/2)6 =1/16 Fs=(1/2)5+ (1/2)5=1/16,2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,56,各種近交后代的近交系數(shù),2020/9/8,安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,57,血緣