第十三章群体遗传课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,普通遗传学,长江大学,第十三章 群体遗传,第一节群体的遗传平衡 第二节改变基因频率的因素,第十三章 群体遗传,1,遗传学,研究生物遗传和变异的规律和机理；,进化论,研究生物物种的起源和演变过程。,每个物种具有相当稳定的遗传特性,，,而,新种,的形成和发展,则有赖于,可遗传的变异,。,群体遗传学,是研究进化论的必要基础。,群体遗传学的研究：,.,为生物进化的研究提供更多的证据；,.,解释生物进化根本原因和历史过程。,遗传学研究生物遗传和变异的规律和机理；,2,第一节 群体的遗传平衡,一、等位基因频率和基因型频率,二、哈德魏伯格定律,第一节 群体的遗传平衡一、等位基因频率和基因型频率,3,遗传学,群体,的概念,：,群体,是各个体间能互配,(,相互交配关系,),的集合体，,而不是一些个体的简单集合体。,个体间互配可使,孟德尔遗传因子,以各种不同方式,代代相传,遗传学上称为,“,孟德尔群体,”,或,“,基因库,”,。,同一群体内个体基因组合不同，但所有基因是一,定的,基因库,是指一个群体中所包含的,基因总数,。,遗传学群体的概念：,4,群体遗传学,(,population genetics,),有机体繁殖过程,并不能把各个体的基因型传递给子代,，,传递给子代的只是不同频率的基因,。,群体遗传学,是研究一个群体内,基因传递情况,及其,频率改变的科学,。,通过群体中,等位基因频率,和,基因型频率,来,研究群体的遗传结构及其变化规律。,群体遗传学(population genetics)有,5,一,、,等位基因频率和基因型频率,1,基因型和表现型的概念,：,在孟德尔的杂交试验之后,遗传学中提出了,基因型和表现型的概念。,基因型,是基因的一种组合,个体遗传组成。,表现型,指生物个体所有性状表现的类型,基因型与环境影响,共同作用的结果,。,一、等位基因频率和基因型频率1基因型和表现型的概念：,6,2,基因型频率和基因频率,：,.基因型频率,(,genotype frequency,),：,指在一个群体内,某特定基因型所占的比例,。,一个群体内由许多不同基因型的个体所组合。,基因型,是受精时由父母本基因共同组成的,，,而,基因型频率,则需从,F,2,的表现型比例,推算,出来,，,同时再从,F,3,加以验证。,2基因型频率和基因频率：,7,2,基因型频率和基因频率,：,.基因频率（或等位基因频率）：,指在一个群体内特定基因座,某一等位基因,占该基因座等位基因总数的,的比例,。,基因频率,通过基因型频率,推算,而来,只要环境条件或遗传结构不变,，,等位基因频率也就不会改变,。,2基因型频率和基因频率：,8,3,基因频率的推算,：,设,一对同源染色体某基因座有,一对等位基因,A,1,A,2,。,其中,A,1,频率为,p,、,A,2,频率为,q,，则,p,+,q,=,1,由这一对基因可以构成,三种不同基因型,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,个体数,为,N,11,N,12,N,22,设群体总个体数,为,N,，即,N,11,+,N,12,+,N,22,=,N,基因型,频率,N,11,/,N,N,12,/,N,N,22,/,N,3基因频率的推算：基因型频率 N11/N N12/,9,3,种,基因型,频率,为,：,3种基因型频率为：,10,2,种,等位基因,频率,为,：,二倍体生物各基因型由两个等位基因组成,如,A,1,A,1,、,A,1,A,2,、,A,2,A,2,，,其中：,A,1,基因,有,2,N,11,+,N,12,，,A,2,基因,有,N,12,+2,N,22,。,2种等位基因频率为：二倍体生物各基因型由两个等位基因组,11,二、哈德魏伯格定律,1.,概念,：,在一个,完全随机交配的群体,(,即一个体与群体内其它个体交配机会相等,),内,，,如果没有其它因素,(,如突变,、,选择,、,迁移等,),，,则基因频率和基因型频率可保持一定，各代不变。,二、哈德魏伯格定律1.概念：,12,设：,在一个,随机交配群内,，,基因,A,1,与,A,2,的频率分别为,p,1,和,p,2,(,p,1,+,p,2,=1),，,三个基因型的频率为,：,P,11,=,p,1,2,P,12,=2,p,1,p,2,P,22,=,p,2,2,当,3,种不同基因型个体间充分进行随机交配,则下一代基因型频率就会和亲代完全一样,，,不,会发生改变。,这一现象由,德国医生,魏伯格,(Weinberg W.),和,英国数学家,哈德,(Hardy G.H.),在,1908,年分别,发现,哈德魏伯格定律,。,设：在一个随机交配群内，基因A1与A2的频率分别为p1和p2,13,2.,验证,：,设一群体内,三个基因型频率,是,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,P,11,=,p,1,2,，,P,12,=2,p,1,p,2,，,P,22,=,p,2,2,这三种基因型产生,配子频率,为,A,1,：,p,1,2,+(1/2)(2,p,1,p,2,)=,p,1,(,p,1,+,p,2,)=,p,1,A,2,：,(1/2)(2,p,1,p,2,)+,p,2,2,=,p,2,(,p,1,+,p,2,)=,p,2,在,一个大群体,中，,个体间的随机交配,配子间的随机结合,可得以下结果：,2.验证：,14,下一代的三个基因型频率分别为,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,P,11,=,p,1,2,P,12,=2,p,1,p,2,P,22,=,p,2,2,这三个基因型频率是和上一代频率完全一样,。,就这对基因而言,，,群体已经达到平衡,。,下一代的三个基因型频率分别为,15,4,定律要点,：,.,在随机交配,的,大群体中,，,如果没有其它,因素干扰,，,则,各代基因频率能保持不变,；,.,在任何一个大群体内,，,不论,原始,等位基因频率,和基因型频率如何,只要,经过,一,代的随机交配,就可达到平衡,。,4定律要点：,16,4,定律要点,：,.,当一个群体达到平衡状态后,，,基因频率,和,基因,型频率关系是,：,P,11,=,p,1,2,P,12,=2,p,1,p,2,P,22,=,p,2,2,。,实际上自然界中,许多群体都是很大,的，个体间,的交配一般也是接近随机的,哈德魏伯格定律,基本上是普遍适用,的。,4定律要点：,17,5,定律意义,：,哈德魏伯格定律,在群体遗传学中的重要性,揭示,基因频率和基因型频率的,规律,。,.,只要群体内个体间能进行随机交配,该群体,将能保持平衡状态和相对稳定。,.,即使由于,突变,、,选择,、,迁移,和,杂交,等因素改变,了群体的基因频率和基因型频率,，,但,只要这些,因素不再继续产生作用而进行随机交配时,，,则,这个群体仍将保持平衡。,5定律意义：,18,6,打破平衡的意义,：,在人工控制下通过,选择,、,杂交,或人工,诱变,等途径,就可以,打破这种平衡,促使生物个体发生变异,群体,(,如亚种,、,变种,、,品种,),遗传特性将随之改变,。,为动,、,植物,育种工作,中选育新类型提供有利的条件。,改变,群体,基因频率,和,基因型频率,，,打破,其遗传平衡,是目前动、植物育种中的主要手段。,6打破平衡的意义：,19,第二节 改变基因频率的因素,一、突变（,mutation,）,二、选择（,selection,）,三,、,遗传漂变(genetic drift),四、迁移（,transference,）,第二节 改变基因频率的因素一、突变（mutation）,20,一、突变（,mutation,）,1,.基因突变对于改变群体遗传组成的作用,.能提供自然选择的原始材料；,.会影响群体等位基因频率。,如：,一对等位基因,，,当,A,1,A,2,时,，,群体中,A,1,频率,减少,、,A,2,频率则增加。,长期,A,1,A,2,，,最后这一群体中,A,1,将完全被,A,2,代替。,这就是由于突变而产生的突变压。,一、突变（mutation）1.基因突变对于改变群体遗传组成,21,2,.当一个群体内正反突变压相等即平衡状态时,设：,A,1,A,2,为正突变，速率为,u,；,A,2,A,1,为反突变，速率为,v,。,某一世代中,A,2,频率为,q,，则,A,1,频率为,p,=1,q,。,平衡时,，,qv,=,pu,=(1,q,),u,qv,=,u,uq,qv,+,uq,=,u,q,(,v,+,u,)=,u,q,=,u,/(,v,+,u,),同理可得：,p,=,v,/(,v,+,u,),2.当一个群体内正反突变压相等即平衡状态时,22,3,.当基因频率未达到平衡时,：,群体中,A,1,频率的,改变值,(,p,),是基因,A,2,的,突变频率,(,qv,),减去基因,A,1,的突变频率,(,pu,),，,即：,p,=,qv,pu,。,例如,：,A,1,A,2,突变率为,1/100,万,，,突变频率,u,=0.000001,A,2,A,1,突变率为,0.5/100,万,，,v,=0.0000005,当一对等位基因的,正反突变速率相等,(,即,v,=,u,),，,则,q,和,p,的平衡值为,0.5,。,3.当基因频率未达到平衡时：,23,二、选择（,selection,）,1,.基因突变对于改变群体遗传组成的作用,：,例如：玉米致死基因：,设：,正常绿色基因,C,和等位白苗基因,c,的基因频,率为,0.5,。,经过一代繁殖,，,子代群体中将有,1/4,隐性纯合体白苗,。,则,：,子代群体中的,C,频率变为,2/3,、,c,频率,只有,1/3,。,其中,(1/3),2,cc,的白化苗个体又将被淘汰,。,二、选择（selection）1.基因突变对于改变群体遗传组,24,2.,育种选择可把某些性状选留下来,，,使这些性状的基因型频率增加,，,基因频率朝某一方向改变,：,.淘汰显性性状可以迅速改变基因频率,：,只需自交一代,，,选留具隐性性状的个体即可成功,。,例如：,红花白花,红花,红花,3/4,:,白花,1/4,淘汰红花植株,、选留白花,迅速消除群体中的红花,。,红花基因频率为,0,，白花基因频率升至,1,。,2.育种选择可把某些性状选留下来，使这些性状的基因型频率增加,25,.淘汰隐性性状，改变基因频率较慢：,设：,未加选择一代的,隐性基因频率,为,p,2(0),。,淘汰,A,2,A,2,，下一代隐性基因频率,(,p,2(1),),只能从杂合子所占的比值求出（,A2,只占杂合体基因的一半,）,A2,在总个体中所占的比值可通过计算求出：,.淘汰隐性性状，改变基因频率较慢：,26,3,选择影响基因频率的效果,：,.,基因频率接近,0.5,时,，,选择最有效。,基因频率,或,0.5,时，选择有效度就降低很快；,.,当隐性基因很少时,，,对一个隐性基因的选择,或淘汰的有效度就很低。,此时隐性基因几乎完全存在于杂合体中而得到保护。,3选择影响基因频率的效果：,27,4.,选择影响,群体质量性状的基因频率,和,数量性状遗传改良。,4.选择影响群体质量性状的基因频率和数量性状遗传改良。,28,5,适者生存,，,通过突变和自然选择综合作用而形成新生物类型：,=,如新变异类型比原类型更适应环境条件,，,可以繁殖更,多后代,代替原有类型成为新种。,=,如新产生类型和原有类型都能生存下来,，,则不同类型,就分布在各自最适宜地域,成为地理亚种。,=,新类型不如原有类型,消失。,自然选择,是生物进化的主导因素,，,而,遗传,和,变异,则是其作用的基础。,例如：,大量使用,DDT,毒杀苍蝇,逐渐出现一些抗,DDT,新类型,突变,和,自然选择,的结果,。,5适者生存，通过突变和自然选择综合作用而形成新生物类型：,29,亦称随机遗传漂变,1,概念,：,一个小,群体内,，,每代从基因库中,抽样,形成,下一,代个体的配子时,，,就会产生较大误差,，,由这种误差,引起群体基因频率的偶然变化,，,叫