遗传学自学ppt课件第12章

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,*,Chapter12,群体的遗传平衡,群体遗传学,(,population genetics),研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。,1.以群体为基本研究单位；,2.以基因频率和基因型频率描述群体遗传结构；,3.采用数学和统计方法进行研究；,4.研究群体遗传结构变化的规律、原因以及在生物进化与新物种形成中的作用。,Chapter12 群体的遗传平衡 群体,1,Chapter12,群体的遗传平衡,12.1,基因频率和基因型频率,12.2,遗传平衡定律,12.3,影响遗传平衡定律的因素,本章要求,复习思考题,Chapter12 群体的遗传平衡12.1 基因频率和基,2,12.1基因频率和基因型频率,1.,孟德尔群体和基因库,孟德尔群体,：特定的地区内一群能相互交配繁殖后代的个体所组成的群体称为一个孟德尔群体。,可能是一个品系、一个品种、一个变种、一个亚种、甚至一个物种所有个体的总和,。,基因库,：一个孟德尔群体所包含的基因的总数称为一个基因库。,2.,群体的遗传结构,指,孟德尔群体中的基因及基因型的种类和频率。,基因频率,基因型频率,基因频率和基因型频率间的关系,12.1基因频率和基因型频率1.孟德尔群体和基因库,3,2.,群体的遗传结构,基因频率,（,gene frequency,）,指一个群体内特定基因座上某一等位基因占该座全部等位基因总数的比率，即该等位基因在群体内出现的概率。,基因型频率,（,genotype frequency）,指群体中某一性状的某一基因型占该性状所有基因型的比率，或某一性状的某一基因型在群体中出现的概率。,基因频率和基因型频率间的关系,就一对等位基因（,A、a）,而言，若,A,的频率为,p，a,的频率为,q；AA,的频率为,D，Aa,的频率为,H，aa,的频率为,R，,则有：,2.群体的遗传结构基因频率（gene frequency）,4,2.,群体的遗传结构,生物在繁殖过程中，群体中的基因连续不断地代代下传，而基因型并不连续。,对任意一个群体，知道其基因型频率就可求得其基因频率，但反过来就不行。,只有在平衡群体中，基因型频率和基因频率才能彼此决定。,2.群体的遗传结构生物在繁殖过程中，群体中的基因连续不断地,5,12.2遗传平衡定律,一、遗传平衡定律,1.定律要点,2.定律证明,3.遗传平衡定律的生物学例证（自学）,4.遗传平衡定律的应用,二、遗传平衡定律的扩展,1.复等位基因频率的计算,2.性连锁基因与连锁不平衡,3.两个以上基因座位的平衡,英国数学家,Hardy,和德国医生,Weinberg,经过各自独立的研究，于1908年分别发表了“基因平衡定律”的论文，后人为了纪念他们就将此定律称为,Hardy-Weinberg,定律。,12.2遗传平衡定律一、遗传平衡定律 英国数学家Hard,6,一、遗传平衡定律,1.定律要点,在随机交配的大群体中，若无其它因素的影响，群体的基因频率一代一代传下去，始终保持不变。,在任何一个大群体内，无论其基因频率如何，只要经过一代随机交配，一对常染色体上的基因所构成的基因型频率就达到平衡状态，若无其它因素的影响，一代一代随机交配下去，这种平衡保持不变。,在平衡状态下，基因频率与基因型频率之间的关系为：,D=p,2,，H=2pq，R=q,2,。,或者说满足,D=p,2,、H=2pq、R=q,2,条件的群体就是平衡群体。,一、遗传平衡定律1.定律要点,7,随机交配,（,random mating）,：,是指在一个有性繁殖的生物群中，一种性别的任何一个个体与其相反性别的个体交配的机会均等，即任何一对雌雄个体的结合都是随机的，不受任何其它因素的影响，这种交配方式称为随机交配。,平衡群体需符合的,条件,是无限大的有性繁殖群体；,随机交配；,无突变、迁移、遗传漂变等,无任何形式的自然选择和人工选择。,随机交配（random mating）：是指在一个有性繁殖的,8,一、遗传平衡定律,2.定律证明,假设在常染色体的某一基因,座位上有两个等位基因,A,和,a,F,0,基因型 基因,AA Aa aa A a,频率,D,0,H,0,R,0,p,0,q,0,若该世代随机交配，则,A p,0,a q,0,A p,0,AA p,0,2,Aa p,0,q,0,a q,0,Aa p,0,q,0,aa q,0,2,F,1,中,AA D,1,=p,0,2,Aa H,1,=2p,0,q,0,aa R,1,=q,0,2,F,1,产生的配子,A：p,1,=D,1,+H,1,/2=p,0,a：q,1,=H,1,/2+R,1,=q,0,F,2,F,3,一、遗传平衡定律2.定律证明 A p0a q0A p,9,一、遗传平衡定律,4.遗传平衡定律的应用,共显性时,D=p2,通过,H=2pq,直接计算,R=q2,完全显性时,AA,和,Aa,的表型一致，通过,R=q2,一、遗传平衡定律4.遗传平衡定律的应用,10,二、遗传平衡定律的扩展,2.性连锁基因与连锁不平衡,伴性基因频率在雌雄群体中变化的,特点,雄性群体中，基因频率等于基因型频率；雄性群体当代基因频率等于上一代雌性群体的基因频率。,后代中雌性群体的基因频率等于亲代雌雄群体基因频率的平均数。,雌、雄群体中的基因频率不相等，其差异每通过一代随机交配减少一半，且符号相反,。,二、遗传平衡定律的扩展2.性连锁基因与连锁不平衡,11,二、遗传平衡定律的扩展,3.两个以上基因座位的平衡,假设两个不连锁的基因座位，每个座位上有两个等位基因,A、a；B、b。,设其频率为,A：p,1,a：q,1,p,1,+q,1,=1；B：p,2,b：q,2,p,2,+q,2,=1,由这四个基因可组成9种基因型，在随机交配达平衡时，它们的频率为,AABB,p,1,2,p,2,2,AABb,p,1,2,2q,2,p,2,AAbb,P,1,2,q,2,2,P,1,2,AaBB,2p,1,q,1,p,2,2,AaBb,2p,1,q,1,2q,2,p,2,Aabb,2p,1,q,1,q,2,2,2,p,1,q,1,aaBB,q,1,2,p,2,2,aaBb,q,1,2,2q,2,p,2,aabb,q,1,2,q,2,2,q,1,2,p,2,2,2,q,2,p,2,q,2,2,1,二、遗传平衡定律的扩展3.两个以上基因座位的平衡AABBAA,12,3.两个以上基因座位的平衡,两个以上基因座位的平衡，最简单的情况是由杂合体,AaBb,形成的群体，随机交配一代就可达到平衡，其他情况均不能。,例：由等量,AABB,和,aabb,个体组成的群体,配子类型,世代数,AB Ab aB ab,亲代 ,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 17/64,3.两个以上基因座位的平衡 两个以上基因座位的,13,12.3影响遗传平衡定律的因素,一、突变,二、选择,三、遗传漂变,四、迁移,五、非随机交配,12.3影响遗传平衡定律的因素一、突变,14,一、突变,1.突变对群体遗传组成的作用：,为自然选择提供原始材料；,突变能够,直接导致群体基因频率改变,。,2.突变压(mutation pressure)：因基因突变而产生的基因频率变化趋势。在没有其他因素影响时,，,设某一世代中，一对等位基因A,a的频率分别为 p,和,q；正反突变率分别为u,和,v，则,在某一世代中：,A,a,的频率为,pu(,正突变压,)；,aA,的频率为,qv(,反突变压,)。,u,A=a,p v q,一、突变1.突变对群体遗传组成的作用：,15,突变压对基因频率的作用,经过一个世代，基因频率的改变为：,p=pu-qv;,当群体达到平衡时，基因频率保持不变，即：,p=pu-qv=0(,正反突变压相等)。因此平衡状态下：,假定在极端情况下，,v=0,时，,则有：,突变压对基因频率的作用经过一个世代，基因频率的改变为：p=,16,突变压对基因频率的作用,结论：,在没有其他因素干扰时，平衡群体的基因频率由正反突变频率,的,大小决定。,给定一对等位基因的正反突变频率，就可以计算平衡状态,时,的基因频率。,例：,u=110,-6,v=510,-7,p=33%,q=67%;u=v=110,-6,p=q=50%,由于大多数基因突变频率很低(10,-4,10,-7,)，因此突变压对基因频率的改变要经过很多世代。时间的长短则与世代周期长短密切相关。,突变压对基因频率的作用结论：,17,二、,选择,1.,适合度和选择系数,适合度,：指某一基因型与其它基因型比较时，能够成活和繁殖后代的相对能力，记为,W。,选择系数,：指在选择的作用下降低的适合度，记为,S，S=1-W。,2.选择对隐性纯合体不利,3.不利于显性基因和无显性基因的选择,4.选择对杂合体有利,5.在突变和选择作用下的遗传平衡,6.数量性状选择类型（自学）,二、选择1.适合度和选择系数,18,2.选择对隐性纯合体不利,AA Aa aa,选择前频率,p,0,2,2p,0,q,0,q,0,2,选择系数,0,0 s,适合度,1 1 1-,s,选择后频率,p,0,2,2p,0,q,0,q,0,2,(,1-,s),相对频率,p,0,2,/(1-sq,0,2,),2p,0,q,0,/(1-sq,0,2,)q,0,2,(,1-,s)/(1-sq,0,2,),当,q,0,很小时,分母,1-sq,0,2,1,则,2.选择对隐性纯合体不利,19,2.选择对隐性纯合体不利,上面的公式,表明,：,当,q,值很小时,每代基因频率的改变量是很小的；,当,q,值较大时,即使,s,值较小，,q,的改变量也较大；,当,q=2/3,时,改变量达到最大，这时自然选择最有效。,若进行人工选择，每代完全淘汰,aa,隐性个体，即,s=1，w=0。,则有：,2.选择对隐性纯合体不利上面的公式表明：,20,3.不利于显性基因和无显性基因的选择,AA Aa aa,选择前频率,p,0,2,2p,0,q,0,q,0,2,选择系数,s s 0,适合度,1-,s 1-s 1,选择后频率,p,0,2,(,1-,s)2p,0,q,0,(,1-,s)q,0,2,相对频率,若,s,很小时,分母,1-s+sq,0,2,1,则,3.不利于显性基因和无显性基因的选择,21,4.选择对杂合体有利,AA Aa aa,选择前频率,p,0,2,2p,0,q,0,q,0,2,选择系数,s,1,0 s,2,适合度,1-,s,1,1 1-s,2,选择后频率,p,0,2,(,1-,s,1,)2p,0,q,0,q,0,2,(1-s,2,),相对频率,4.选择对杂合体有利,22,4.选择对杂合体有利,由上面的推导可知:：,q,的大小依,s,1,p,和,s,2,q,的关系而定，只有当,s,1,p,=,s,2,q,时，该群体才又达到平衡状态，这时由,s,1,p,=,s,2,q,可知：,在这种情况下，平衡时的基因频率由选择系数,s,1,和,s,2,决定，与原来的基因频率无关。,4.选择对杂合体有利 由上面的推导可知:：q的大小依,23,5.在突变和选择作用下的遗传平衡,根据前面的推导可知：,由突变产生,a,基因的频率为：,q=pu=(1-q)u,由选择导致,a,基因的频率的减少量为：,若,q=q,，,则群体达到新的平衡，则：,这时，平衡时的基因频率由选择系数和突变率决定，与原来的基因频率无关。,5.在突变和选择作用下的遗传平衡根据前面的推导可知：若q=,24,遗传学自学ppt课件第12章,25,遗传学自学ppt课件第12章,26,三、遗传漂变(又称遗传漂移),1.,大群体随机交配能达到群体遗传平衡，小群体相当于大群体的一个样本，样本容量越小，样本与总体间产生偏差的可能性也越大，从而造成样本(小群体)与总体(大群体)基因频率差异，称为,遗传漂变(genetic drift),。,2.,遗传漂变,：由