文档介绍：第八章基因变异的群体行为
基因变异是人类进化的基础,(交)配的个体组成,如果仅仅从个体的遗传结构是难以解释群体的遗传组成及其随时间和空间的变化规律,而且基因型和表型存在复杂关系,因此,研究群体中基因的分布及逐代传递中影响基因频率和基因型频率的因素,追踪基因变异的群体行为,应用数学手段研究基因频率和相对应的表型在群体中的分布特征和变化规律,这就是群体遗传学的研究内容,也是人类遗传学、人类进化和后基因组学研究的中心任务。
第一节群体的遗传平衡
按照遗传学的分离率和自由组合率,当两个杂合个体婚配后,子代3/4表现显性性状,1/4表现为隐性性状,因此在群体中随着隐性性状的减少,显性性状将会增加,最终大多数为显性性状;然而实际上并非如此;在随机婚配的大群体中,没有受到外在因素影响的情况下,显性性状并没有随着隐性性状的减少而增加,不同基因型相互比例在一代代传递中保持稳定,这就是Hardy-Weinberg平衡律。
一、Hardy-Weinberg平衡律
Hardy-Weinberg平衡律是1908年由英国数学家GH Hardy和德国内科医生W Weinberg分别提出的,它是遗传学中最基本的原理之一,奠定了现代群体遗传学最重要的理论基础;即在一个大群体中,如果是随机婚配,没有突变,没有自然选择,没有大规模迁移所致的基因流,群体中的基因频率和基因型频率一代代保持不变。
假设在一个理想的群体中,某个基因座上的两个等位基因A和
a,其频率分别为p和q;因为一个基因座只有两个等位基因,因此p+q=1,这一群体中的每种基因型频率可以通过不同等位基因的组合得出(表8-1)。
表8-1 第一代的两个等位基因频率和基因型频率
精子
A(p) a(q)
卵 A(p) AA(p²) Aa(pq)
子 a(q) Aa(pq) aa(q²)
从表8-1可得到不同基因型频率,这是精子和卵子随机婚配的第一代基因型频率。如果这些个体相互婚配,可以得到第二代基因型频率并发现基因型的分布特点(表8-2、8-3)。
表8-2 第二代基因型频率
AA(p²)
Aa(2pq)
aa(q²)
AA( p²)
AA×AA(p4)
AA×Aa(2p³q)
AA×aa(p²q²)
Aa(2pq)
Aa×AA(2p³q)
Aa×Aa(4p²q²)
Aaxaa(2pq³)
aa(q²)
aaxAA(p²q²)
aaxAa(2pq³)
aaxaa(q4)
表8-3 各种婚配的后代基因型分布
婚配类型
频率
后代
AA
Aa
aa
AA×AA
AA×Aa
AA×aa
Aa×Aa
Aa×aa
aa×aa
p4
4p³q
2p²q²
4p²q²
4pq³
q4
p4
2p³q
p²q²
2p³q
2p²q²
2p²q²
2pq³
p²q²
2pq³
q 4
表中结果显示:AA后代= p4+2p³q+p²q²=p²(p²+2pq+q²)=p²(p+q)²=p²;Aa后代=2p³q+4p²q²+2pq³=2pq(p²+2pq+q²)=2pq(p+q)²=2pq;而Aa后代=p²q²+2pq³+ q4=q²(p²+2pq+q²)=q²(p+q)²=q²
从表8-2和表8-3可以看出在这一群体中第一代和第二代的基因型频率是一致的。实际上无论经过多少代,基因型频率将保持不变,每种基因型的个体数量随着群体大小而增减,但是相对频率不变,这就是Hardy-Weinberg平衡的推理。当证明每个基因型的相对比例保持不变,即p²、2pq和q²的比例,那么这个群体可以说是处于Hardy-Weinberg平衡。
二、Hardy-Weinberg平衡的应用
Hardy-Weinberg平衡最重要的医学应用是通过某一性状(疾病)频率在群体中的分布情况,确定等位基因频率和杂合子频率,然而首先必须判定该群体的基因型和等位基因频率是否处于Hardy-Weinberg平衡。
(一)Hardy-Weinberg平衡的判定
当鉴定了某一群体特定性状的基因型频率,就可以得知这个群体的该性状是否处于Hardy-Weinberg平衡。假设某一基因座的一对等位基因A和a,有三种基因型AA,Aa/aA和aa,在随机1000人的群体中,观察的基因型分布如下:AA为600人、Aa/aA为340人、aa为60人。
从这个数据可以得到A等位基因频率p是(2×600+340)/,而等位基因a的频率q是(2×60+340)/,这些数据是在该群体中的观察值,如果是Hardy-Weinberg平衡,预期值如表8-4。
表8-4 不同基因型频率