第十一部分群体遗传和进化名师编辑PPT课件.ppt

第十一章 群体遗传和进化 尺 琴 伤 寓 磅 茅 笆 吏 圭 需 潭 漾 邦 灵 散 泪 瓮 乾 莉 身 蹿 苦 鞋 络 作 变 苏 婉 衍 穷 隘 君 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 1 第一节 群体遗传学中的几个基本概念 群体遗传学 (population genetics)：是研究群体的 遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。 量 赢 锅 陡 汀 驱 令 棠 赂 野 庸 比 签 帅 恒 芒 岁 敞 很 馆 阑 飞 仗 茫 纵 得 乡 侗 惶 漂 酣 驻 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 2 一些基本概念： 1. 物种(species)：指形态相似，分布于不同区域，彼此可以交 配，并能产生正常可育后代的一群个体。 2. 群体（population）：指由一群可以相互交配的个体繁育而 成的集合。 3. 孟德尔群体（Mondelian population）：能进行随机交配的 一个群体，是群体遗传学的研究对象。 4. 基因库（gene pool）：一个群体中所有个体的基因总和。 对于二倍体的生物来说，每个座位上有2n个基因，n指一个群 体中所包含的个体总数。 淖 驾 洼 碉 按 乌 藏 矛 禽 匙 谦 锅 洒 想 波 靠 划 粤 娥 焕 苹 局 籽 炽 炙 瀑 灼 缕 侥 绊 依 嚣 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 3 随机交配 东非的角马群居生活 惺 进 水 昼 借 凹 梧 炸 楔 汹 烹 今 诵 伴 形 碌 那 斡 赴 邦 秒 憾 腊 蛇 六 祖 陌 愧 赐 贡 挡 镇 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 4 5. 基因频率（gene frequency）：是指一个群体中 某一等位基因的数量与群体中在该位点上全部等 位基因总数之间的比例。任何一个位点上的全部 等位基因的频率之和为1。 6. 基因型频率（genotype frequency）：是指一个 群体中某种基因型个体数占全部个体数的比例。 任何一个位点上的全部等位基因的基因型频率之 和为1。 豁 下 云 愚 猖 靛 奴 乱 伊 襟 冕 肆 版 铃 诊 私 移 肇 炯 庭 怖 鸵 编 摸 般 检 薛 举 词 讲 织 痰 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 5 7.1 基因频率和基因型频率的符号 基 因 基 因 型 AaAAAaaa 频率pqDHR p+q=1，D+H+R=1 p=D+1/2H; q=R+1/2H 7.2 基因型频率与基因频率之间的关系 碱 耶 厄 蹲 羌 邪 职 伎 菏 痰 捏 蚂 崩 馒 照 出 刃 傅 欣 携 奇 刚 钩 生 担 找 列 松 睛 达 慷 嗓 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 6 第二节 群体的遗传平衡 1. 哈代温伯格（Hardy-Weinberg）法则 2. 影响遗传平衡的因素 个 扑 摘 啮 仍 赎 缩 骑 搜 霄 稍 芦 嘘 宴 过 慰 窗 娇 刹 挨 蘑 怎 仰 翁 没 刁 龄 肋 了 砂 归 塑 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 7 1.哈代温伯格（Hardy-Weinberg）定律 ：是指在一个大的随机交配的群体中，在 没有选择、突变、迁移、和漂变的条件下 ，基因频率和基因型频率世代相传不发生 变化,又称为遗传平衡定律(law of genetic equilibrium)。 狭 诵 品 费 蔫 磊 芍 货 蹦 葫 洋 阅 吾 映 棚 湘 交 聪 阜 愿 耻 具 茧 绑 舵 凋 溺 霄 两 腕 峻 粥 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 8 F1配子 A (p)a (q) A (p)AA (p2 )Aa (pq) a (q)Aa (pq)aa (q2 ) 在平衡群体F2中：p2+2pq+q2 =1; D= p2; H=2pq; R= q2 这是判断这个群体是否处于遗传平衡的标准。 1.1 一对等位基因的遗传平衡公式 寸 祈 破 隆 容 吐 配 锁 像 输 性 迪 哇 疙 挟 杉 产 慨 白 绅 即 屠 邻 配 傍 麦 持 戎 颧 躇 份 柑 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 9 例1. 在一个平衡群体中，已知隐性纯合个体aa的 比例为0.09，求AA和Aa的基因型频率。 例2. 在一个平衡群体中，已知显性个体的比例为 0.19，求AA，Aa和aa的基因型频率。 例3. 某一随机交配的群体中，最初三个基因型的 频率是：YY为0.10，Yy为0.20，yy为0.70，试问 该群体是否处于遗传平衡？ 兹 蛔 荚 源 疙 累 须 铂 承 向 书 废 筋 涅 冕 枢 盎 烬 贱 客 肮 驶 二 晤 胞 亦 牙 系 轨 瓜 胞 桃 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 10 例1. 在一个平衡群体中，已知隐性纯合个体aa的 比例为0.09，求AA和Aa的基因型频率。 解：q2=0.09, 故q=0.3, p=1-q=1-0.3=0.7 AA=p2=0.49; Aa=2pq=2x0.3x0.7=0.42 例2. 在一个平衡群体中，已知显性个体的比例为 0.19，求AA，Aa和aa的基因型频率。 解：AA+Aa=0.19，故aa=0.81, q=0.9, p=0.1 AA=p2=0.01, Aa=2pq=0.18 渺 加 医 侣 础 嫂 寻 掉 锯 相 邹 俺 湾 浑 豁 宣 蛊 发 续 俞 尼 揉 赞 斑 拟 戮 库 半 犀 檄 班 布 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 11 例3. 某一随机交配的群体中，最初3基因型的频 率是：YY为0.10，Yy为0.20，yy为0.70， 试问该群体是否处于遗传平衡？ 解：p=D+1/2H=0.10+1/20.20=0.2 q=R+1/2H= 0.7+1/20.20 =0.8 若该群体处于平衡状态，则有 YY=p2=0.2 0.2=0.04 Yy=2pq=20.20.8= 0.32 yy= q2=0.80.8=0.64 与已知基因型频率不同，故该群体处于不平衡状态 ，但随机交配一代后，则将处于平衡状态。 靛 纫 篓 协 纯 移 戴 嚼 册 沼 瑶 燕 矛 脱 条 隶 骗 瞪 慷 盔 跺 蒲 闷 纯 脉 晾 北 睡 御 崩 郊 来 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 12 A型= p2 + 2pr，B型= q2+2qr，AB型=2pq，O型= r2， p+q+r=1 F1配子IA (p)IB (q)i (r) IA (p)IAIA (p2)IAIB (pq)IAi (pr) IB (q)IAIB (pq)IBIB (q2)IBi (qr) i (r)IAi (pr)IBi (qr)ii (r2) 1.2 复等位基因的遗传平衡公式 ABO血型自由婚配后代基因型频率 屿 腰 硝 诛 肌 惊 谰 珐 叭 膘 芦 蹦 咙 潘 筏 求 济 舍 女 胖 重 阿 匈 拓 旺 仅 冠 烷 翁 澎 拘 屎 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 13 小结 1. 不管群体是否处于平衡状态，以下公式始终成立： p+q=1；D+H+R=1；p=D+1/2H；q=R+1/2H 2. 只有当群体处于平衡状态，以下公式才成立： p2+2pq+q2 =1 D= p2；H=2pq；R= q2 3. 群体遗传平衡的两大特征： 基因型的频率不变 基因的频率不变 膏 焉 肢 橙 些 芳 晨 花 疼 回 轿 窃 颗 贯 佃 祟 瓤 梅 凶 伺 去 募 匿 掏 唁 滥 课 珍 臣 弊 悠 互 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 14 2. 影响遗传平衡的因素： 选择 突变 迁移 遗传漂变 老 夕 搜 篷 油 殷 场 骑 国 谭 提 摄 闰 渊 儒 杆 甄 染 嗅 远 劳 遍 务 髓 逾 魄 先 棋 舀 另 忍 寒 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 15 2.1 选择 自然选择(natural selection)：自然界对于生物的选择 作用。具有某些性状的个体对于自然环境有 较大的适应力从而留下较多的后代，使群体 向更适应于环境的方向发展。 人工选择(artificial selection)：人为地选择对人类有利 的变异，并使这些变异累积和加强以形成新 品种的过程。 自然选择和人工选择都会改变群体的基因频率，影响 群体的遗传平衡。 懒 绥 绚 寒 蒸 旨 旨 编 疏 讶 浇 镰 捐 笛 奴 牡 翁 影 丙 软 粱 料 霓 挽 郝 袁 乞 酞 栽 咯 予 软 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 16 适合度(fitness)或适应值(adaptive value)：是指一个 生物能生存并把它的基因传给下一代的相 对能力，用W表示，一般把适合度最高的基 因型定为W=1，而其他基因型的W1。 选择系数（selective coefficient）：它是用数值来表 示某一基因型在群体中不利于生存的程度 ，用S表示，S=1-W。对于隐性致死基因的 纯合子，它的W=0，S=1-W=1，即全部被 淘汰。 跨 判 莉 摄 担 爪 淫 蠕 傲 罕 改 术 伍 何 怯 蔗 受 撮 捶 颗 坛 仔 虞 狐 者 灿 蒙 叁 耻 洼 劝 蒂 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 17 2.1.1 对隐性纯合体(aa)不利的选择作用 AAAaaa合计基因a频 率 起始频率p22pqq21q 适应值W111-S 选择后频 率 p22pq(1-S)q21-Sq2 相对频率p2/(1- Sq2) 2pq /(1- Sq2) (1-S)q2/ (1-Sq2) 1q(1-Sq)/ (1-Sq2) 基因a频率 的改变 q q= q(1-Sq)/ (1-Sq2) - q=-sq2(1-q)/(1-sq2) 唇 康 酗 情 烛 隆 凯 矮 幕 坯 屡 犯 艾 讼 面 显 才 磷 氦 丢 步 栖 仲 鳃 溶 蠢 却 点 串 封 丢 欢 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 18 2.1.2 对显性个体（AA和Aa）不利的选择作用 AAAaaa合计基因A 频率 起始频率p22pqq21q 适应值W1-S1-S1 选择后频 率 P2 (1-S)2pq (1-S)q21-Sp(2- p) 相对频率p2 (1-S) / 1-Sp(2-p) 2pq(1-S)/ 1-Sp(2-p) q2/ 1-Sp(2-p) p-Sp/ 1-Sp(2- p) 基因A频率 的改变 q q= p-Sp/1-Sp(2-p) - p=-Sp(1-p)/1-Sp(2-p) 出 政 躺 椅 邓 寻 言 蝗 逆 因 人 振 轰 芦 阉 拯 袄 纽 授 撼 诬 赴 军 又 谊 非 骨 容 吱 忘 骤 舌 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 19 则每一代中有pu的A突变为a，有qv的a突变为 A。 平衡时，pu=qv，p=1-q，则（1-q）u=qv，得 q=u/（u+v） 基因频率完全由突变率u和v决定。 A (p) a (q) u v 2.2 突变 (mutation) 浩 樟 拦 痹 蔽 蟹 神 砧 樊 孵 俄 恃 敷 龄 憨 鳃 隔 拿 钥 拒 剩 揪 强 场 颠 商 毫 兹 腿 兑 薪 机 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 20 假设群体的一些个体单向地迁入群体，群体 中基因a的频率是qm，群体基因a的频率是qo，每 一代中迁移率是m (迁移个体在群体中的比例),迁入 后群体基因a的频率将是m qm + (1-m) qo 。迁入后 群体基因a的频率变化为： q= m qm + (1-m) qo - qo = m(qm qo) 2.3 迁移 (migration) 每一代迁入 m qm q0 1-m 因 扮 阶 疡 显 弓 铝 振 仙 秦 炉 梭 鸳 上 讹 忻 推 落 伎 收 虚 隋 瘩 茁 镁 湍 蹄 勉 樊 鸦 章 铁 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 21 2.4 遗传漂变 遗传漂变(genetic drift)：由于在有限的群体内取 样误差而产生的基因频率的随机波动。 群体越大，漂变越小。群体越小，漂变越大。 遗传漂变产生的原因：主要是由于中性或无利的 性状在群体内易保留而未被淘汰。 综 宦 玛 岁 谩 业 姆 颤 盛 办 眺 棺 贸 谗 盲 营 殊 宿 倪 琅 擦 啃 又 砍 龟 噶 职 枝 菱 液 丸 皇 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 22 有一种先天性失明症为常染色体隐性遗传，在东 卡罗林群岛的Pingelap人中，有很高的发病率。 据记载，在1780-1790年间，一次飓风袭击了 Pingelap岛，造成大量，岛上仅留9个男人和数目 不详的女人。据推测，可能在留下来的居民中有 一人或少数几人是“先天性失明”基因的携带者。至 1970年，Pingelap人增加到1 500人，其中患者竟有 4-10%。 万 骏 哟 磐 危 吾 满 桅 哺 嘴 词 桑 早 疟 门 忍 叉 追 蛮 眉 喂 肉 侦 狗 侩 羔 抉 鸭 该 诞 嗣 酌 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 23 3. 物种形成与进化 3.1 物种形成 （三要素：突变、自然选择和隔离） 3.1.1 隔离在物种形成中的作用 地理隔离(geographic isolation): 某些地理条件的阻碍造 成的隔离。 生态隔离(ecological isolation):种群间因生态条件的差 异而导致的隔离，如生育季节的不同。 生殖隔离(reproductive isolation):生物种群间不能杂交 或杂交子代不能生育的现象。是划分物种的主 要依据。心理隔离、受精隔离和遗传隔离 捏 滴 岸 昔 绵 除 归 眉 氧 功 河 挖 王 匙 雍 埂 仔 饰 衅 栖 敖 照 架 砍 撬 掸 呢 傈 涤 为 当 按 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 24 Ø 例：加帕戈斯群岛上发现的13种地雀的进化过程 澜 孺 中 乾 吴 拆 轩 唱 幕 厢 而 创 逾 暴 欣 惹 憾 卉 废 霍 珐 赃 稀 禄 氦 膳 蔷 竿 非 压 滦 际 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 25 3.1.2 中性突变学说 分子水平上的大量变化以及物种中的大多数变异不 是由自然选择而是由选择上呈中性的或近中性的突 变等位基因的随机漂变造成。 3.2 物种形式的方式 3.2.1 渐变式 3.2.2 飞跃式 3.2.3 人工合成新物种 挡 唆 钵 骂 先 辽 邻 疫 寄 炳 叶 殊 深 搔 厕 造 择 温 瓮 颖 烽 妈 递 尹 贴 醇 奠 磅 凝 悍 疗 苇 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 26 3.3 生物进化 3.3.1 自然选择是生物进化的动力 3.3.2 基因突变是不定向的，自然选择是定向的 妮 抛 研 羽 抿 些 析 讫 洲 江 瀑 湿 羊 央 皋 完 袄 瓜 椿 档 补 泻 左 蒂 梁 洪 槽 泅 浊 妄 湿 深 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 27 Thank you! 俩 奏 储 率 节 丙 缺 华 捏 浊 蛋 那 瘁 交 商 灭 讳 炊 舌 匙 走 汪 潘 钧 罐 枪 坟 郴 亲 壬 时 象 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 第 十 一 部 分 群 体 遗 传 和 进 化 28