遗传学-群体遗传思维导图

这是一个关于遗传学-群体遗传思维导图，包含群体、群体的遗传平衡、影响遗传平衡的因素、遗传负荷等。

群体遗传

• 群体
  • 又称种群是属于一个物种生活在同一地区并且能够相互杂交的个体群
  • 群体是物种的基本结构单位
  • 群体中进行有性生殖的所有个体所拥有的基因型构成基因库→基因库即一个群体中所包含的全部遗传信息，含有特定位点的全部等位基因
  • 群体遗传学研究群体的遗传变异分布，特别是等位基因频率和基因型频率在人群中的维持变化及其规律
    • 群体遗传变异的产生变化和维持不仅与遗传因素有关，而且体现了环境，社会因素与遗传因素的相互作用
  • 遗传流行病学:群体遗传学应用于医学是要探讨遗传病或复杂性状在人群中的遗传方式，致病基因频率及其变化的规律，开发相应的遗传统计方法
• 群体的遗传平衡
  • Hardy–Weinberg平衡定律
    • 等位基因频率:按照孟德尔遗传规律，某一性状由一对等位基因决定，可分别标识为A和a，等位基因在人群中的分布频率，称为等位基因频率
    • 基因型在人群中分布的频率称为基因型频率
    • 由于基因型无法直接进行观察，过去多用表型频率来推测基因型频率。但需满足两个条件1单基因遗传；2不同的基因型与表型一一对应
    • 该平衡定律是群体遗传学的核心，它解释了等位基因频率与基因型频率的关系，并在一定条件下，群体的等位基因频率和基因型频率在向子代传递的过程中保持不变
    • 平衡定律的内涵:一对等位基因A和a，其等位基因频率分别为p和q，p+g=1，则群体的基因型频率为(p+q)的二项式展开：(p+g) 2=p2+2pq+q2=1。其中p2、2pq和q2分别为基因型AA、Aa和aa的频率
    • 平衡成立的条件:1群体无限大；2群体内的个体随机交配；3没有自然或人工选择；4没有突变；5群体内没有大规模的个体迁移
    • 平衡的意义:1群体的等位基因频率和基因型频率保持基本不变，是维持群体表型相对稳定的遗传学基础 2突变，选择，迁移等对群体的遗传平衡产生影响，对生物的进化，多样性，遗传病的产生和在人群中的变化都有重要的意义
  • 定律的应用
    • 遗传平衡群体的判定
      • 针对一个群体的某一特定位点，可以从基因型频率来判断该群体是否在该位点达到遗传平衡
      • 从理论上来说，人类基因组任何位点都应该符合Hardy-Weinberg平衡，但有些位点存在强烈的自然选择，或小群体对大群体的等位基因频率有影响，使得某些个别位点存在不符合该频率的现象
    • 基因频率的计算
      • 对于单基因病，当已知一个性状在某群体中的频率根据该平衡的等位基因频率和基因型频率的关系，即可确定等位基因频率和杂合子频率
      • 再生出患儿的风险=(肯定携带者的风险)×(新配偶为携带者的风险)×1/4
      • 对于罕见的隐性遗传病，p近似于1，故杂合子频率(2pq)约为2q，即杂合子频率是病等位基因频率(q)的2倍；因此，群体中致病基因携带者的人数(2q)远高于患者(q2)。随着隐性贾传病发病率(q2)的下降，携带者和患者的比率明显升高，这对于制定隐性遗传病的筛查计划具有重要意义
• 影响遗传平衡的因素
  • 非随机婚配
    • 在四代之内有共同的祖先者均属近亲，如果他们之间进行婚配，就成为近亲婚配
      • 亲属关系的远近可用亲缘系数表示，它是指有亲缘关系的两个个体携带相同基因的概率
      • 有亲缘关系的配偶从他们共同的祖先遗传得到同一等位基因，又将该等位基因同时传递给他们子女而使之成为纯合子的概率称为近婚系数
    • 常染色体基因的近婚系数
      • 常染色体基因一级亲属的近婚系数为1/4，二级亲属的近婚系数为1/8，三级亲属的近婚系数为1/16
    • X连锁基因的近婚系数
      • 对于x连锁基因，男性传给女儿的概率为1，传给儿子的概率为0
      • 近亲婚配
        • 对于x连锁基因姨表兄妹婚配的近婚系数F为(1/2)3+2×(1/2)5=3/16
        • 对于x连锁基因，舅表兄妹婚配的近婚系数为1/8
        • 堂兄妹婚配不能形成纯合子X1X1，X2X2，X3X3，其近婚系数为0
        • 仅就x连锁基因来看，姨表兄妹婚配或舅表兄妹婚配比姑表兄妹或堂表兄妹危害大
    • 近亲婚配的危害
      • 近亲婚配的危害主要表现在增加隐性纯合子的频率
      • 隐性遗传病越罕见，患儿来自表亲婚配的概率越大
  • 突变和选择
    • 突变是群体发生变异的根源
      • 突变本身改变了基因频率
      • 突变又为选择提供了材料
      • 突变和选择的交互作用构成了生物进化的遗传学基础
    • 选择主要是通过增加和减少个体的适合度来影响基因平衡
      • 自然选择和人工选择都是导致基因频率变化的重要因素
    • 适合度是指一个个体能够生存，并把它的基因传递给下一代的能力，用相对生育率来表示
    • 选择系数指在选择作用下适合度降低的程度，S反映了某一基因型在群体中不利于存在的程度，因此s=1-f
  • 遗传漂变
    • 小群体或隔离人群中基因频率的随机波动称为遗传漂变
      • 遗传漂变的速率取决于群体的大小
      • 不同于选择，遗传漂变的方向无法确定，但其范围却可以估测
    • 遗传漂变对小群体的影响尤其显著
      • 一个群体由最初的少数几人逐渐发展起来，则最初的人群对后代存在着显著的影响，称为建立者效应
  • 迁移和基因流
    • 迁移又称移居及不同人群的流动和通婚，彼此渗入外来基因，导致基因流动可改变原来群体的基因频率，这种影响称为迁移压力
    • 迁移压力的增强可使某些基因从一个群体有效地散布到另一个群体，称为基因流
• 遗传负荷
  • 遗传负荷是由群体中导致适合度下降的所有有害基因的构成主要包括突变负荷和分离负荷
    • 遗传负荷受近亲婚配和环境因素的影响，一个群体中遗传负荷的大小，一般以每个人携带有害基因的平均数量进行表示
  • 突变负荷
    • 突变负荷是遗传负荷的主要部分
      • 它的大小取决于突变率和突变基因的选择系数
      • 如果是x连锁隐性基因突变在男性中与常染色体显性基因突变相似，在女性中则与常染色体隐性基因突变相同，都将在一定程度上增加群体的遗传负荷
  • 分离负荷
    • 是指由于杂合子(Aa)与杂合子(Aa)之间的婚配后代中有1/4为纯合子，其适合度降低，因而导致群体遗传负荷增加。纯合子的选择系数越大，适合度降低越明显，则一群体遗传负荷的增加越显著
  • 影响遗传负荷的因素
    • 近亲婚配对遗传负荷的影响
    • 环境对遗传负荷的影响
      • 电离辐射
        • 电离辐射可以直接破坏DNA的分子结构，甚至引起染色体结构改变
      • 化学诱变剂
        • 许多化学品是诱变剂，致癌剂和致畸剂
• 连锁不平衡及其应用
  • 在人类基因组中存在着大量的序列变异，其中在群体中能够以孟德尔遗传的方式传递到子代的变异称为DNA多态
    • 这些变异以单核苷酸多态性最为常见，另有微卫星DNA序列多态性，重复序列多态性等
  • 连锁不平衡是指不同位点上各物等位基因在群体中的非随机组合，即不同基因座上的各等位基因一起遗传到子带代的频率明显高于其随机传递的频率
  • 彼此之间存在连锁不平衡的多态性位点构成单倍形模块，不同种族或民族的单体型模块结构不同
  • 全基因组关联分析即是利用高通量的基因分型手段获得覆盖基因组的snp基因型，从而进行基因型-表型的关联分析