数量遗传分析.ppt
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1、第六章 数量性状遗传分析,本章重点和难点:了解数量性状的主要特征和多基因假说的要点掌握遗传率的概念及计算方法了解自交和回交的遗传效应了解杂种优势的遗传理论,质量性状彼此差异明显,呈现不连续变异,(1)质量性状(qualitative trait),质量性状在表面上都显示出质的差别,其后代比较容易符合遗传学定律,质量性状的区别可以用文字来描述,一、数量性状的概念及其基本特征,第一节 数量性状及其特征,(2)数量性状(quantitative trait):所有能够度量的性状统称为数量性状,数量性状是由多基因控制的,其表现容易受环境条件的影响,数量性状的差异要用数字表示,如身高、体重,等,数量性状
2、彼此间只有数量的差别,没有明显的质的界限,表现连续变异,数量性状的特征:,二、数量性状遗传的多基因假说,(一)多基因假说的实验根据,1909年Nilson-Ehle对小麦和燕麦的籽粒颜色进行研究发现,white hulls of wheat,Red hulls of wheat,A plex inheritance pattern could be explained by the segregation and assortment of multiple genes(published in 1909).,小麦籽粒颜色3对重叠基因决定时的遗传动态,这一结果表现的特点:,小麦和燕麦存在3对与
3、种皮颜色有关、独立分离的基因,及1对(3:1);2对(15:1);3对(63:1)红色的程度可以进一步划分为:深红、次深红、中红、白色等红色深浅的程度与所具有的决定红色的基因数目有关,而与基因的种类无关,(二)多基因假说的要点,1909年Nilson-Ehle提出多基因假说(multiple factor hyphothesis)对数量性状的遗传进行了解释:他认为,数量性状是由许多彼此独立的基因作用的结果,每个基因对性状表现的效果较微,但其遗传方式仍然服从孟德尔遗传规律,多基因假说的要点:,数量性状是许多对微效基因或多基因(polygene)共同作用的结果多基因的每一对基因对其表型所产生的效应
4、微小微效基因的效应是相等而且相加,故又可称多基因为累加基因微效基因之间往往缺乏显性多基因往往有多效性多基因和主效基因一样处在细胞核的染色体上,并且具有分离、重组、连锁等性质,玉米穗长(cm)的遗传,These children exhibit the range of skin,eye,and hair colors typical of poly-genic inheritance.,Trait Pattern of InheritanceABO blood groups Multiple alleles with co-dominanceEye color Polygenic with i
5、nplete dominanceFingerprints Polygenic,influenced by external factorsEar structure Many features polygenic,development related to gender,A bell-shaped curve typical of the continuously varying nature of a trait that is the result of poly-genic inheritance.,Comparison of Qualitative traits&Quantitati
6、ve traits,第二节 数量性状遗传分析的统计学基础,它表示一组资料的集中性,是某一性状全部观察数(表型值)的平均,通常应用的平均数是算术平均数。可用公式表示:,一、平均数,二、方差和标准差,方差是用以表示一组资料的分散程度;方差的开方即等于标准差,S2=(xi-x)2/n-1,(xi-x)2=(xi2-2xxi+x2)=xi2-2x xi+xnx=xi2-(xi)2/n,Covariance,Correlation and Regression,第三节 数量性状的遗传率,1.遗传率的概念,表型方差可以分为遗传方差和环境方差两部分,即:,VPVGVE,遗传率(heritability)或称
7、广义遗传力:指遗传方差在总方差中所占的比值,h2=VG/VP=VG/(VG+VE),影响长度的一对等位基因A和a在一个群体中的表现,a基因的平均效应,a=,2*0.36*10+1*0.48*18,2*0.36+1*0.48,=13.2cm,A基因的平均效应,A=,2*0.16*20+1*0.48*18,2*0.16+1*0.48,=18.8cm,A和a的平均差异:A-a=18.8-13.2=5.6cm,A和a杂合时,Aa=18,并不等于AA和aa的平均数,表明有显性效应的存在,VG=VA+VDSg2=Sa2+Sd2,X=fiXi=0.36*10+0.48*18+0.16*20=15.44cm,
8、总的遗传方差:Sg2=fi(Xi-X)2=0.36*(10-15.44)2+0.48(18-15.44)2+0.16*(20-15.44)2=17.13cm2,A和a等位基因的频率:fA=0.161/2=0.40;fa=0.361/2=0.60,等位基因的平均方差:S2=fa(a-x)2+fA(A-x)2=7.525 cm2,二倍体生物两个等位基因:Sa2=2*7.525=15.05cm2,加性遗传方差:Sd2=Sg2-Sa2=17.13-15.05=2.08cm2,例如:一对等位基因A、a,它们三个基因型的平均效应是:,AA(大值亲本)m+a,Aa(AA+aa)/2+d=m+d,aa(小值亲
9、本)m-a,2.广义遗传率的公式和运算,中亲值,F2平均值和遗传方差的计算,F2的遗传方差是,x2-(x)2/n,1/2a2+1/2d2-1/4d2=1/2a2+1/4d2,F2的遗传方差是:,x2-(x)2/n1/2a2+1/2d2-1/4d2=1/2a2+1/4d2,如果控制同一性状的基因有A-a;B-b;N-n等n对,这些基因不相互连锁,而且一对基因与另一对基因无相互作用,则F2的遗传方差成为:,1/2aa2+1/2ab2+1/2an2+1/4da2+1/4db2+1/4dn2,假设:,aa2+ab2+an2VA,da2+db2+dn2VD,VF21/2VA+1/4VD+VE,VE的计算
10、:,VE=1/2(VP1+VP2),或,VE=1/3(VP1+VP2VF1),玉米穗长的遗传,玉米穗长及方差,遗传率遗传方差/表型方差100,hB2=(VF2VE)/VF2100,=(1/2VA+1/4VD)/(1/2VA+1/4VD+VE)100,=(5.07-2.18)/5.0710057,玉米穗长及方差,遗传方差,4.遗传方差的组成,VPVGVEVAVDVIVE,固定的遗传变量,可在上下代间传递,非固定遗传变量,非固定遗传变量,5.广义遗传率和狭义遗传率,狭义遗传率:指基因加性方差占表型总方差的比值。因此狭义遗传率比广义遗传率小,h2N基因加性方差/总方差100 VA/Vp100 VA/
11、(VAVDVI)VE100,6.狭义遗传率的估算方法,(1)用AA亲本与F1个体Aa回交的子代群体B1,估算VB1遗传方差:,B1的平均值:x=1/2(a+d),VB11/2(a2+d2)-1/4(a+d)2=1/4(a-d)2,=1/4(a2-2ad+d2),(2)利用aa亲本与F1个体Aa回交的子代群体B2,估算VB2遗传方差:,B2的平均值:x=1/2(d-a),VB21/2(a2+d2)-1/4(d-a)2=1/4(a+d)2,=1/4(a2+2ad+d2),(3)将VB1和VB2的遗传方差加在一起,可得:,VB1+VB2=1/4(a-d)2+1/4(a+d)2,=1/2(a2+d2)
12、,假设控制同一性状的基因有n对,这些基因不相互连锁,而且一对基因与另一对基因无相互作用,再考虑环境对基因型的影响,则回交一代的表型方差之和为:,VB1+VB2=1/2VA+1/2VD+2VE,因此,(1)式-(2)式:,2VF2-(VB1+VB2),=21/2VA+1/4VD+VE-(1/2VA+1/2VD+2VE),=1/2VA,所以,狭义遗传率为:,h2n=2VF2-(VB1+VB2)/VF2100,=1/2VA/(1/2VA+1/4VD+VE),例题,计算小麦抽穗期的遗传率,相加的遗传方差的计算,显性方差的求法,平均显性程度d/a=(VD/VA)1/2,=42.42/229.061/2=
13、0.41,以上结果表明,抽穗期的显性作用比较明显,早穗性属不完全显性。,Identical or monozygotic twins.Since monozygotictwins develop from a single zygote,they are genetically identical.Thus,all differences betweenthem are effects of environmental differences.,Identical twins Jerry Levey and Jim Tedesco were separated as infants and l
14、ong felt something was missing in their lives.Reunited in middle age,they discovered not only a close physical resemblance,but identical vocations(职业)-firefighting-and avocations(业余爱好)flirting,telling jokes,and drinking beer.,Reunited Twins:Something Was Missing.,The 39-year-old twins at their reuni
15、on in 1979.,Identical twins who wereseparated when they wereabout one month old andbrought up in differentfamilies.,Jim Lewis at age 3(left).Jim Springer at age 2(right).,Identical(MZ)Fraternal(DZ)Twins(%)Twins(%)Hair Color 89 22Eye Color 99.6 28Blood Pressure 63 36Handedness(Left or Right)79 77Meas
16、les(麻疹)95 87Clubfoot(畸脚)23 2Tuberculosis(肺痨)53 22Mammary Cancer 6 3Mental retardation 97 37,Concordance of Traits Between,人类一些性状的遗传力,一些常见畸形和疾病的遗传率,广义遗传率,h2B遗传方差/总方差100 VG/(VG+VE)100VF21/2VA+1/4VD+VEVE=1/2(VP1+VP2)OR VE=1/3(VP1+VP2VF1)h2B=(VF2VE)/VF2 100=(1/2VA+1/4VD)/(1/2VA+1/4VD+VE)100,狭义遗传率,h2N基因加
17、性方差/总方差100 VA/Vp100 VA/(VAVDVI)VE100(1)2VF221/2VA+1/4VD+VE(2)VB1+VB2=1/2VA+1/2VD+2VE2VF2-(VB1+VB2)=21/2VA+1/4VD+VE-(1/2VA+1/2VD+2VE)=1/2VAh2N=2VF2-(VB1+VB2)/VF2100=1/2VA/(1/2VA+1/4VD+VE),第四节 近亲繁殖和杂种优势,近交衰退、杂交兴旺,生活是一本最好的教科书。在漫长的生活中人们认识到,夫妻间血缘关系的远近,对子女的身心健康有重要影响。摩尔根在古代社会一书中写到:没有血缘关系的氏族间通婚,能创造体质更健壮和智力更
18、聪明的人种左传说:男女同姓,其生不蕃。指同姓人婚配,后代是不繁盛的。礼记说:取于异姓,所以附远厚别也。意思是为了后代,男女通婚还是取异姓而远离本族为好。,近亲后代,其生不蕃,我国婚姻法规定,三代内不能结婚。国外许多国家如美国也有此法律。近亲指五代以内的直系血亲和旁系血亲。直系血亲:指的是和自己有直接血缘关系的成员,包括自己的长辈(父母、祖父母、外祖父母以及更高的长辈)和自己的晚辈(子女、孙子女、外孙子女等)旁系血亲:指的是直系血亲以外的和自己具有共同祖辈的成员,如兄弟姐妹(共父母),堂(表)兄妹(共祖父母)等人类三代以内近亲关系从远到近分四个等级:一等近亲(父女、母子)二等近亲(祖孙、同胞兄妹
19、)三等近亲(叔侄女,舅外孙女)四等近亲(堂兄妹、表兄妹)我国婚姻法规定三代以内的近亲不能结婚,指以上四个等级近亲,近亲结婚的危害,群体中纯合体比例上升,从而导致隐性遗传病的发病率增加近亲群体具有共同祖先,这些成员间具有较多的共同基因,包括有害的隐性基因等。表型正常,但带有相同的隐性有害基因的近亲个体结婚时,后代容易产生隐性有害基因的纯合体而患病。血缘关系近的个体婚配后代易患隐性遗传病,而目前种类繁多的遗传病,又多为隐性遗传病一旦发生近亲结婚现象,理所当然受到社会舆论的谴责,把他看作是一种道德败坏的“乱伦”行为。,近亲结婚,达氏之过,达尔文在婚姻问题上犯了科学的错误,与其表姐结婚婚后,育有6男4
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