第三篇遗传的家系和群体分析 第二章群体遗传分析相关的实验 群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。应 用数学和统计学方法研究群体中基因频率和基因型频率以及影响这些频率的 选择效应和突变作用,研究迁移和遗传漂变等与遗传结构的关系,由此探讨进 化的机制。从这个意义上说,群体遗传学是一门定量地研究生物进化机制的遗 传学科。 由于群体遗传学的理论有它的条件所规定的范围,因而它需要在实验中加 以验证,这样便产生了实验群体遗传学。在实验室的条件下,对某些已知遗传 结构的群体进行选择、杂交、随机漂变、基因型与环境互作等试验,以观察群 体适合度和基因频率的变化。同时由于遗传病的发生具有家族性,所以确定患 者家庭成员的基因型,并对患者的父母、近亲和远亲作再发风险率的估算是医 学服务的重要目的。为了正确地做出关于疾病的临床诊断和准确地估算出再发 风险率,必须考虑特定基因型在不同群体可能存在的差异。因为同一种遗传病 在不同群体的致病基因分布上的差异、生殖适合度对群体中基因分布的影响在 临床诊断和遗传咨询中都具有很大的价值。 另一方面,由于遗传性疾病目前多无有效的治疗措施,因此预防遗传病, 降低遗传病在人群中的比例,即降低遗传病的群体负荷,是改进人类的遗传素
第三篇 遗传的家系和群体分析 第二章 群体遗传分析相关的实验 群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科 。应 用数学和统计学方法研究群体中基因频率和基因型频率以及影响这些频率的 选择效应和突变作用，研究迁移和遗传漂变等与遗传结构的关系，由此探讨进 化的机制。从这个意义上说，群体遗传学是一门定量地研究生物进化机制的遗 传学科。 由于群体遗传学的理论有它的条件所规定的范围，因而它需要在实验中加 以验证，这样便产生了实验群体遗传学。在实验室的条件下，对某些已知遗传 结构的群体进行选择、杂交、随机漂变、基因型与环境互作等试验，以观察群 体适合度和基因频率的变化。同时由于遗传病的发生具有家族性，所以确定患 者家庭成员的基因型，并对患者的父母、近亲和远亲作再发风险率的估算是医 学服务的重要目的。为了正确地做出关于疾病的临床诊断和准确地估算出再发 风险率，必须考虑特定基因型在不同群体可能存在的差异。因为同一种遗传病 在不同群体的致病基因分布上的差异、生殖适合度对群体中基因分布的影响在 临床诊断和遗传咨询中都具有很大的价值。 另一方面，由于遗传性疾病目前多无有效的治疗措施，因此预防遗传病， 降低遗传病在人群中的比例，即降低遗传病的群体负荷，是改进人类的遗传素
质的关键。遗传负荷是评价一个群体易患某些疾病的指标之一,代表了遗传病 在群体中的严重程度,通常用发生率来表示。发生率越高,群体中的遗传有害 性越高,人类需要的对应措施越多。以直接法或间接法可测算每一世代每一基 因位点的突变率,估算有害基因在群体中的频率,评价遗传病的群体负荷,从 而采取有效的干预措施,对提高群体的遗传素质具有相当大的意义。 第一节群体平衡定律的应用 、血型测定 人类红细胞膜膜上有多种抗原蛋白,根据抗原不同可将人类的血液分为不 同的血型系统。 ABO血型系统:人类红细胞膜上存在着A和B两种抗原(即凝集原A和 凝集原B),同时,血清中有抗A和抗B两种抗体(即凝集素α和凝集素β)。 凝集素α可使含有凝集原A的红细胞凝集,凝集素β可使含有凝集原B的红 细胞凝集。在一个人的血清中,只能含有不会使自己红细胞凝集的抗体。若 个人的红细胞被抗A血清为A血型,被抗B血清凝集的为B血型,被两种血 清都凝集者为AB型,都不凝集者为O型。ABO血型抗原蛋白由复等位基因 控制合成。I^基因产生A抗原,B基因产生B抗原,I基因不产生抗原。IA基 因和IB基因对i是共显性。故IA、IB、i三个复等位基因可产生6种基因型、4 种表现型。如表1。 MN血型系统:人类的MN血型系统由一对等位基因MN控制,为共显性 遗传,产生三种血型。MM基因型的个体是M血型,红细胞膜上有M抗原, 血清中有抗N抗体;NN基因型的个体是N血型,红细胞膜上有N抗原,血 清中有抗M抗体;MN基因型的个体是MN血型,红细胞膜上有M抗原和N 抗原,血清中无抗M及抗N抗体。 (一)ABO血型测定
质的关键。遗传负荷是评价一个群体易患某些疾病的指标之一，代表了遗传病 在群体中的严重程度，通常用发生率来表示。发生率越高，群体中的遗传有害 性越高，人类需要的对应措施越多。以直接法或间接法可测算每一世代每一基 因位点的突变率，估算有害基因在群体中的频率，评价遗传病的群体负荷，从 而采取有效的干预措施，对提高群体的遗传素质具有相当大的意义。 第一节 群体平衡定律的应用 一、血型测定 人类红细胞膜膜上有多种抗原蛋白，根据抗原不同可将人类的血液分为不 同的血型系统。 ABO 血型系统：人类红细胞膜上存在着 A 和 B 两种抗原（即凝集原 A 和 凝集原 B），同时，血清中有抗 A 和抗 B 两种抗体（即凝集素 α 和凝集素 β）。 凝集素 α 可使含有凝集原 A 的红细胞凝集，凝集素 β 可使含有凝集原 B 的红 细胞凝集。在一个人的血清中，只能含有不会使自己红细胞凝集的抗体。若一 个人的红细胞被抗 A 血清为 A 血型，被抗 B 血清凝集的为 B 血型，被两种血 清都凝集者为 AB 型，都不凝集者为 O 型。ABO 血型抗原蛋白由复等位基因 控制合成。I A 基因产生 A 抗原，I B基因产生 B 抗原, I 基因不产生抗原。I A 基 因和 I B 基因对 i 是共显性。故 I A、I B、i 三个复等位基因可产生 6 种基因型、4 种表现型。如表 1。 MN 血型系统：人类的 MN 血型系统由一对等位基因 MN 控制，为共显性 遗传，产生三种血型。MM 基因型的个体是 M 血型，红细胞膜上有 M 抗原， 血清中有抗 N 抗体；NN 基因型的个体是 N 血型，红细胞膜上有 N 抗原，血 清中有抗 M 抗体；MN 基因型的个体是 MN 血型，红细胞膜上有 M 抗原和 N 抗原，血清中无抗 M 及抗 N 抗体。 （一）ABO 血型测定
1.采血用70%的酒精消毒无名指末端,用无毒采血器刺破无名指皮肤, 用吸管吸取血液一滴加入盛有0.9%生理盐水的小试管中,轻轻摇匀成红细胞 悬液。 2.取血清取一洁净的双凹玻片,在其两端分别用记号笔标记抗A和抗 B字样,取抗A和抗B血清各一滴,滴于相应凹面内 3.加血样分别向抗A和抗B的凹面内加入红细胞悬液一滴(注意吸管 末端不得触及标准血清) 4.观察分别用两根牙签迅速搅匀每一凹面内的液体,室温静置5-15分, 观察红细胞有无凝集现象(混匀的血滴如逐渐变透明并出现红色颗粒,表明红 细胞已凝集。有时红细胞因比重关系下沉团聚,但摇动玻片后仍呈混浊状,则 不算凝集,如分辨困难可在显微镜下观察确定)。 5.判断标准 红细胞与抗A血清发生凝集为A血型; 红细胞与抗B血清发生凝集则为B血型; 红细胞与抗A血清与抗B血清中都发生凝集则为AB血型 红细胞与抗A血清与抗B血清中都不发生凝集则为O血型。 (二)MN血型测定 测定步骤同ABO血型的测定步骤,用抗M血清和抗N血清取代抗A血 清和抗B血清。判断标准为 红细胞与抗M血清发生凝集为M血型; 红细胞与抗N血清发生凝集为N血型; 红细胞与抗M血清和抗N血清都发生凝集则为MN血型。 表3-2-1ABO血型、MN血型遗传特征 表型 基因型 红细胞膜上的抗原 血清中的天然抗体 IA IAIA (β)抗B ABBoM IB BIBI (a)抗A IA IB A、B (β)抗B、(α)抗A N 抗
1. 采血 用 70%的酒精消毒无名指末端，用无毒采血器刺破无名指皮肤， 用吸管吸取血液一滴加入盛有 0.9%生理盐水的小试管中，轻轻摇匀成红细胞 悬液。 2. 取血清 取一洁净的双凹玻片，在其两端分别用记号笔标记抗 A 和抗 B 字样，取抗 A 和抗 B 血清各一滴，滴于相应凹面内。 3. 加血样 分别向抗 A 和抗 B 的凹面内加入红细胞悬液一滴（注意吸管 末端不得触及标准血清）。 4. 观察 分别用两根牙签迅速搅匀每一凹面内的液体，室温静置 5-15 分， 观察红细胞有无凝集现象（混匀的血滴如逐渐变透明并出现红色颗粒，表明红 细胞已凝集。有时红细胞因比重关系下沉团聚，但摇动玻片后仍呈混浊状，则 不算凝集，如分辨困难可在显微镜下观察确定）。 5. 判断标准： 红细胞与抗 A 血清发生凝集为 A 血型； 红细胞与抗 B 血清发生凝集则为 B 血型； 红细胞与抗 A 血清与抗 B 血清中都发生凝集则为 AB 血型； 红细胞与抗 A 血清与抗 B 血清中都不发生凝集则为 O 血型。 （二）MN 血型测定 测定步骤同 ABO 血型的测定步骤，用抗 M 血清和抗 N 血清取代抗 A 血 清和抗 B 血清。判断标准为： 红细胞与抗 M 血清发生凝集为 M 血型； 红细胞与抗 N 血清发生凝集为 N 血型； 红细胞与抗 M 血清和抗 N 血清都发生凝集则为 MN 血型。 表 3-2-1 ABO 血型、MN 血型遗传特征 表 型 基因型 红细胞膜上的抗原 血清中的天然抗体 A I A I A ,IA i A （β）抗 B B I B I B ,IB i B （α）抗 A AB I A I B A、B — O ii — （β）抗 B、（α）抗 A M MM M 抗 N N NN N 抗 M MN MN MN －
二、PTC尝味 PTC(苯硫尿, pheny l thiocarbamide, PTC)是一种白色结晶物质,化学分 子式HN-CN-○,由于其含N-c=S基闭,所以有苦涩味,对人无毒 无副作用。人对苯硫尿的尝味能力属不完全显性遗传,由一对等位基因T和t 控制。杂合子的表型介于显性纯合子与隐性纯合子之间。能尝出PTC苦味者 称PTC尝味者,基因型为显性基因TT纯合子或Tt杂合子,不能尝出其苦味 者为PTC味盲,基因型为隐性基因tt纯合子。 实验者可按照从低浓度到高浓度的顺序,每人用吸管吸取PTC溶液滴一滴 于舌头上,测定自己对PTC的尝味能力的阈值。测定标准为: 纯合尝味者:能尝出1/750,000浓度溶液的苦味; 杂合尝味者:能尝出1/50,000浓度溶液的苦味: 味盲:溶液浓度大于125,000时,才能尝出苦味;有人甚至对药物结晶也尝 不出苦味。 三、 Hardy- Weinberg定律的检测 (一)基因频率的计算 按下述公式求出显性基因(p)的频率和隐性基因(q)的频率。 n1×2+n2 N×2 n:TT基因型个体数 n2:Tt基因型个体数 n3:tt基因型个体数 N:班级中个体总人数。 (二)基因型频率的计算 用所求得的基因频率,按 Hardy- Weinberg定律公式 P-t2pqfq 求出显性纯合子(TT=p2)、杂合子(Tt=2pq)及隐性纯合子(tt=q2) 的基因型频率
二、PTC 尝味 PTC（苯硫尿，phenylthiocarbamide,PTC）是一种白色结晶物质，化学分 子式 H2N－C－N－ S H , 由于其含 N－C＝S 基团，所以有苦涩昧，对人无毒 无副作用。人对苯硫尿的尝味能力属不完全显性遗传，由一对等位基因 T 和 t 控制。杂合子的表型介于显性纯合子与隐性纯合子之间。能尝出 PTC 苦味者 称 PTC 尝味者，基因型为显性基因 TT 纯合子或 Tt 杂合子，不能尝出其苦味 者为 PTC 味盲，基因型为隐性基因 tt 纯合子。 实验者可按照从低浓度到高浓度的顺序，每人用吸管吸取 PTC 溶液滴一滴 于舌头上，测定自己对 PTC 的尝味能力的阈值。测定标准为： 纯合尝味者：能尝出 1/750,000 浓度溶液的苦味； 杂合尝味者：能尝出 1/50,000 浓度溶液的苦味； 味盲：溶液浓度大于 1/25,000 时，才能尝出苦味；有人甚至对药物结晶也尝 不出苦味。 三、Hardy-Weinberg 定律的检测 （一）基因频率的计算 按下述公式求出显性基因（p）的频率和隐性基因（q）的频率。 p= 2 1 2 2 + N n n q= 2 3 2 2 + N n n n1：TT 基因型个体数; n2：Tt 基因型个体数； n3：tt 基因型个体数； N：班级中个体总人数。 （二）基因型频率的计算 用所求得的基因频率，按 Hardy-Weinberg 定律公式： p 2+2pq+q2=1 求出显性纯合子（TT＝p 2）、杂合子（Tt＝2pq）及隐性纯合子（tt＝q 2） 的基因型频率
(三)求各种基因型个体的理论值 将所求得的基因型频率与班级总人数相乘,即得班级中各基因型个体的预 期理论人数 (四)卡方(x2)检验 假设我们所在班级的群体是一个遗传平衡群体,检测各基因型的理论 预期值与实际测得值之间的吻合程度进行验证。可用x2检验。公式如下: ∑ 2 O:实际观察值;E:为预期理论值 基因型个体数 TT Tt tt 实际观察值(O) 预期理论值(E) 求出的x2值若小于x2o0s=3.84,df=1(自由度=1),则说明预期理论值 与实际观察值吻合,即该班级是一个遗传平衡群体。否则,该群体没有达到遗 传平衡。 同理,可求出MN及ABO血型的基因及基因型频率 ABO血型为复等位基因控制,达到遗传平衡时,各基因型频率满足于下 P2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1。(p=^;q=B,r=i) 第二节人类性状的遗传学分析 人类的各种性状都是由特定的基因控制形成的。由于每个人的遗传基础 不同,某一特殊的性状在不同的人体会出现不同的表现。通过一个特定人群 的某一性状的调査,将调査材料进行整理分析,可以初步了解某性状的遗传 方式、控制性质基因的性质,并能计算出该基因的频率。 、卷舌性状的调查
（三）求各种基因型个体的理论值 将所求得的基因型频率与班级总人数相乘，即得班级中各基因型个体的预 期理论人数。 （四）卡方（χ 2）检验 假设我们所在班级的群体是一个遗传平衡群体，检测各基因型的理论 预期值与实际测得值之间的吻合程度进行验证。可用 χ 2 检验。公式如下： χ 2= − E (O E) 2 O：实际观察值；E：为预期理论值 基因型个体数 TT Tt tt 实际观察值（O） 预期理论值（E） χ 2 求出的 χ 2 值若小于 χ 2 0.05＝3.84，df＝1（自由度＝1），则说明预期理论值 与实际观察值吻合，即该班级是一个遗传平衡群体。否则，该群体没有达到遗 传平衡。 同理，可求出 MN 及 ABO 血型的基因及基因型频率。 ABO 血型为复等位基因控制，达到遗传平衡时，各基因型频率满足于下 式： P 2＋q 2＋r 2＋2pq＋2pr＋2qr=1。(p=IA; q=IB; r=i) 第二节 人类性状的遗传学分析 人类的各种性状都是由特定的基因控制形成的。由于每个人的遗传基础 不同，某一特殊的性状在不同的人体会出现不同的表现。通过一个特定人群 的某一性状的调查，将调查材料进行整理分析，可以初步了解某性状的遗传 方式、控制性质基因的性质，并能计算出该基因的频率。 一、卷舌性状的调查