幻灯片 1

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妃狩额尔德特
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1 网络课程 :mta.fmmu.edu.cn 专业网站 :genetics.fmmu.edu.cn 2

2 花朵数豆粒数单基因遗传 - 质量性状 (qualitative traits) 质量性状 : 性状的变异体在群体中的分布是不连续的, 可以明显地分为 2-3 群 bb BB,Bb 完全显性豆粒形状 aa Aa AA 不完全显性花朵颜色 3

3 高血压 (Hypertension) 4

4 数量性状 (quantitative traits) 数量性状 : 性状在人群中有众多的连续变化的变异体 ( 正态分布 ), 个体间的变化只是量的变化高矮的关系? 身高的遗传? 5

5 1. 数量性状的多基因遗传 1) 数量性状的概念 2) 数量性状的多基因遗传 2. 遗传度 : 遗传因素的估计 1) 遗传度的概念和估计 2) 遗传度的应用

6 数量性状的遗传 : 烟草花冠长度 7

7 Frequency Frequency 烟草花冠长度的遗传亲代 (P) 子 1 代 (F1) 子 2 代 (F2) 品系 A 37~43 mm X 61~67 mm 52~82 mm 品系 B 91~97 mm Length Length P 长花冠 X 短花冠 F1 花冠长度居 P 代间, 正态分布 F2 花冠长度居 P 代间, 正态分布, 离散加大 8

8 质量性状的遗传 : 孟德尔遗传 9

9 Frequency Frequency Frequency 烟草花冠长度的遗传 58x58 (mm) 70x70 (mm) 82x82 (mm) 43~64 mm 61~76 mm 64~85 mm Length Length Length 选不同花冠长度的 F2 进行杂交, 得到 F3 代 : 随着 F2 的分组, 组之间长度不同 ; 组内正态分布, 离散范围超过 F2 长度不同的因子控制花冠长度 10

10 如何估计基因数? 1 4 n =F2 代出现一种极端表型的比值 n= 位点数位点数 (n) 极端性状个体频率 F2 表型种类 1 1/ / / / /

11 麦粒颜色的遗传分析红色麦粒和白色麦粒杂交,F1 代为中间色 ;F1 代杂交产生的 F2 代有 15/16 是红色的, 包括 4 种不同的红色, 有 1/16 是白色的 P 红色白色 F1 中间色加和性 ( 能贡献红色的 ) 等位基因数 F2 比率 1/16 4/16 6/16 4/16 1/16 红色中间色白色 12

12 两对等位基因控制同一表型 ( 麦粒颜色 ) 1/4 AA 2/4 Aa 1/4 aa 1/4 BB 1/16 AABB 2/4 Bb 2/16 AABb 1/4 bb 1/16 AAbb 1/4 BB 2/16 AaBB 2/4 Bb 4/16 AaBb 1/4 bb 2/16 Aabb 1/4 BB 1/16 aabb 2/4 Bb 2/16 aabb 1/4 bb 1/16 aabb 加和性等位基因数

13 每一对等位基因仍按孟德尔规律遗传三对等位基因决定的数量性状 F1:1 种基因型 ;1 种表现型 F2:64 种基因型 ;7 种表现型 ( 可以是人为划分 ) 14

14 肤色的遗传假设 : 15

15 肤色的遗传 16

每个基因位点上可以是加和性等位基因 ( 对表型有贡献 ), 也可是非加和性等位基因 ( 对表型没有定量性的贡献 ) 一对基因对性状形成的作用微小,

16 数量性状的多基因遗传的特点多基因遗传假说 : 位于基因组不同位置上的两对以上的基因可以以加和的方式影响数量性状的遗传数量性状是连续变异的性状, 只可以进行定量 ( 测量称重计数, 等 ); 大量样本分析表明 : 在遗传过程中子代将向人群的平均值靠拢, 称为平均值的回归每个基因位点上可以是加和性等位基因 ( 对表型有贡献 ), 也可是非加和性等位基因 ( 对表型没有定量性的贡献 ) 一对基因对性状形成的作用微小, 称为微效基因 ; 决定数量性状的多对等位基因中有一对发挥主要作用, 为主基因环境的影响 : 数量性状易受环境影响遗传因素的贡献有多大? 是哪些基因? 17

17 1. 数量性状的多基因遗传 1) 数量性状的概念 2) 数量性状的多基因遗传 2. 遗传度 : 遗传因素的估计 1) 遗传度的概念和估计 2) 遗传度的应用 18

18 数量性状遗传的复杂性孟德尔性状的遗传研究确定实验材料确定目标性状数量性状的遗传 : 无法计数 ; 涉及大量的基因 - 基因和基因 - 环境相互作用环境植物培育计数表型得到遗传规律指导基因鉴定基因组 19

19 生物统计学是数量遗传研究的基本工具生物统计学 (biometry): 探讨如何从不完整的信息中获取科学可靠的结论从而进一步进行生物学实验研究的设计, 取样, 分析, 资料整理与推论样本数据的数学归纳以获得描述性的结论从小的随机样本获得的数据推理获得大样本的信息 ( 统计推理 ) 两组或多组实验数据的比较以确定其间是否存在有意义的差别 20

20 生物统计学重要概念平均值 (mean): 一组数据的算术平均值方差 (variance,v): 正态分布数值相对均值的离散程度标准差 (standard deviation): 方差的平方根均数的标准误 (standard error): 样本平均值的准确性平均值 (m) 总面积 =1.0 底线以 s 为单位 21

21 遗传因素的贡献? 遗传度用遗传因素和环境因素对数量性状离散程度的影响代表其对数量性状的贡献表型变异 = 基因型变异 + 环境变异表型方差 (V P )= 遗传方差 (V G )+ 环境方差 (V E ) 遗传度 (H 2 )= 遗传方差 (V G )/ 表型方差 (V P ) 22

22 遗传度遗传方差在表型方差中占的比例, 即数量性状从亲代传递给子代的相对能力, 指遗传因素在多基因性状或疾病的形成中所起作用的大小, 一般用百分率 (%) 表示, 又称遗传率 100% -- 完全由遗传因素决定 0% -- 完全由环境决定常见多基因病遗传度原发性高血压 62% 精神分裂症 80% 哮喘 80% 糖尿病 ( 早发型 ) 75% 先天性幽门狭窄 75% 唇裂 / 腭裂 76% 24

23 常见多基因遗传病的遗传度高血压 (Hypertension) 血压处于不断的变化之中, 受多种因素的影响, 如性别种族体重和年龄等, 而且高血压的界限是人为制定的目前国内高血压的诊断采用 2000 年中国高血压治疗指南建议 : 类别收缩压 (mmhg) 舒张压 (mmhg) 正常血压 <120 <80 正常高值高血压

24 高血压是患病率最高的临床综合征之一收缩压 140mmHg 舒张压 90mmHg 年龄 ( 年 ) 26

25 病因遗传度为 62%, 目前已发现很多高血压相关基因, 但结果不一人群的遗传变异不同种群高血压产生原因的个体差异以及对血压这一表型测定的不精确性, 都可能是导致产生不同结果的原因多基因参与血压调控 : 血管活性多肽及其受体生长因子细胞因子及其受体盐敏感基因及离子通道细胞增殖与凋亡相关基因应激分子及细胞外基质转录因子发育相关分子细胞信息传递分子脂代谢分子凝血因子及其受体粘附分子及其受体等 27

26 精神分裂症 (schizophrenia) 精神分裂症 (schizophrenia) 是一种重大精神疾病, 患者常伴有基本个性改变, 思维情感和行为的分裂, 以及精神活动与环境的不协调多在青壮年时起病, 病程迁延, 进展缓慢, 预后不良仅有 20% 的患者可在一次发病后完全恢复, 多数终身不愈, 并有 10% 的患者自杀身亡全世界的患病率为 4%, 社会负担居各种疾病的第四位 28

27 遗传因素 : 家系双生子寄养子调查表明精神分裂症属多基因遗传方式 ( 遗传度为 70%-85%) 发现 l7 个染色体区域 : 其中,6p q21-22 及 13q32-34 是获得最多证据支持的区域 ; 其他几个支持证据也很充分的区域是 8p q q q p11-15 及 1q42t 确认 10 余个易感基因 :DTNBP1(6p22-24),NRG1 与 PPP3C (8p12-21),G72(13q32-34),COMT PRODH2 和 ZDHHC8(22q11),DISC1(1q42) 29

28 30

29 部分多基因性状 / 疾病的遗传度复杂疾病及性状遗传度身高 85% 体重 70% 钙吸收能力 77% 脂代谢能力 75% 智力 50% 气质 80% 哮喘 60% 类风湿性关节炎 60% 骨质疏松 ( 手部膝部 ) 50% 肥胖 80% 胰岛素依赖型糖尿病 70& 颈部和腰部椎间盘退化 60% 骨密度 60% 血压 40% 溃疡性结肠炎 50% 31

30 遗传度的应用 1: 多基因疾病的易患性易患性 (liability): 遗传因素和环境因素共同决定的一个个体患某种遗传病的可能性群体中易患性的变异呈正态分布, 大部分个体的易患性都接近平均值群体的易患性 : 个体的易患性是无法测量的, 但群体的易患性可以从群体的发病率进行估计易感性 (susceptibility): 由遗传因素决定的患病风险, 仅代表个体所含的遗传因素发病阈值 (threshold): 易患性所导致的多基因遗传病发病的最低限度称为发病阈值发病阈值将连续分布的易患性变异人为分为两个部分 : 正常群体和患病群体 32

31 多基因疾病的易患性发病阈值 33

32 多基因病发病风险的估计 (1) 患病率与亲属级别有关 : 发病有明显的家族聚集性 ; 亲属患病率高于群体患病率 ; 随着亲缘关系变远患病率递减, 并向群体患病率靠拢回归现象一级亲属 :1/2 基因相同 : 双亲子女同胞二级亲属 :1/4 基因相同 : 叔伯姑舅姨祖父母三级亲属 :1/8 基因相同 : 堂兄妹表兄妹曾祖人群马蹄内翻足唇裂 / 腭裂先天性髋关节脱位 ( 女 ) 一般群体一卵双生 0.3(x300) 0.4(x400) 0.4(x200) 一级亲属 0.025(x25) 0.04(x40) 0.05(x25) 二级亲属 0.005(x5) 0.007(x7) 0.006(x3) 34

33 群体患病率遗传度患者一级亲属患病率的关系患者一级亲属患病率 ( % ) 遗传度 (%) 群体患病率 (%) 35

34 精神分裂症发病风险预测举例患者一级亲属发病风险 (%) ( 群体发病率 %) 36

35 多基因病发病风险的估计 (2) 患者亲属再发风险与亲属中受累人数有关 : 家庭中患病人数越多, 亲属再发风险越高 37

36 多基因病发病风险的估计 (3) 亲属再发风险与患者疾病严重程度有关 : 患者病情越严重, 说明患者带有的易感微效基因越多, 其亲属再发风险也越高若群体患病率存在性别差异时, 亲属再发风险与性别有关 : 患者属于阈值较高的性别时, 亲属发病风险高 ; 患者属于阈值较低的性别时, 亲属发病风险低卡特效应男 :0.5% 女 :0.1% 38

37 遗传度的应用 2: 遗传育种不同含油量的玉米的培育 : 如美国农业部实验室对高含油玉米的筛选, 随着含油量的提高, 这一表型的遗传度降低, 当群体中所有个体对含油量负责的加和等位基因都成为均一的基因型时, 含油量最高, 遗传度降到 0, 对人工选择的应答将停止 39

38 预测对选择 ( 育种 ) 的应答向日葵的开花时间是一个数量性状, 遗传度为 0.2, 平均是 100 天若筛选出开花时间是 90 天的父本和母本植株进行杂交育种, 其子代植株的开花时间是 : R = h 2 S R, 对选择应答 h2, 遗传度 S, 亲本性状与均值的差所以 : R = 0.2(90-100) days to flowering R = -2 days 新的向日葵种群的平均开花时间将是 98 天 (100 天 -2 天 ) 40

39 多基因疾病遗传度的估算 1 Holzinger 公式 : 遗传度越高的疾病, 一卵双生的患病一致率与二卵双生患病一致率相差越大 h 2 =(CMZ-CDZ)/(1-CDZ) CMZ, 同卵双生子同病率 CDZ, 二卵双生子同病率 41

40 Holzinger 公式应用举例例 : 躁狂抑郁性精神病调查了一卵双生 15 对, 同病率 67%; 二卵双生 40 对, 同病率 5% 代入公式 h 2 =(67-5)/(100-5) =62/95=

41 多基因疾病遗传度的估算 2 Falconer 公式 : 根据先证者亲属的患病率与遗传度有关而建立的亲属患病率越高, 遗传度越大, 所以可通过调查先证者亲属患病率和一般人群的患病率, 算出遗传度 h 2 =b/r b, 亲属易患性对先证者易患性的回归系数 r 为亲属系数当已知一般人群的患病率时, 回归系数为 :b=(xg-xr)/ag (X a 可查 falconer 表 ) Xg- 一般群体易患性平均值与阈值之间的标准差数 Xr- 先证者亲属易患性平均值与阈值之间的标准差数 ag- 一般群体易患性平均值与患者易患性平均值之间的标准差数 43

42 Falconer 公式应用举例例 : 先天性房间隔缺损群体发病率为 1/1 000(0.1%) 调查 100 个患者的家系, 患者的一级亲属 ( 双亲同胞子女 ) 共有 669 人, 其中发病 22 人, 患者一级亲属的发病率为 0.033(3.3%) 然后查 Falconer 表 : 按照群体发病率查 Xg 为 3.09,a g 为 3.367, 按照患者一级亲属发病率查 Xr 为 1.838, 一级亲属亲缘系数 r=0.5, 因此有 h 2 = (Xg - Xr)/a g r= ( )/(3.367)(0.5)=

43 1. 数量性状的多基因遗传 1) 数量性状的概念 2) 数量性状的多基因遗传 2. 遗传度 : 遗传因素的估计 1) 遗传度的概念和估计 2) 遗传度的应用

幻灯片 1

幻灯片 1 1 高血压 (Hypertension) 2 孤独症 (Autism Spectrum Disorder,ASD) 3 质量性状和数量性状质量性状 :qualitative characters, 一种性状的不同表现型在个体之间不存在连续性的数量变化, 而呈现质的中断性变化性状一般可以描述, 而不是度量数量性状 :quantitative characters, 一种性状的不同表现型在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状