群体遗传学基础知识

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1. 群体遗传学基础知识

群体（Polulation）：是指生活在一定空间范围内，能够相互交配并生育具有正常生殖能力后代的同种个体群。

等位基因频率（Alleles frequency）：在一个群体中，某类等位基因占该基因位点上全部等位基因数的比率。

基因型频率（Genotype Frequence）：群体中某一基因型个体的数目占群体总个数的比例。可以反映某一基因型个体在群体中的相对数量。

遗传平衡定律或哈迪.温伯格定律（Hardy-Weinburg）：在随机交配下的孟德尔群体中，如没有替他因素（基因突变、迁移和选择）的干扰，群体的基因频率和基因型频率将逐代保持不变。

连锁平衡（Linkage equilibrium）：两个基因座的等位基因组合的频率等于组成组合的等位基因各自频率的乘积，不存在优势组合，称为连锁平衡。

连锁不平衡（Linkage Disequilibrium）：相邻位点之间的非随机关联，当一个位点上的某一等位基因与另一位点上的等位基因共同出现的概率大于随机组合的假设，则这两个位点之间存在连锁不平衡。

适合度（fitness）：指一个个体能够生存并将其基因传给下一代的能力，可用相同环境中不同个体的相对生育率来衡量（即在选择中，某一基因型个体在下一代平均保留后代数的比率）。

选择系数或淘汰率（selectivity coefficient，用s表示）：某一基因型个体在下一代淘汰的个体数占总后代数的比率。

群体分层（population stratification）：群体分层是指群体内存在亚群的现象，亚群内部个体间的相互关系大于整个群体内部个体间的平均亲缘关系。

核苷酸多态性(π)：衡量特定群体多态性高低的参数，是指在同一群体中随机挑选的两条DNA序列在各个核苷酸位点上核苷酸差异的均值。π值越大，说明其对应的亚群多态性越高。

群体间固定指数(Fst)：衡量群体中等位基因频率是否偏离遗传平衡论比例的指标，用来研究不同群体间的分化程度。其取值为0到1，0代表两个群体未分化，其成员间是完全随机交配的；1代表两个群体完全分化，形成物种隔离，且无共同的多样性存在。

θw：Watterson’s 多态性估值，从理论上说，在中性条件下，应当有θW=4Neμ的平衡状态，Ne表示有效群体大小，μ表示每一代的序列突变率。

瓶颈效应（Bottle effects）：由于环境骤变(如火灾、地震、洪水等)或人类活动(如人工选择、驯化)，使得某一生物种群的规模迅速减少，仅有一少部分个体能够顺利通过瓶颈事件，在之后的恢复期内产生大量后代。

基因的随机漂移或遗传漂变（random genetic drift）：由某一代基因库中抽样形成下一代个体的配子时发生机误，这种机误引起基因频率的变化称之为基因的随机漂移或遗传漂变。换句话说，就是利用随机抽样的办法建立小群体时，由于抽样误差引起基因频率随机波动的现象。

始祖效应、奠基者效应或建立者效应（Founder Effect）：有少数个体的基因频率决定了他们后代中的基因频率的效应，是一种极端的遗传漂变作用。

迁移压力(又叫基因流,Gene Flow)：
由于某种原因，具有某一基因频率的群体的一部分移入基因频率与其不同的另一群体，并杂交定居，就会引起迁入群体的基因频率发生改变。

有效群体大小（effective population size，Ne）：
是指与实际群体具有相同基因频率方差或相同杂合度衰减率的理想群体大小,它反映了群体平均近交系数增量的大小以及群体遗传结构中基因的平均纯合度。

中性学说（neutral theory）：
认为分子水平上的大多数突变是中性或近中性的，自然选择对它们不起作用，这些突变靠一代又一代的随机漂变而被保存或趋于消失，从而形成分子水平上的进化性变化或种内变异。

突变压力：一定条件下，一个群体的突变率可明显增高，形成突变压力，使某个基因频率增高。
选择压力（selection pressure）：受某种环境条件的影响，某些突变型被选择所作用，使突变基因的频率降低。

选择（selection）:在人类和自然界的干预下，某一群体的基因在世代传递过程中，某种基因型个体的比例所发生变化的群体遗传学现象。

正选择或方向性选择、定向选择（Positive selection or Directional selection）：正向选择是选择中最常见的一种形式，当群体中出现新的有利突变时，该位点对应的适合度将从一种极端向着另一个极端转化。在这种适应性进化的过程中，选择作用是有利突变位点方向性进化的潜在驱动力。

负选择或净化选择（Negative selection or Purifying selection）：是指在群体中的某种表型性状不再适应目前环境或育种需求时，与该性状相关联的等位基因频率将会被选低或被淘汰的过程。通常该类等位基因所关联的表型性状对群体在当前环境下的生存和繁衍是不利的。

平衡选择（Balance selection）：一些等位基因的纯合体仅在正常的杂交群体的少数个体中存在，并且在适合度上低于杂合体，然后将会出现有利于在许多座位上发展复等位基因系列的选择压力。因此，平衡选择能够在种群中维持遗传学多样性，而不是仅选择一个最有利的基因型。（即由于超显性等作用，群体中的某些性状的潜在作用位点始终在选择的作用线保持较高的遗传多态性、对应较高的杂合度，可能与家畜育种中杂种优势有关）。

平行选择（Parallel selection）：与平衡选择相对应，同物种群体不同亚群之间，由于偶然或其它一些主观因素，造成影响某些性状的潜在遗传位点向着同样的方向被选择被称为平行选择（例如：不同奶牛品种中对产奶量的选择）。

歧化选择（Divergent selection）：选择作用使影响某些性状的潜在遗传位点在不同的亚群中向着不同的方向进化现象（例如：果蝇的长翅与残翅）。

选择性清除（Selective sweep）：在中性进化理论下，一个新的突变往往需要很长一段时间才能够在群体中达到一个较高的频率，并且这些突变周围的连锁不平衡程度会因重组率的影响而在这段时间内几乎完全衰减降解。因此，基因组上绝大多数未受到选择作用的位点会始终处于随机漂变状态，彼此之间形成的连锁不平衡容易衰减，单倍型长度相对较短。然而在选择的作用下，群体有利等位基因频率则会在较短的时间内达到一个较高的值，重组的作用会受到一定程度的对冲而不能对长范围单倍型造成实质性的降解。同时，选择作用下的连锁不平衡会造成选择位点附近的中性位点的基因频率随之增加形成长范围的单倍型纯合。群体遗传学中，将这种由选择作用造成的部分染色体片段的多态性降低现象称为选择性清除。

搭便车效应（Hitchhiking Effect）：选择位点周围的中性位点得益于选择作用而出现的基因频率迅速增加的现象，则被通俗地称为“搭便车”效应。

选择信号（Selection signature）：选择性扫除和“搭便车”效应属于从不同角度表述的同一群体遗传学现象，都是选择作用在基因组上留下的明显特征，此特征被称为选择信号。

微进化（microevolution）：群体在世代过程中等位基因频率的变化，成为微进化，即发生在物种内的遗传变化。

大进化（macroevolution）：从现有物种中产生新物种的过程，是微进化的扩展、累积的结果。
趋同进化（convergent evolution）：在突变和选择的作用下，不同物种间具有趋同进化的趋势，这种现象称协同进化。

遗传负荷（genetic load）：如果一个群体的突变不断积累，并且这些突变是有害的，就会出现适合度下降。这种现象称为遗传负荷。

Gap:空缺

胚系突变（Germline variant）：又叫生殖细胞突变，是来源于精子或卵子这些生殖细胞的突变，因此通常身上所有细胞都带有突变；

体细胞突变（Somatic mutation）又叫获得性突变，是在生长发育过程中或者环境因素影响下后天获得的突变，通常身上只有部分细胞带有突变。

错义突变（missense mutation）：是指DNA的突变引起mRNA中密码子改变,编码另一种氨基酸.如DNA中某GAA发生转换突变成AAA后,使原编码的谷氨酸（Glu）改变为赖氨酸（Lys）。

沉默突变（silent mutation）：也称同义突变（same-sense mutation）DNA的突变虽引起mRNA中密码子改变为另一种密码,但由于密码子的兼并作用,并未使编码的氨基酸改变。

无义突变（nonsense mutation）：DNA的突变引起mRNA中的密码子改变为一种终止密码子。

同义突变与非同义突变区别：不导致氨基酸改变的核苷酸变异我们称为同义突变，反之则称为非同义突变。一般认为，同义突变不受自然选择，而非同义突变则受到自然选择作用。在进化分析中，了解同义突变和非同义突变发生的速率是很有意义的。常用的参数有以下几种：同义突变频率(Ks)、非同义突变频率(Ka)、非同义突变率与同义突变率的比值(Ka/Ks)。如果Ka/Ks>1，则认为有正选择效应。如果Ka/Ks=1，则认为存在中性选择。如果Ka/Ks<1，基因受到纯化选择。