[音乐] 还有一个故事呢其实是我原来在
Wash U的一位老师,他有一年到北大来讲课
他讲的一个故事,是讲了人类的这个哈,那个时候人类的基因组刚测了不久
我们就是在座的每一个人 我们的基因组,两个人之间的基因组的差异
你们知道是多少吗?大概千分之一点几
千分之一点几,这是我们每个人之间的差异
我们和黑猩猩呢?跟你们说过的 百分之一点几,但是这个等位基因
在人群当中它的差异是多少?高达9%
远远地超过人和黑猩猩。这个基因是干嘛的呢?这个等位基因编码了一个跟人类免疫有关的
这个一种蛋白质,就是识别抗原的,跟抗病有关
这样一个基因,所以你这么高的 这个差异在人群当中,你就得去想为什么?
这个Olson,他叫Olson,他做了很多这个计算
然后他得出来的结论是什么呢?计算发现这个变异可以追溯到 4000万年以前,这个时候,那个时候人还没有
这个Homo sapiens,Homo这个属还没有呢,为什么呢?
然后他得到了一个结论,他说就是Frequency-dependent selection 是频率依赖型的选择,怎么讲哈?
比如说,有一个大的流感来了,比较很厉害的流感
我们不说埃博拉,那个太厉害了,也不说
什么登革热之类的,就是流感,流感差不多每隔几年就有一次非常厉害的
席卷全球,我们在座的,如果流感到,到北大来了
在座的里头可能有蛮多的人就会中招了,但也有一些人他不会
对不对?为什么啊?你说:“诶,他抵抗力强呗!” 是,genetically
determined,他基因好 这跟基因有关,你们记住了,这就是
跟你抗病有关的基因。所以是这样的,他的理论就是说
你一个大的流感来了,很多人就会中招 现在没事了,我们都知道怎么去对付流感,你这个有很好的医疗条件啊
很好的休息的条件,你想在远古的时候,是吧? 你人类很少有办法来对付这些大的
这种病原的,那么很多人就会挂了 那些保持有这个抗病的
基因的这些就,人就留下来了,对不对? 他们的基因然后就会快速地在人群当中再扩散出去
所以过了一段时间呢,这些抗性的基因就成了优势基因,就成了很大多数了
你在变,病原菌也在变。新来了一个
跨啦一下又撂倒一大片,所以你又挂了一批
那么新的这个抗病基因呢,然后又开始扩散,又变成优势的
就这么来来回回,来来回回,我们今天看到的Hla
这样多态性其实就是历史 上,在人类演化的整个的历史上,甚至我们,包括我们
很久很久的以前,祖先的,他们的演化的这个历史上所留下来的痕迹
所以我们就看到了有这么高的这个多样性 它不是说每一次来把所有不抗的基因全部
wipe out,全部给淘汰掉,那总有一些人没有接触这些
病原的,没有接触到这些病原的,他还是留下来了 所以这个他就把他这种很常见这种现象它就解释为Frequency
dependent selection。那么频率选择的第二个类型叫杂合子
具有选择优势,杂合子英文叫heterozygote 这个大家都知道吧?杂合子,
A、 a的这个里面就是 AA是纯合体,aa是纯合体,Aa是杂合的
它这个是指一种相对的 这个其实下节课我们还要讲到杂合子具有选择优势的例子
它产生后代的这个相对能力呢是杂合子高
纯合子和,就是AA的纯合子和aa的纯合子
都会受到选择,只有Aa 它受到的选择最小,我们把它定为1
这个相对的能力。这边呢我要给大家
加一个注,加一个note在这个地方 就是杂合子具有选择优势的话,大家要跟那个杂交优势区别开来
杂合子具有选择优势,这个英文是advantage in selection for
heterozygocity 这是杂合子具有选择优势。而杂交优势呢是heterosis
两个完全不同的这个英文上面的词 杂合子具有选择优势是指的一对allele
对吧?A、a,当A、a在一起的话这个基因型 是有选择优势的。而杂交优势呢是指两个
具有不同的遗传背景的个体杂交以后它的后代超过它的亲本
这个现象叫杂交优势,其实是指整个基因组的
这个大家要,要记住一下,是有区别的 我们再给一个杂合子具有选择优势的例子
这个可能很多同学也听过 镰刀形红细胞贫血病,叫sickle-cell
anemia 这是一个非常厉害的病。我们来看两个图
你们左边这个图 是镰刀形红细胞基因
频率这个分布的图,越深,颜色越深,就表明它的频率越高
而你们右边呢是一个疟疾的分布图 所以你可以看得出来这两个图有一定的这个重叠性
是吧?就是在疟疾比较盛行的地方
这个镰刀形红细胞的这个基因的频率是比较高的
为什么会有这样的一个巧合?为什么会有这样的一个correlation?
相关性。其实这个镰刀形红细胞的杂合子
就它一个,这个个体,一个系,一个基因是好的,一个基因是坏的,这样叫杂合体 它在疟疾流行的地方,它是有选择优势的
大家知道红细胞是携带氧气的,对吧?你是靠它携带氧的
你如果红细胞都坏了的话,这是非常严重的 正常的这个红细胞,就是血红细胞,它是一种
圆盘状的,大家都知道疟原虫 它侵入人体以后它要繁殖的话
它选择的地点就是选择的这个红细胞,它在里面繁殖
然后它的这个下一代出来的时候,它就把你整个红细胞都炸掉了
就是为什么这个疟疾是会死人的嘛,其实它是还挺严重的
这个为什么会得这个镰刀形红细胞贫血病呢?
就是因为编码这个红细胞蛋白的基因里面发生了一个突变
使得它翻译出来的这个蛋白,这个基因表达以后翻译出来的蛋白呢
就不能够折叠成一个正常的形状 看一下这个图,这个图有点小,可能看不太清楚,这里面,这是一个杂合子的
红细胞的图,你看到吧?有的细胞是圆的,有的细胞像月亮一样
像镰刀一样,这个像镰刀一样的就是它这个里面是有一个坏的蛋白
有一个突变了的蛋白的,就是有一个突变的基因编码的 一个碱基的差异造成了一个氨基酸的差异
就造成了这样严重的后果。所以在镰刀形的这个
红细胞里面它特别容易破,它就根本没法携带氧
所以它就是严重的这个缺氧 所以如果有哪个个体
有两个基因都是突变了的基因的话,就是突变基因纯合体 它的成活率非常低,基本上活不到成年
就活不到能生孩子,就完全就被自然选择淘汰掉 又活不长,又不能留下孩子
那么这个杂合体呢因为它有一半红细胞是好的,它能够携带氧气
所以一般情况底下,你不要让他跑长跑,这跑长跑是要他命的 就是一般情况底下,他其实是没有什么表型的,他还是能够
很好地存活的。同时疟原虫在他的这个 血,因为你有一半是坏的嘛,它也不能够很好地繁殖
所以他基本上不得疟疾,这是为什么
在疟疾盛行的地区,杂合子啊这一个 细胞好的,一个基因好的一个基因坏的,这样的个体
它反而有自然选择的优势,对吧,你真正的两个基因都是好的
容易得疟疾。两个基因都是坏的 你活不到生孩子的年龄。这个杂合体他有这个优势
他能够很好的活着,不得疟疾 这是很典型的一个杂合子具有选择优势的例子
好,这是一个Nigeria 在这个非洲的一个国家
在他这个国家里面做的一个统计,就是 这个很好检测,因为他一个基因坏了嘛,所以你拿来他的
DNA扩增一下一测序就知道 他是纯合体啊,他杂合体啊,她还是正常的纯合体。
是吧,这很好做的。所以就统计了大概1万多人
这个数字很小,你们看不清我放大一下,我觉得这个例子挺好的,应该给你们仔细的讲一下
突变基因的纯合体,我们把它叫做SS,这个S就是
SickleCell。在这个1万多个人群里面有29个人
杂合的,就一个好一个坏
有2992个人,两个都是好的有9000多个人
这是一个我们观察到的数据,对不对? 有了这个数据,哈!我们就可以拿这个
哈带公式来做文章了,对吧这个公式我们知道 所以有了这样一个数据我们是不是可以把这个S
基因就是突变基因的频率给它算出来呀 对不对,很容易的
是吧?S基因的频率你就把 (29+2992)÷2,因为它有一半是坏的嘛
对不对?然后再除以它总体的人数,所以这个S基因的频率就是
等于0.123。那么A基因的频率呢? 拿1减一下不就出来了嘛,对吧也出来了
所以有了这样一个频率,基因的频率, 你再去算,算什么?你可以去算一个
标准的这种理想的群体里头
在这个基因频率底下,你预期能够得到
多少个SS、SA和AA
可以做吧,很容易。Ok! 所以你就拿这个S的基因频率
的平方,是吧?那就是SS的基因型的频率 然后乘以一下你所观察到的这个2万多个人,
你得出来的这个个体,就是预期的在一个标准的, 在一个理想的Population里面,没有自然选择,没有什么的。
它应该存在的这样的基因型的个体数,是不是?
好了,一算算出来100多人呢,187.4
那么同样的道理,杂合体,你也可以去算一下
2pq是它的频率,对不对?拿这个频率再去乘以你所观察的一万多人
得出来的数是2672 Ok
大于大于正常人的, 也一样,q平方。你这个拿这个
0.877的平方再乘以一下你所观察到的总人数
等于9527。这是你 预期在一个理想的Population当中
得到的数。所以你拿这个预期的数跟你这个 观察到的数去比,很明显,
你预期S,这个两个基因都是坏的这样的个体数 要达到100多,你实际观察的只有29人
而杂合体 你预期得到的是260多,而你观察到的是290多
而这个正常人两个都是好的话
你预期是9500多 你观察到的是9300多。看到了吧?上一节课
我跟你们说,就是做Population Genetics研究的话
你其实这个基因频率很重要的,你拿基因频率给它放到一些公式里面去,你可以算出不同的力量
这个算下来这个自然选择的力量就在这,自然选择选择谁,
杂合子,很明显杂合子存在的数量比你预期的要大,
它就是被保留下来,它有这个选择优势
这个例子,我觉得很好以后我还会讲到 讲一些这个概念的时候,还会用到这个例子大家就记住
那么下面一种选择呢其实是针对分子水平的,
用的比较多的所谓的正选择和负选择 正选择(positive selection)就是
自然选择会选留一些稀少的等位基因, 拥有这些等位基因能够繁殖更多的后代
是这样的,所以基本上是针对等位基因,就分子水平用的很多
同样道理,你这个,我们在讲负选择以前,再多讲两句正选择啊,就是
拥有这个,这样突变的,能够被保留下来的这些
突变的基因,往往拥有跟原来的基因
不同的功能。这个以后我们讲分子演化的时候还会再
讲到这一点,现在你就有个印象,就说这种新的功能
能使拥有它的个体更好的适应多变的环境 负选择(negative
selection or purifying selection)
就是淘汰一些稀少的 allele等位基因。你看啊,全是针对等位基因来说
就拥有这些等位基因的个体不能够很好的生存,它不能繁殖
或者它繁殖的后代比别人要少。这样的话都有可能
被自然选择所淘汰。这样受负选择的 作用的基因一般来说它都是失去了
原来的一些功能,把这功能丢掉了 正选择它是获得了一些新功能,而这个呢就是
新功能没有,连原来的功能都丢了 是这样的,就是我再强调一下正选择负选择一般都是针对
分子水平的演化而言的 这个我会在讲分子演化的时候
再提到这样的正选择负选择