第六章 群體遺傳學
群體（popualtion）是指同一物種生活於某一地區並能相互雜交的個體群。人種大約50多億的成員分為許多不同的亞群體，其中最大的通常稱為種族（races）。不同的群體,作為大群體其基因庫也是彼此不同的。人類有三個主要人種區分：高加索人．黑人各亞細亞人，但他們又都有許多遺傳上不同的亞群，種與亞群體存在主要差異的遺傳基礎是突變。
群體遺傳學（population genetics）是研究群體的遺傳變化規律的學科，研究群體中基因的分布．基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學。醫學研究群體遺傳是要探討遺傳病的發病頻率．遺傳方式及其基因頻率和變化的規律，從而了解遺傳病在群體中的發生和散布的規律，為預防、監測和治療遺傳病提供重要的信息和措施。因此有人又稱之為遺傳流行病學（genetic epidemiology）。
第一節 群體中的遺傳平衡
群體中的遺傳基因和基因型需要保持平衡，才能保證人種的世代繁殖。而一個群體所具有的全部遺傳信息，亦即含有在特定位點的全部等位基因稱為基因庫（gene pool）。個體的基因型只代表基因庫的一小部分。在研究群體變化、群體中遺傳病的變化時，需要了解遺傳的發病率及其遺傳性狀，這就要了解某一基因的存在，分析並計算基因頻率。
一、基因頻率
基因頻率（gene frequency）是指群體中某一基因的數量。基因頻率也就是等位基因的頻率。群體中某一特定基因的頻率可以從基因頻率（genotype frequency）來推算。如人們熟悉的人的MN血型，它是由一對共顯性等位基因M和N所決定，產生3種基因型M／M、M／N和N／N，而相應的表型是M、MN和N，而且比例是1／4M、1／2MN和1／2N。這個原理可以推廣到一般群體內婚配，如以群體中MN表型（基因型）的具體樣本數被所觀察到總數相除即可得到（轉換）相對頻率數。表6－1示某一群體的MN血型的相對基因頻率，再用此觀察到的相對來估算M和N在群體中等位基因的頻率。該群體中總人數為1419人，其中M血型（基因型M／M）392人，N血型（基因型N／N）320人，MN血型（基因型M／N）707人，按此可直接推算出M的等位基因頻率為：
2×392——707/1419×2=0.53
表6－1 某群體的MN血型的相對基因頻率
表型
基因型
個體數
相對頻率
M
M／M
392
0.276
N
N／N
320
0.226
MN
M／N
707
0.498
總計
1419
1.000
同樣，N的基因頻率為1－0.53=0.47。因為兩個等位基因的相對頻率相加必須等於1。換言之，設M的基因頻率為p,N的基因頻率為q,p+q=1（或100％）。所以，在研究一個等位基因在群體中的頻率時，就要考慮到基因庫。基因庫實際上就是一個群體的全部等位基因。如果知道MN兩個等位基因在基因庫中的相對頻率是0.53(M)和0.47(N)，而群體中樣本人數是1419，那麼這3種組合的等位基因（基因型）的相對比例就得以知道。
即2M＝0.53×0.53=0.281
2N=0.47×0.47=0.221
MN=(0.53×0.47)+(0.47×0.53)=0.498
上述例子以一般公式表示：p、q分別為兩個等位基因頻率，等位基因的3種組合的頻率應為：
二、遺傳平衡定律
表型、基因型和等位基因頻率之間關係的一個重要原則就是基因型的比例在世代傳遞中不會改變。因此，群體中個體的等位基因頻率的分布比例和基因型的分布比例（頻率）世代維持恆定。這是群體遺傳學的一個基本原則，是Hardy和Weinberg於1908年應用數學方法探討群體中基因頻率變化所得出的結論，即遺傳平衡定律(又稱Hardy Weinberg定律)。意即一個群體符合這種狀況，即達到了遺傳平衡，也就是一對等位基因的3種基因型的比例分布符合公式：p2+2pq+q2=1,p+q=1,(p+q)2=1.基因型MM的頻率為p2,NN的頻率為q2,MN的頻率為2pq。MN:MN：NN＝P2：2pq：q2。MN這對基因在群體中達此狀態，就是達到了遺傳平衡。如果沒有達到這個狀態，就是一個遺傳不平衡的群體。但隨著群體中的隨機交配，將會保持這個基因頻率和基因型分布比例，而較易達到遺傳平衡狀態。
1．遺傳平衡的條件要維持群體的遺傳平衡需要一定的條件，或者說這種遺傳平衡受一些因素的影響。這些條件和因素是：①群體要很大，不會由於任何基因型傳遞而產生頻率的隨意或太大的波動；②必須是隨機交配而不帶選擇交配；③沒有自然選擇，所有的基因型（在一個座位上）都同等存在，並有恆定的突變率，即由新突變來替代因死亡而丟失的突變等位基因；④不會因遷移而產生群體結構的變化。如果缺乏這些條件則不能保持群體的遺傳平衡。
2．群體的遺傳平衡和等位基因頻率推算由於人類群體中大多數遺傳性狀都處於遺傳平衡狀態，據此可計算等位基因頻率。如已知某種常染色體隱性遺傳病（白化病）在一特定人群中頻率，就能計算這個異常基因的攜帶者和基因頻率。白化病發病（aa）(q2)的頻率為1／10000，即其基因型頻率，則致病基因（a）頻率＝[]=1/100=0.01；基因A的頻率＝1－0.01=0.99；而雜合子攜帶者的頻率為2pq=2×99／100×1／100≈1／50。因此，在比例中，每個受累的個體將有200個左右在臨床上無症狀的攜帶者。
常染色體顯性遺傳病，如並指症，在一個群體多為雜合子（Aa）發病。雜合子（H）的頻率為2pq，由於q值大，近於1，故H＝2p,p=1/2H。因此，只要知道雜合子發病率，就易求得基因A的頻率。如並指症的發病率為1／1000，H＝1／2000，p=1/2H=1/4000,即致病基因A的頻率為0.000025。
X連鎖遺傳性狀也符合遺傳平衡定律。因為女性中的基因頻率及基因型頻率分布和常染色體相同，而男性是半合子，其基因頻率．基因型頻率與表型頻率相同，如表6－2所示。
表6－2 X連鎖紅綠色盲的基因型及基因頻率
性別
基因型
表現型
基因型頻率
發病率
男
XAY
XaY
正常
色盲
p
q
0.92
0.08
女
XAYA
XAXa
XaXa
正常
正常
色盲
p2(純合)
2pq(雜合)
q2
(0.922)=0.846
2(0.92)(0.08)=0.147
(0.08)2=0.0064
至於罕見的常染色體隱性遺傳病純合子患者頻率（q2）很低，所以2pq=2(1-q)q=2q-1q2=2q，即雜合子攜帶者頻率（2pq）約為致病基因頻率的2倍，故致病基因多以攜帶者的方式存在於一個群體中。在前述白化病中，發病率1／10000，q為0.01，攜帶者頻率約為2q，即2×0.01=0.02（1／50）。