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亲缘系数(Coefficient Of Relationship)

亲缘系数的定义

亲缘系数这个概率由Sewall Wright在近婚系数的基础上提出的1),计算的是两个个体之间因为具有共同的祖先而等位基因相同的概率,也是两个个体因为共同祖先而有多大比例的基因是相同的。亲缘系数通常用R来表示。

这个说的共同祖先考虑的是需要通过两条独立的路径连接到两个个体的共同祖先。 比如两兄弟的父母是这里所考虑的,而祖父母,都需要通过其父亲才能连接到两兄弟,路径不独立,就不是这里需要考虑的共同祖先。

常染色体遗传的亲缘系数

对于常染色体遗传,亲(parent, P)子(offspring, O)间的亲缘系数{R_PO}={1/2}sqrt{(1+F_P)/(1+F_O)},其中F_O和F_P为个体的近婚系数。
对于有一个共同祖先为A的两个个体X和Y,X和Y到A的代数分别是N_X和N_Y,将连接X和Y的每一代的贡献都相乘则有 {R_XY}={(1/2)}^{{N_x}+{N_y}}{{1+F_A}/sqrt{(1+F_X)(1+F_Y)}}
如果有多个共同祖先或多条路径,则将所有的路径的贡献相加。

显然,当A、X、Y近婚系数为0的时候,X到Y之间的总代数为N=N_X + N_Y,则{R_XY}={(1/2)}^N 当共同祖先的近婚系数F_CA不为0的时候,{R_XY}={{(1/2)}^n}(1+F_CA),有多个共同祖先或多条路径的时候,把所有路径的贡献相加:
{R_XY}=Sigma{[{{(1/2)}^{n_i}}(1+F_{CA,i})]}

对于医学遗传学来说,通常说亲缘系数的时候,指的就是常染色体遗传的亲缘系数, 因为23对染色体中22对为常染色体,忽略掉了X连锁遗传。

X连锁遗传的亲缘系数

对于X连锁的基因参考:2),相邻两代之间的亲缘系数不像常染色体遗传那样恒定的是1/2,而是不同的关系之间不同:父女之间,父亲X连锁的基因100%和女儿的一样,而女儿X连锁的基因只有1/2和父亲的一样;父子之间,相互0%一样;母子之间,母亲X连锁的基因只有1/2和儿子的一样,而儿子X连锁的基因100%和母亲的一样;母女之间,相互50%一样。相互不一样的,取几何平均值。于是有:
父子之间X连锁遗传的亲缘系数是0,母女之间X连锁亲缘系数是1/2,父女之间X连锁遗传的亲缘系数就是sqrt{{1/2}*1}=sqrt{2}/2,同样母子之间也是sqrt{2}/2。

8-)这么看来,有人觉得女儿和父亲要亲一点,儿子和母亲要亲一点,似乎是有那么一点点的遗传学道理的LOL


比如,这里,II1和II2兄妹之间,II2-I1-II2和II2-I2-II2两条线,X连锁亲缘系数R_{II1,II2}={sqrt{2}/2}*{1/2} + 0*{sqrt{2}/2} = sqrt{2}/4
同理可算得姐妹之间的X连锁遗传亲缘系数为3/4,兄弟之间的X连锁遗传亲缘系数为1/2。


对于人来说,X连锁的基因所占的比例比较少。而对于蚂蚁和蜜蜂,雄性为单倍体,相当于所有的基因都是X连锁遗传,这时候,工蜂(或工蚁)与蜂王(或蚁后)之间的亲缘系数就达到了3/4,这样就使得工蜂(或工蚁)努力让蜂王(或蚁后)多给自己生姐妹比自己给自己生孩子更有可能把自己的基因传递下去,这或许正是工蜂(或工蚁)那么“心甘情愿”干活而不生孩子的原因。

X连锁隐性遗传病再发风险计算

例题:如下系谱所示,II1和III1同患某种罕见XR病,III2同患此病的概率是多少?
对于这个问题,如果机械的套用亲缘系数:根据X连锁亲缘系数很容易就知道II3携带致病基因(概率是3/4)时,III2是男性(概率为1/2)的时候有1/2的概率会患病,总起来就是(3/4)×(1/2)×(1/2) = 3/16。这样算得3/16就不对了。
解:这里已经知道II2携带致病基因,但是I2的表型正常,说明不可能来自I2,只能来自I1,因此I1也是携带者,这样,II3是携带者的概率实际上只有 1/2,因此III2患病的概率只有 1/8。



例题:已知男性红绿色盲(XR)发群体病率为7%,男子小明患红绿色盲,则他亲姨妈(妈妈的亲姐妹)的孩子患红绿色盲的概率是多大?
解:这里没有说明小明的各个亲属的信息,因此需要考虑各种情况,可以忽略概率相对小的情况。首先可以确定小明的母亲至少有一个致病基因,由于XAXa相对XaXa的概率要高许多,因此可以简单的认为小明母亲是XAXa。然后根据亲缘系数,很容易知道小明姨妈是携带者的概率是3/4,在不知性别的情况下,小明的姨妈的孩子患病的概率是3/16。 当然,这里可以从群体基因型频率出发,考虑小明的外公外婆的各种基因型的情况,以及他姨父的基因型的各种情况,然后得到比较精确的计算。

外公XaYXAY
概率7%93%
外婆XAXAXAXaXaXaXAXAXAXaXaXa
概率86.49%13.02%0.49%86.49%13.02%0.49%
小明是患者的条件概率50%75%100%0%25%50%
联合概率3.02715%0.68355%0.0343%0%3.02715%0.22785%
后概率43.245%9.765%0.49%0%43.245%3.255%

然后可以计算,小明姨妈是XAXa的概率为43.245%+9.765%×0.2+0.49%×0+43.245%×0.5+3.255%=73.005%,小明姨妈是XaXa是43.245% × 0 +9.765%×0.5 +0.49%×1 +43.245%×0 +3.255% × 0 =5.3725%。然后我们列个表可以计算出来:

姨父XaYXAY
概率7%93%
姨妈XAXAXAXaXaXaXAXAXAXaXaXa
概率21.6225%73.005%5.3725%21.6225%73.005%5.3725%
子女患病的条件概率00.5100.250.5

子女患病的总概率为:
7%×73.005%×0.5 + 7%×5.3725%×1 + 93% × 73.005% × 0.25 + 93% × 5.3725% × 0.5 = 22.403125% = 3.5845/16。


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