Principles of Population Genetics（群体遗传学原理）

引用

Hartl, D. L., & Clark, A. G. (2007). Principles of Population Genetics (4th ed.). Sinauer Associates.

章节概要

全书共十章，按出版社的统计正文约565页，其后是章末习题答案（约三十页）、参考文献以及作者索引和主题索引。出版社把本书的目标描述为：向本科生、研究生以及来自人类遗传学等领域的新手，平衡地呈现理论与观察。每章末尾有小结和习题。下面的章名依据出版社的目录，各章的描述取自其小节标题和逐章概述。

第1章：遗传变异与表型变异

开篇一章介绍对自然群体中遗传变异的数量与结构进行观察和量化的方法。各节涉及表型变异（正态分布、均值与方差、中心极限定理、孟德尔式变异）、多因子遗传、变异的维持，以及分子群体遗传学，从等位酶到DNA多态性、限制性内切酶、PCR和单核苷酸多态性。

第2章：遗传变异的组织

本章考察单个和多个基因座上的随机交配，并确立思考变异数学模型的基本原则。它阐述哈迪–温伯格原理、平衡检验、对三个或更多等位基因及X连锁基因的推广，以及连锁与连锁不平衡，包括其成因和度量D′与r²。

第3章：随机遗传漂变

第3章介绍Wright–Fisher模型和扩散近似、亚分群群体中的漂变和有效群体大小，然后讲基因树与溯祖，包括考虑突变、群体增长和重组的溯祖模型，以及连锁不平衡作图等应用。

第4章：突变与中性理论

本章把突变加入漂变。内容包括不可逆与可逆突变、分子进化的中性理论、无限等位基因模型（Ewens抽样公式与Ewens–Watterson检验）、无限位点模型及Tajima's D和Fu与Li检验，以及突变与重组的关系。

第5章：达尔文选择

本章处理单倍体和二倍体生物中的选择，涉及平衡（超显性、杂合子劣势）、突变–选择平衡，以及更复杂的选择类型（频率依赖选择、性选择、亲缘选择、减数分裂驱动和上位性等）。最后讨论群间选择和有限群体中的选择，包括近中性理论和遗传搭车（genetic draft）。

第6章：近交、群体亚分群与迁移

本章解释近交系数及其遗传效应，群体亚分群与Wright的F统计量，Wahlund原理，选型交配，迁移（岛屿模型、迁移率估计）与迁移–选择平衡，以及由多位点基因型推断群体结构。

第7章：分子群体遗传学

这一章讲序列水平的分析：中性理论、序列分歧速率、分子钟、核苷酸与氨基酸替换的模式、McDonald–Kreitman检验和HKA检验、基因谱系、细胞器DNA的进化、分子系统发育学和多基因家族。

第8章：进化数量遗传学

本章从单个基因转向数量性状：遗传力与亲属间的相似性、人工选择、遗传模型、表型方差的组成、亲属间的协方差、反应规范与遗传相关、数量性状的进化，以及QTL作图。

第9章：群体基因组学

按出版社的说法，这是本版新增的一章，它在全基因组尺度上运用群体遗传学原理：基因组大小与组成、全基因组范围的多态性模式（包括搭车效应与背景选择之比较）、物种间差异、性选择与性染色体，以及转座元件。

第10章：人类群体遗传学

最后一章涉及人类多态性和HapMap计划等公共SNP资源、由SNP作出的推断、全基因组的连锁不平衡、群体结构、孟德尔疾病、复杂疾病风险的遗传基础（包括全基因组关联研究）、人类特有适应的信号，以及人类起源。

核心概念

第1–3章：变异、平衡与漂变

• 哈迪–温伯格原理：随机交配下预期的基因型比例，是后续各模型的基线。
• 连锁不平衡：不同基因座上等位基因的非随机关联。
• Wright–Fisher模型与溯祖：对有限群体中漂变的向前和向后两种描述。
• 有效群体大小：产生与真实群体相同漂变的理想化群体大小。

第4–6章：突变、选择与结构

• 中性理论：认为大量分子变异由突变与漂变塑造的观点。
• 选择与平衡：选择、突变和迁移之间的平衡。
• 近交系数与F统计量：偏离随机交配和群体亚分群程度的度量。

第7–10章：分子、数量、基因组与人类方面的应用

• 分子钟与中性检验：如Tajima's D和McDonald–Kreitman检验这样在序列数据中检测选择的工具。
• 遗传力：表型方差中可归因于遗传差异的份额。
• 搭车效应与背景选择：一个位点上的选择如何塑造与之连锁的位点上的变异。
• 全基因组关联：在整个基因组中扫描与疾病风险相关的变异。

评析

优点

• 理论与数据平衡。 出版社的介绍，以及Wolfgang Stephan发表在The Quarterly Review of Biology上的书评，都强调了理论与观察、经典与新近数据集及工具之间的平衡。
• 循序渐进。 第2–6章依次建立标准模型：随机交配、漂变、突变、选择与结构。后面关于分子数据、数量性状、基因组和人类的各章再运用这些模型。
• 溯祖理论居于全书中部。 基因树与溯祖出现在第3章，又在第4、6、7章回到视野，这反映了Stephan认为重塑了该领域的方法。
• 解题支持。 每章有小结和习题，书中附有约三十页的答案；出版社补充说，例题采用了真实数据。

局限

• 数学要求较高。 目录中包含扩散近似、抽样公式和溯祖模型，因此读者需要熟悉代数、微积分与概率。
• 基因组学内容已显陈旧。 本书出版于2007年，群体基因组学和人类两章（例如HapMap计划和全基因组关联研究）早于后来的测序项目。
• 篇幅大、内容密。 正文约565页、数十个编号小节，超过了一门短课程的容量，教师需要在各章之间取舍。
• 不适合作为第一门遗传学课。 出版社的对象是本科生、研究生以及其他领域的新手，但各模型用代数、微积分和概率展开，因此实际的起点是已学过一门遗传学课程。

在课程中的定位

本书是遗传学阅读清单中的群体遗传学专著教材。Slack的《Genes: A Very Short Introduction》和Thomas的《Introducing Genetics: From Mendel to Molecules》是温和的起点，Griffiths等人的《Introduction to Genetic Analysis》和Snustad与Simmons的《Principles of Genetics》是经典与分子遗传学的标准课程，提供了所需的先修知识。Brown的《Genomes 5》则在整个基因组层面讨论遗传学。

Hartl和Clark由此接着讲改变等位基因频率的进化过程。第9章以及第7、10章的部分内容与Brown书中的基因组层面材料相衔接，但Hartl和Clark的重点在于模型和统计推断，而不是基因组结构与表达。

如何使用本书

本书适合已修过遗传学课程、熟悉基础代数、微积分和概率的进化生物学、遗传学和人类遗传学方向的高年级本科生、研究生和研究人员。

实用的读法：

• 核心： 按顺序读第1–6章。其中包含所有其他内容要用到的模型。
• 接下来： 序列数据与中性检验读第7章，数量性状读第8章。
• 按兴趣选读： 基因组尺度的模式读第9章，人类方面的应用读第10章。
• 练习： 做每章末尾的习题并对照答案部分核对；先读章末小结，了解每章的用意。