Principles of Population Genetics（族群遺傳學原理）

引用

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

章節概要

全書共十章，按出版社的統計正文約565頁，其後是章末習題答案（約三十頁）、參考文獻以及作者索引和主題索引。出版社把本書的目標描述為：向大學部學生、研究生以及來自人類遺傳學等領域的新手，平衡地呈現理論與觀察。每章末尾有小結和習題。下面的章名依據出版社的目錄，各章的描述取自其小節標題和逐章概述。

第1章：遺傳變異與表型變異

開篇一章介紹對自然族群中遺傳變異的數量與結構進行觀察和量化的方法。各節涉及表型變異（正態分佈、均值與方差、中心極限定理、孟德爾式變異）、多因子遺傳、變異的維持，以及分子族群遺傳學，從等位酶到DNA多型性、限制性內切酶、PCR和單核苷酸多型性。

第2章：遺傳變異的組織

本章考察單個和多個基因座上的隨機交配，並確立思考變異數學模型的基本原則。它闡述哈溫原理、平衡檢驗、對三個或更多對偶基因及X連鎖基因的推廣，以及連鎖與連鎖不平衡，包括其成因和度量D′與r²。

第3章：隨機遺傳漂變

第3章介紹Wright–Fisher模型和擴散近似、亞分群族群中的漂變和有效族群大小，然後講基因樹與溯祖，包括考慮突變、族群增長和重組的溯祖模型，以及連鎖不平衡作圖等應用。

第4章：突變與中性理論

本章把突變加入漂變。內容包括不可逆與可逆突變、分子進化的中性理論、無限對偶基因模型（Ewens抽樣公式與Ewens–Watterson檢驗）、無限位點模型及Tajima's D和Fu與Li檢驗，以及突變與重組的關係。

第5章：達爾文選擇

本章處理單倍體和二倍體生物中的選擇，涉及平衡（超顯性、雜合子劣勢）、突變–選擇平衡，以及更復雜的選擇類型（頻率依賴選擇、性選擇、親緣選擇、減數分裂驅動和上位性等）。最後討論群間選擇和有限族群中的選擇，包括近中性理論和遺傳搭車（genetic draft）。

第6章：近交、族群亞分群與遷移

本章解釋近交係數及其遺傳效應，族群亞分群與Wright的F統計量，Wahlund原理，選型交配，遷移（島嶼模型、遷移率估計）與遷移–選擇平衡，以及由多位點基因型推斷族群結構。

第7章：分子族群遺傳學

這一章講序列水平的分析：中性理論、序列分歧速率、分子鐘、核苷酸與胺基酸替換的模式、McDonald–Kreitman檢驗和HKA檢驗、基因譜系、細胞器DNA的進化、分子系統發育學和多基因家族。

第8章：進化數量遺傳學

本章從單個基因轉向數量性狀：遺傳力與親屬間的相似性、人工選擇、遺傳模型、表型方差的組成、親屬間的協方差、反應規範與遺傳相關、數量性狀的進化，以及QTL作圖。

第9章：族群基因體學

按出版社的說法，這是本版新增的一章，它在全基因體尺度上運用族群遺傳學原理：基因體大小與組成、全基因體範圍的多型性模式（包括搭車效應與背景選擇之比較）、物種間差異、性選擇與性染色體，以及轉座元件。

第10章：人類族群遺傳學

最後一章涉及人類多型性和HapMap計劃等公共SNP資源、由SNP作出的推斷、全基因體的連鎖不平衡、族群結構、孟德爾疾病、複雜疾病風險的遺傳基礎（包括全基因體關聯研究）、人類特有適應的訊號，以及人類起源。

核心概念

第1–3章：變異、平衡與漂變

• 哈溫原理：隨機交配下預期的基因型比例，是後續各模型的基線。
• 連鎖不平衡：不同基因座上對偶基因的非隨機關聯。
• Wright–Fisher模型與溯祖：對有限族群中漂變的向前和向後兩種描述。
• 有效族群大小：產生與真實族群相同漂變的理想化族群大小。

第4–6章：突變、選擇與結構

• 中性理論：認為大量分子變異由突變與漂變塑造的觀點。
• 選擇與平衡：選擇、突變和遷移之間的平衡。
• 近交係數與F統計量：偏離隨機交配和族群亞分群程度的度量。

第7–10章：分子、數量、基因體與人類方面的應用

• 分子鐘與中性檢驗：如Tajima's D和McDonald–Kreitman檢驗這樣在序列資料中檢測選擇的工具。
• 遺傳力：表型方差中可歸因於遺傳差異的份額。
• 搭車效應與背景選擇：一個位點上的選擇如何塑造與之連鎖的位點上的變異。
• 全基因體關聯：在整個基因體中掃描與疾病風險相關的變異。

評析

優點

• 理論與資料平衡。 出版社的介紹，以及Wolfgang Stephan發表在The Quarterly Review of Biology上的書評，都強調了理論與觀察、經典與新近資料集及工具之間的平衡。
• 循序漸進。 第2–6章依次建立標準模型：隨機交配、漂變、突變、選擇與結構。後面關於分子資料、數量性狀、基因體和人類的各章再運用這些模型。
• 溯祖理論居於全書中部。 基因樹與溯祖出現在第3章，又在第4、6、7章回到視野，這反映了Stephan認為重塑了該領域的方法。
• 解題支援。 每章有小結和習題，書中附有約三十頁的答案；出版社補充說，例題採用了真實資料。

侷限

• 數學要求較高。 目錄中包含擴散近似、抽樣公式和溯祖模型，因此讀者需要熟悉代數、微積分與機率。
• 基因體學內容已顯陳舊。 本書出版於2007年，族群基因體學和人類兩章（例如HapMap計劃和全基因體關聯研究）早於後來的測序專案。
• 篇幅大、內容密。 正文約565頁、數十個編號小節，超過了一門短課程的容量，教師需要在各章之間取捨。
• 不適合作為第一門遺傳學課。 出版社的物件是大學部學生、研究生以及其他領域的新手，但各模型用代數、微積分和機率展開，因此實際的起點是已學過一門遺傳學課程。

在課程中的定位

本書是遺傳學閱讀清單中的族群遺傳學專著教材。Slack的《Genes: A Very Short Introduction》和Thomas的《Introducing Genetics: From Mendel to Molecules》是溫和的起點，Griffiths等人的《Introduction to Genetic Analysis》和Snustad與Simmons的《Principles of Genetics》是經典與分子遺傳學的標準課程，提供了所需的先修知識。Brown的《Genomes 5》則在整個基因體層面討論遺傳學。

Hartl和Clark由此接著講改變對偶基因頻率的進化過程。第9章以及第7、10章的部分內容與Brown書中的基因體層面材料相銜接，但Hartl和Clark的重點在於模型和統計推斷，而不是基因體結構與表達。

如何使用本書

本書適合已修過遺傳學課程、熟悉基礎代數、微積分和機率的進化生物學、遺傳學和人類遺傳學方向的大學高年級學生、研究生和研究人員。

實用的讀法：

• 核心： 按順序讀第1–6章。其中包含所有其他內容要用到的模型。
• 接下來： 序列資料與中性檢驗讀第7章，數量性狀讀第8章。
• 按興趣選讀： 基因體尺度的模式讀第9章，人類方面的應用讀第10章。
• 練習： 做每章末尾的習題並對照答案部分核對；先讀章末小結，了解每章的用意。