基因型 · aiwiki.page

基因型是生物体或细胞的遗传组成，可以从整体上考察，也可以考察其基因组中的特定位置。在实际遗传学中，这个术语通常指基因组某个特定位置（即位点）上的等位基因组合，例如 $AA$ 、 $Aa$ 或 $aa$ 。基因型描述遗传信息；表型则描述由遗传和环境影响共同形成的、可观察或可测量的特征。这一区分是研究遗传和生物变异的基础。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

范围与术语

基因型的含义取决于问题所涉及的尺度。单个位点基因型表示一个位置上的等位基因；多位点基因型则表示多个位置上的等位基因。从更广义上说，生物体的基因型指其整体遗传组成。因此，在实验中被描述为“基因型相同”的两个生物体，可能只是在研究涉及的位点上相同，而非整个基因组都相同。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

一个位点不一定对应整个基因。它可以是脱氧核糖核酸上的一个位置、包含序列差异的一段区域，或其他基因组标记。因此，基因型既可以用抽象的等位基因符号表示，也可以用具体的序列信息表示。例如，在 DNA 碱基 C 和 T 为两种备选形式的位置上，双拷贝基因组中的基因型可以是 CC、CT 和 TT。(genome.gov)

基因型与基因组关系密切，但侧重点不同：基因组指完整的遗传物质；基因型描述其组成，通常着眼于比较中相关的差异。基因型本身并不说明这些差异会产生什么影响。有些变异会影响性状；另一些则作为标记使用，其功能影响尚未确定。(genome.gov)

等位基因组合与表示法

在二倍体生物中，大多数核基因组位点各有两个拷贝，分别位于一对同源染色体上。在这类位点上：

纯合基因型具有两个相同的等位基因，例如 $AA$ 或 $aa$ 。
杂合基因型具有两个不同的等位基因，例如 $Aa$ 。

这些描述针对的是特定位点：同一个体可以在一个位置上纯合，在另一个位置上杂合。杂合度也可用于描述一组位点上的遗传变异程度。(genome.gov)

在基础示例中，大写和小写字母常用来表示具有显性—隐性关系的等位基因。然而，显性关系是针对特定表型而言的等位基因间关系，并非基因型表示法必不可少的特征。C/T 这样的序列标签并不暗示显性关系。显性等位基因也不会仅仅因为具有显性就必然变得更常见。(ncbi.nlm.nih.gov)

常见的双字母表示法并不适用于所有情况。单倍体基因组在每个位点只有一个等位基因，而多倍体基因组的等位基因拷贝数可能超过两个。缺失和重复也会改变某个区域的拷贝数。在这些情况下，充分描述基因型时可能需要注明等位基因剂量或拷贝数，而不能只写一对符号。(ncbi.nlm.nih.gov)

基因型的遗传

经典的基因型遗传理论源自格雷戈尔·孟德尔的实验。在减数分裂过程中，典型二倍体位点上的两个等位基因会分离到不同的配子中。受精时，两个配子各自的等位基因结合，形成后代的基因型。(ncbi.nlm.nih.gov)

以两个杂合子杂交 $Aa \times Aa$ 为例，假设条件理想，每个亲本传递 $A$ 或 $a$ 的概率均为 $1/2$ 。因此，后代基因型的预期概率为

P(AA)=\frac14,\qquad P(Aa)=\frac12,\qquad P(aa)=\frac14.

预期的基因型比例为 $1:2:1$ 。如果针对所测性状， $A$ 完全显性，那么 $AA$ 和 $Aa$ 会表现出相同的显性表型，预期的表型比例为 $3:1$ 。这些比例是针对一组后代的概率预期，并不意味着每组四个后代都必须恰好符合这一比例。(ncbi.nlm.nih.gov)

在多个位点上，遗传方式取决于这些位点在染色体上的排列。自由组合适用于不连锁的位点；而遗传连锁则可能使相近的等位基因共同遗传。染色体交叉互换能够产生连锁等位基因的新组合。(ncbi.nlm.nih.gov)

基因型与表型

基因型与表型并非可以互换的概念。在完全显性的情况下，不同基因型可能产生相同的测量表型。反过来，某个位点基因型相同的生物体，也可能因环境影响或基因组其他位置存在差异而表现出不同表型。表型既包括生化和生理测量指标，也包括可见特征。(ncbi.nlm.nih.gov)

以下几种关系说明，基因型与表型之间并不存在普遍的一一对应关系：

**不完全显性：**杂合子的表型介于两种纯合子的表型之间。
**共显性：**杂合子的表型中可以分别辨认出两个等位基因所贡献的特征。
**上位性：**与一个基因相关的表型效应会受到一个或多个其他基因的修饰。
**环境效应：**生物体所处的条件会影响其性状的表达。(ncbi.nlm.nih.gov)

对于复杂性状，基因型信息有助于解释变异，但无法完整预测个体结果。许多基因组变异可能共同产生影响，而这些影响是在环境和生物学背景中发生的。基因型与性状之间的统计关联本身也不能证明所测变异具有因果作用：该变异也可能只是邻近因果区域的标记。(genome.gov)

单倍型与相位

单倍型是位于同一条染色体上的一组变异，它们往往共同遗传。多位点基因型指出了有哪些等位基因，但不一定说明哪些等位基因位于同一条染色体上。这种额外的排列信息称为相位。(genome.gov)

例如，一个体在两个位点上均为杂合，其多位点基因型为 $AaBb$ 。它的两条染色体拷贝可能分别携带单倍型 $AB$ 和 $ab$ ，也可能分别携带 $Ab$ 和 $aB$ 。等位基因的组成相同，但相位不同。在追踪连锁变异的遗传情况时，这一区别十分重要。(genome.gov)

变异调用格式使用数字编码等位基因。在其基因型字段中，0 表示参考等位基因，1 表示列出的第一个替代等位基因。因此，0/1 表示未定相的杂合基因型，而 0|1 表示已定相的基因型。“参考”是序列比较中的标签，并不代表生物学上的优越性、显性或祖先状态。(samtools.github.io)

基因型的确定

**基因分型**是确定样本中存在何种等位基因的过程。所用方法包括靶向检测、DNA 微阵列和DNA测序。微阵列通常检测预先设定的一组变异；测序则读取选定区域或整个基因组中的 DNA 碱基，并支持通过计算方法识别变异及等位基因组合。(genome.gov)

基因型判定结果是根据实验数据作出的推断。它不同于实际存在的生物学基因型，而且可能不确定或不准确。测序错误、覆盖度不足、技术偏倚以及难以解读的特定区域都可能影响判定结果。因此，数据格式会提供测序深度、基因型质量和基因型似然度等信息字段。基因型数据缺失不等于已确认该位点为参考基因型。(genome.gov)

取样组织也可能影响结果。在嵌合现象中，同一个体内存在基因组不同的细胞群体。因此，对嵌合变异而言，将个体描述为只有一个基因型可能并不充分；解释结果时必须考虑样本中包含的不同细胞群体。(genome.gov)

群体与研究中的基因型

群体遗传学区分等位基因频率与基因型频率。在一个具有两个等位基因的二倍体位点上，设 $p$ 为 $A$ 的频率， $q$ 为 $a$ 的频率，则 $p+q=1$ 。在哈代－温伯格平衡的假设下，预期基因型频率为

f(AA)=p^2,\qquad f(Aa)=2pq,\qquad f(aa)=q^2.

这些比例描述的是群体模型，并非针对一组特定亲本杂交的遗传概率。偏离该模型可能反映群体结构、非随机交配，或其他生物学和技术因素。(ncbi.nlm.nih.gov)

基因型数据可用于连锁作图、遗传变异比较和全基因组关联研究。关联研究会比较许多个体的基因组标记，以寻找与测量性状或疾病相关的变异。这些发现可以指出值得进一步研究的区域，但不一定能确定因果变异，也不一定能完整解释相关表型。(genome.gov)

历史发展

丹麦植物生理学家威廉·约翰森在其 1909 年出版的著作《精确遗传学原理》中引入了基因型、表型和基因这几个术语。他在 1903 年发表的豆类实验促成了这一概念区分：这些实验将稳定的遗传差异与纯系内部可观察特征的变异区分开来。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

约翰森所说的基因型是潜在的遗传组成，而不是 DNA 序列，因为当时尚不了解基因的分子本质。此后，染色体理论和分子遗传学的发展为这一概念赋予了日益具体的物理解释。现代用法保留了遗传组成与可观察性状之间的区别，同时也常以更狭义、可操作的方式使用基因型，指基因组特定位置上的等位基因组合。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)

参考来源

Genotypegenome.gov
Phenotypegenome.gov
Heterozygousgenome.gov
The holist tradition in twentieth century genetics. Wilhelm Johannsen's genotype conceptpmc.ncbi.nlm.nih.gov
Heredity, Genes, and DNAncbi.nlm.nih.gov
Genetics: Inheritance Patternsncbi.nlm.nih.gov
Mapping Genomesncbi.nlm.nih.gov
Epistasisgenome.gov
Haplotypegenome.gov
The VCF specificationsamtools.github.io
Genotyping and DNA Sequencing Methodsgenome.gov
Mosaicismgenome.gov