等位基因频率计算器 - Hardy-Weinberg 工具
根据基因型计数或直接输入等位基因，计算任意群体的等位基因频率、基因型频率和 Hardy-Weinberg 平衡。
输入基因型计数（AA、Aa、aa）或直接的等位基因计数，即可计算 p、q、预期基因型频率和卡方 HWE 检验。
等位基因频率计算器 - Hardy-Weinberg 工具
根据基因型计数或直接输入等位基因，计算任意群体的等位基因频率、基因型频率和 Hardy-Weinberg 平衡。
关于等位基因频率计算器
等位基因频率计算器是一款群体遗传学工具，用于计算描述群体内遗传变异的基本量：各等位基因的频率、各基因型的频率，以及群体是否处于 Hardy-Weinberg 平衡（HWE）。这些计算对于遗传学和进化生物学课程、临床遗传学、保护生物学，以及任何涉及群体层面 DNA 数据的研究都非常重要。
等位基因频率是群体遗传学中最基础、也最重要的汇总统计量。对于双等位基因系统——显性等位基因 A 和隐性等位基因 a——等位基因频率记作 p（A 的频率）和 q（a 的频率），并要求 p + q = 1。若从基因型计数出发，p = (2 × AA + Aa) / (2 × N)，其中 N 为二倍体个体总数。分母 2N 表示群体中的等位基因总数，因为每个二倍体个体携带两个拷贝。若直接使用等位基因计数，则 p = A / (A + a)，q = a / (A + a)。
基因型频率描述群体中三种二倍体基因型各占多少比例：AA（纯合显性）、Aa（杂合）和 aa（纯合隐性）。观察到的基因型频率就是各计数除以 N。Hardy-Weinberg 平衡下的预期基因型频率分别为 p²、2pq 和 q²，这是 Hardy-Weinberg 原理的预测。
Hardy-Weinberg 原理指出，在一个足够大、随机交配、没有突变、迁移、自然选择或遗传漂变的群体中，等位基因频率和基因型频率会代际保持不变。HWE 下的预期基因型数分别为 AA 的 p² × N、Aa 的 2pq × N 和 aa 的 q² × N。当观察到的基因型计数与这些期望值差异显著时，说明群体偏离了 HWE，这可能提示近交、群体分层、作用于该位点的自然选择，或实验数据中的分型错误。
卡方检验为判断偏离 HWE 的程度是否超过随机波动提供了正式的统计框架。检验统计量等于三个基因型类别中 (观察值 − 期望值)² / 期望值 的总和。由于自由度为 1（2 个等位基因、3 种基因型、1 个约束），在 p = 0.05 时的临界值为 3.841。卡方值低于 3.841 与 HWE 相符；高于该值则表明存在统计学显著偏离。
实际应用非常广泛。在临床遗传学中，对 SNP 进行 HWE 检验是标准质控步骤之一——对照组分型数据中若系统性偏离 HWE，往往提示批次效应或分型错误。在保护生物学中，小型或破碎化群体偏离 HWE 可能意味着近交衰退或遗传瓶颈。在法医遗传学中，HWE 假设是计算 DNA 图谱随机匹配概率的乘积规则基础。了解致病相关等位基因的 p 和 q 还能帮助流行病学家使用 2pq 公式估计携带者频率。
等位基因频率示例
展示基因型计数、等位基因频率和 Hardy-Weinberg 预期的真实群体场景。
| 群体 | p / q | HWE 评估 |
|---|---|---|
| 50 AA, 30 Aa, 20 aa (N=100) | p = 0.6500, q = 0.3500 | 预期：AA 42.25，Aa 45.50，aa 12.25。卡方 ≈ 7.14 — 偏离 HWE。 |
| 10 AA, 80 Aa, 10 aa (N=100) | p = 0.5000, q = 0.5000 | 以杂合子为主。预期：AA 25，Aa 50，aa 25。卡方 ≈ 36 — 明显偏离 HWE（杂合子过多）。 |
| 120 A 等位基因, 80 a 等位基因 | p = 0.6000, q = 0.4000 | 直接等位基因输入模式。N 估计为 100。预期：AA 36，Aa 48，aa 16。 |
| 3 AA, 2 Aa, 5 aa (N=10) | p = 0.4000, q = 0.6000 | 小群体。预期：AA 1.6，Aa 4.8，aa 3.6。样本量太小会使 HWE 检验不可靠。 |
如何使用等位基因频率计算器
- 选择输入方式：如果你有 AA、Aa 和 aa 的计数，请选“基因型计数”；如果你有每种等位基因的直接计数，请选“等位基因计数”。
- 对于基因型计数：输入纯合显性（AA）、杂合（Aa）和纯合隐性（aa）个体数。
- 对于等位基因计数：输入 A 等位基因和 a 等位基因的数量。你也可以输入总个体数，以获得按比例缩放的 HWE 预期计数。
- 点击“计算”。工具会显示 p、q、总 N、HWE 下的预期基因型数，以及（基因型输入时）用于判断 HWE 偏离的卡方检验。
- 点击“重置”可清空所有字段并开始新的计算。
等位基因频率计算器常见问题
在遗传学中，p 和 q 代表什么？
在双等位基因系统中，p 表示显性等位基因（A）的频率，q 表示隐性等位基因（a）的频率。它们始终相加等于 1（p + q = 1），因为该位点上的每个等位基因都只能是 A 或 a。等位基因频率的范围从 0（该等位基因缺失）到 1（该等位基因在群体中固定）。
什么是 Hardy-Weinberg 平衡？
Hardy-Weinberg 平衡（HWE）描述的是这样一种理论状态：群体中的等位基因和基因型频率在代际之间保持不变。它需要五个条件：群体足够大、随机交配、无突变、无迁移、无自然选择。在 HWE 下，预期基因型频率为 p²（AA）、2pq（Aa）和 q²（aa）。
为什么我的群体可能偏离 HWE？
HWE 偏离的常见原因包括近交（降低杂合度）、群体分层（遗传上不同亚群的混合）、位点上强烈的自然选择、近期迁移，或实验数据中的分型错误。纯合子过多通常提示近交；杂合子过多可能意味着群体分层或杂合子优势。
如何解读 HWE 的卡方检验？
卡方统计量衡量观察到的基因型数与预期基因型数之间的差异。自由度为 1 时，若数值低于 3.841，则在 5% 水平上不具有统计显著性（与 HWE 相符）。若高于 3.841，则表示显著偏离 HWE。注意，当样本量非常小（N < 20）时，卡方近似不可靠，建议使用精确检验。
我可以用这个计算器处理 X 连锁位点吗？
这里展示的标准 Hardy-Weinberg 公式适用于常染色体位点。对于 X 连锁位点，男性为半合子（只携带一个等位基因），因此男性隐性表型的频率等于 q，而不是 q²。X 连锁位点需要单独的 HWE 分析，不过从女性基因型计数计算等位基因频率（p 和 q）时，公式是相同的。
常见疾病变异的典型等位基因频率是多少？
在全基因组关联研究（GWAS）中发现的常见疾病相关 SNP，其次要等位基因频率（MAF）通常在 0.05 到 0.50 之间。罕见的孟德尔疾病变异频率可能远低于 0.01（1%）。隐性疾病的携带者频率等于 2pq，因此当隐性等位基因 q = 0.01 时，携带者频率约为 2 × 0.99 × 0.01 ≈ 2%。