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为什么研究群体遗传，为什么是现在？

第四版的《群体遗传学原理》提供了针对最新的群体遗传学的介绍。它适合相关领域（如人类遗传学）的所有学生如本科生和研究生，以及相关领域的新人。本书在理论与观察之间取得了平衡，并旨在优化其作为教辅工具的使用。我们强调了在真实数据上的批判性和分析性思考。因此，我们在章节中穿插了大量问题，以鼓励学生在学习过程中停下来思考一小会儿，想一想刚刚学习了什么，如何将所学应用到实际。

现代的群体遗传学经历了三次不同但相关的思想和技术革命，并因此得到了改造和振兴。一次革命是 概念性（conceptual） 的，它颠覆了群体遗传学理论。另一个革命是 实证性（empirical） 的，它为群体遗传学家提供了大量数据用于分析。而第三次革命是 计算性（computational） 的，它使概念的进步和新的数据结合在一起。

概念性的革命起源于溯祖理论（theory of coalescence），该理论建立了一个从进化史角度思考种群和基因的框架。这种看似简单的视角变化非常重要。因为存在于现有群体中的每个等位基因都来自于过去存在的等位基因，这意味着不论任何时候，从一个群体中提取得到的等位基因样本都包含了与等位基因进化历史有关的重要信息，也因此包含了与群体历史有关的信息。

实证性的革命源自基因组学，它以三种不同但至关重要的方式改变了群体遗传学。首先，是对多个基因组的完整DNA序列的确定，这包括人类基因组、关键模式生物基因组和许多近缘物种的基因组。其次，是使用DNA测序技术发现了整个基因组中的单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms，简称SNPs，读音作“snips”）。这种多态性非常重要，因为群体遗传学的目标之一就是理解遗传变异的进化与生物学意义。再次，是高通量、低成本的基因分型方法的开发，这些方法可以在成百上千的个体中对成百上千个SNP进行基因分型。这项技术为群体遗传学家在人和其他物种中鉴定影响复杂性状的基因奠定基础。这些复杂性状包括疾病的遗传风险因素、影响人类寄生虫或农业上重要的动植物的多基因性状的基因，以及成为自然选择目标的基因，包括那些影响身心发育，从而让我们区别于其他灵长类，成为一个“人”的遗传基因。

第三次革命是计算性的革命，这不仅包括数据处理能力的巨大提高，还包括互联网的爆炸式发展，而后者已经成为了许多研究人员之间交流的媒介，并为海量数据资源的存储提供了巨大方便。计算能力的提高导致了马尔可夫链蒙特卡罗模拟等方法的广泛应用，这使得最大似然法和贝叶斯方法能够在巨大的数据集上进行统计推断，不久前这样的计算规模是难以想象的。正如一位有见地的高中生所描述的统计数据，“所有未经处理的数据本身都是混乱的，而统计数据是一组方法的集合，通过这些方法，我们可以至少以一种有用且有意义的方式巧妙地组合和理解这种混乱。”为了最大化利用互联网上的数据资源，本文引用了许多重要的网络资源，这些资源将材料与现代群体遗传学的最新进展联系起来。

第1章考察了一系列观察现象，这些观察现象是驱动群体遗传学起源的基础。这包括孟德尔（Mendel）研究过的那种二分表型变异和令高尔顿（Galton）着迷的那种连续表型变异之间的明显脱节。本章讨论了遗传变异起源和维持的各种假设，以及一些能够在自然群体中发现并量化遗传变异遗传变异数量与结构的现代分子生物学方法。
第2章重点研究等位基因频率和基因型频率之间的关系，并特别强调随机交配。我们考虑了随机交配测试的统计缺陷，包括小样本量的情况，和在对整个基因组数十万个SNP进行大规模同时测试的情况。本章还讨论了连锁不平衡，包括其原因和衡量标准、为什么重要以及如何使用。
第3章在经典的Wright-Fisher模型的背景下考虑随机遗传漂移。我们讨论了导致随机遗传漂移的机制，并检查了扩散理论最初是如何被部署以获得关键的理论结果的。然后，我们介绍了溯祖（coalescence）的概念，并展示了这种方法如何特别适合于分子数据的分析。
第4章增加了突变，并为分子进化的中性理论奠定了基础。我们展示了突变和随机遗传漂移如何共同作用，以确定中性或接近中性等位基因的命运，我们还考虑了从稳定状态下的自然群体中提取的样本的特征。
第5章详细论述了达尔文选择的机制。本章总结了自然选择作用下基因频率变化动力学的理论基础和经验观察。我们发展了单倍体和二倍体示例以及平衡、稳定性和环境依赖（context dependence）的概念。我们不仅发展了经典的突变选择平衡模型，而且还考虑了许多其他形式的自然选择模型。
第6章研究了群体细分及其对亚群体间遗传变异分布的影响，包括用于估计这些影响的层次F统计。我们研究了人口细分背景下的迁移，以及最新的估计自然人口迁移率的方法。
第7章关注分子进化遗传学，这是目前理论和实验最活跃的领域之一。这一章的总主题是中性理论；我们仔细研究了数据和理论之间的对应关系。我们的目标是让学生牢牢掌握基本思想，并对原理有足够深入的理解，以确定我们知识中的重要差距。
第8章从进化的角度探讨了数量遗传学的含义。将数量遗传学用于进化研究的一个令人信服的论点是，适应性进化发生在表型水平上，而数量遗传学为我们理解表型性状的传递提供了工具。我们给予理论数量遗传学特别重要的地位，因为在表型和DNA序列水平上比较进化的效果时，常常会产生一些矛盾。
第9章是全新的。它涵盖了令人兴奋的群体基因组学领域，即在全基因组范围内分析群体遗传原理。其中包括对基因组大小和位置、全基因组多态性模式、连锁不平衡、进化差异、物种群体遗传学的各个方面的讨论，以及对转基因元件群体遗传学的扩展讨论。
第10章也是全新的，它展示了群体遗传学的原理是如何积极地应用于人类群体，以确定复杂疾病的遗传风险因素，并了解人类进化史和全球迁徙。

在整本书中，我们特别注意解释了理论模型背后的生物动机，以使模型不会凭空出现，并用简单的英语解释了结果的含义。在可能的情况下，我们使用实际数据，通过数值示例说明了许多概念。特殊的主题和例子通常作为问题框从文本中引出，其解决方案将逐步解释。每一章的结尾都有大约20个问题，按难易程度分级，并在文末给出了完整的解析。