基因定位課件

1、基因組學(xué) Genomics第四章 基因定位10/13/20221.基因組學(xué) Genomics 4 基因定位4.1 基因的鑒定 4.2 主基因定位 4.3 QTL定位4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 10/13/20222.基因組學(xué) Genomics4 Mapping of genes4.1 基因的鑒定 基因定位（ Mapping of genes ）是指通過(guò)遺傳作圖的方法，確定基因與遺傳標(biāo)記之間的關(guān)系。 基因定位的前提，是要準(zhǔn)確地鑒定基因。10/13/20223.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 基因的廣義概念： 基因是具有某種功能的DNA片段，包括結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基

2、因，即包括能轉(zhuǎn)錄和不能轉(zhuǎn)錄的具有某種功能的DNA序列，其含義非常廣泛。 10/13/20224.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 分子遺傳學(xué)的概念： 基因是DNA的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA通過(guò)反轉(zhuǎn)錄可以合成cDNA，因此通常認(rèn)為一個(gè)cDNA相當(dāng)于一個(gè)基因。但是，目前大多數(shù)cDNA的功能尚不知道，因此這種基因是通過(guò)轉(zhuǎn)錄來(lái)識(shí)別的。 DNARNA轉(zhuǎn)錄10/13/20225.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 孟德爾遺傳學(xué)的概念： 基因是控制某一性狀的遺傳因子?；蚴峭ㄟ^(guò)表現(xiàn)型來(lái)識(shí)別的，即表現(xiàn)型是基因型控制的，通過(guò)表現(xiàn)型可以分析

3、基因型。10/13/20226.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 主效基因和微效基因： 從孟德爾遺傳學(xué)的基因概念來(lái)看，基因型是通過(guò)表現(xiàn)型來(lái)認(rèn)識(shí)的，根據(jù)基因?qū)Ρ憩F(xiàn)型影響的大小，通常把基因劃分為主效基因（major gene）和微效基因（minor gene） 。10/13/20227.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 主效基因: 又稱主基因，是一類控制質(zhì)量性狀的基因，其性狀表現(xiàn)為不連續(xù)的變異。微效基因: 是一類控制數(shù)量性狀的基因，因此通常稱為數(shù)量性狀座位（quantitative trait locus，QTL），其性狀表現(xiàn)

4、為連續(xù)的變異。 10/13/20228.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.1 基因的概念 基因座位與等位基因： 基因座位（locus）：基因在遺傳圖上的位置。 等位基因（allele）：在相同的基因座上，兩種或多種變異基因之一。 由兩個(gè)以上等位基因組成的一組等位基因稱為復(fù)等位基因（multiple alleles）。A B CA1 B1 C1A2 B2 C210/13/20229.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.2 遺傳分析 判斷某一性狀是否由主基因控制和受多少對(duì)基因控制，首先需要對(duì)該性狀作遺傳分析。遺傳分析的基本方法是： （1）選擇具有相對(duì)性狀的兩個(gè)

5、親本雜交； （2）在F1中觀察該性狀屬于完全顯性，還是不完全顯性； （3）在F2中分析分離群體中相對(duì)性狀的分離。 10/13/202210.基因組學(xué) Genomics4.1 基因的鑒定 4.1.3 等位性測(cè)定 由于有些基因已經(jīng)定位，因此在基因定位之前，需要做基因的等位性（allelism）測(cè)定，以明確要定位的基因尚沒(méi)有定位。基因的等位性測(cè)定的基本方法是： （1）查閱有關(guān)文獻(xiàn)，了解該性狀目前的研究情況，包括該性狀已發(fā)現(xiàn)多少個(gè)基因，哪些基因已定位等。 （2）如果不知道要定位的基因與已定位的基因之間的關(guān)系，但它們的表現(xiàn)型相同，則存在它們是同一個(gè)基因的可能性，需要確定它們之間的關(guān)系。 10/13/20

6、2211.基因組學(xué) Genomics4 Mapping of genes4.2 主基因定位 基因定位通常指的是主基因的定位。而微效基因的定位通常用專有名詞QTL定位。10/13/202212.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.1 基因定位的原理 無(wú)論是遺傳標(biāo)記還是基因，都在染色體上占有它們的座位，而這些座位都是DNA的一個(gè)片段，因此從座位上看，它們并沒(méi)有什么區(qū)別。通過(guò)遺傳圖譜的構(gòu)建，很多分子標(biāo)記在染色體上的位置已經(jīng)確定，因此只要確定基因與分子標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系，就可以確定基因在染色體上的位置。10/13/202213.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.1

7、 基因定位的原理 分子標(biāo)記是通過(guò)它們產(chǎn)生的帶型來(lái)識(shí)別的，而基因是通過(guò)它們產(chǎn)生的表現(xiàn)型來(lái)識(shí)別的。因此與前面講述的遺傳作圖不同，基因定位既要分析分子標(biāo)記的帶型，又要分析基因型產(chǎn)生的表現(xiàn)型。基因定位的基本原理是通過(guò)分析分子標(biāo)記與表現(xiàn)型之間的連鎖關(guān)系，確定基因在遺傳圖譜中的位置。Zhang et al. 1996, TAG10/13/202214.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.2 表型分析 作圖群體的發(fā)展： 作圖群體是基因定位中不可缺少的試驗(yàn)材料。作圖群體的基本要求是： （1）雙親具有相對(duì)性狀的差異； （2）雙親應(yīng)具有較高程度的多態(tài)性，以便找到緊密連鎖的分子標(biāo)記； （3）作圖群

8、體的大小應(yīng)符合要求； （4）作圖群體中相對(duì)性狀的分離應(yīng)符合孟德爾規(guī)律。 10/13/202215.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.2 表型分析 表型測(cè)定： 在基因定位中，目的基因的基因型是通過(guò)它的表現(xiàn)型來(lái)確定的，因此表現(xiàn)型測(cè)定是決定基因定位質(zhì)量的關(guān)鍵。表型測(cè)定要求： （1）由于作圖群體較大，表型分析通常在自然條件下進(jìn)行，必須使作圖群體生長(zhǎng)正常，并且應(yīng)減少個(gè)體間的試驗(yàn)誤差； （2）應(yīng)以雙親和F1為對(duì)照，并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)； （3）表型測(cè)量要準(zhǔn)確。表型在測(cè)量和辨別過(guò)程中通常容易出現(xiàn)誤差，必須統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，并由熟練的人員操作； （4）必須采取基因?qū)Ｒ恍缘臋z測(cè)方法，如特定的菌種、花粉育性

9、等。 10/13/202216.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.2 表型分析 表型數(shù)據(jù)的整理： 原始的表現(xiàn)型數(shù)據(jù)都是通過(guò)一定的測(cè)量方法獲得的，具有特定的單位，如長(zhǎng)度、重量、百分比等。由于質(zhì)量性狀的特點(diǎn)，作圖群體一般表現(xiàn)為不連續(xù)的分布，因此可以將作圖群體分成若干個(gè)組。為了滿足作圖軟件的需要，分別用不同的數(shù)字代表不同組的表現(xiàn)型，并與標(biāo)記基因型的數(shù)值相一致。 10/13/202217.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.2 表型分析 表現(xiàn)型數(shù)字化轉(zhuǎn)換的規(guī)定是： 1-親本1的純合基因型（aa） 2-雜合體（ab） 3-親本2的純合基因型（bb）對(duì)于顯性帶型而言：

10、 4-非親本1純合基因型（ab或bb），即親本2的表現(xiàn)型為顯性； 5-非親本2純合基因型（ab或aa），即親本1的表現(xiàn)型為顯性； 0-缺資料10/13/202218.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 已定位標(biāo)記的利用： 通過(guò)遺傳圖譜的構(gòu)建，很多分子標(biāo)記在染色體上的位置已經(jīng)確定，因此只要找到與基因連鎖的分子標(biāo)記，就可以確定基因在染色體上的位置。這類標(biāo)記有RFLP標(biāo)記和SSR標(biāo)記等。 已定位標(biāo)記的利用，通常是從現(xiàn)有的遺傳圖譜中，按一定距離均勻選取分子標(biāo)記。 1）親本多態(tài)性的分析，篩選出具有多態(tài)性的分子標(biāo)記； 2）作圖群體的標(biāo)記基因型分析，找到與目的基因連鎖的

11、分子標(biāo)記。 10/13/202219.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 未定位標(biāo)記的利用： 有些分子標(biāo)記是隨機(jī)標(biāo)記，如RAPD和AFLP標(biāo)記等， 這類標(biāo)記通常沒(méi)有確定在染色體上的位置，因此每次使用都是隨機(jī)的。利用隨機(jī)標(biāo)記只能以隨機(jī)的方式，從大量的標(biāo)記中篩選出與目的基因連鎖的分子標(biāo)記。 10/13/202220.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 混合池分析： 混合池（bulk）分析是快速篩選出與目的基因連鎖的分子標(biāo)記的一種方法。這是Michelmore RW, etal. （1991）首創(chuàng)的。無(wú)論是已定位標(biāo)記還是未定

12、位標(biāo)記，都要利用作圖群體才能確定它們與目的基因的連鎖關(guān)系，而作圖群體通常都比較大，因此篩選與目的基因連鎖的分子標(biāo)記的工作量非常大。利用混合分析，可以大大地減少這方面的工作量。 10/13/202221.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 混合池的組成： “混合池”由作圖群體中具有相同相對(duì)性狀個(gè)體的DNA組成。在作圖群體中，通常選擇具有同一相對(duì)性狀的10-20個(gè)體的DNA組成一個(gè)混合池。這樣，在一個(gè)作圖群體中，兩個(gè)相對(duì)性狀各自組成一個(gè)混合池。理論上，兩個(gè)不同相對(duì)性狀的混合池除了目的基因的基因型不同外，其余基因型是相同的。因此有些人把相對(duì)性狀的兩個(gè)混合池稱為“

13、近等基因池” 。組成混合池的個(gè)體，應(yīng)具有典型的表型。 10/13/202222.基因組學(xué) GenomicsR/Rr/rRrP:F2:F1:Rr10/13/202223.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 混合池的利用： 在實(shí)際利用中，兩個(gè)混合池通常與兩個(gè)親本一起做分子標(biāo)記的分析。當(dāng)兩個(gè)親本的帶型有差異，而兩個(gè)混合池的帶型無(wú)差異時(shí)，表明該標(biāo)記與目的基因不連鎖；當(dāng)兩個(gè)親本的帶型有差異，而兩個(gè)混合池的帶型也有相應(yīng)的差異時(shí)，表明該標(biāo)記與目的基因可能存在連鎖關(guān)系。 通過(guò)混合池的利用篩選出可能與目的基因存在連鎖關(guān)系的標(biāo)記后，還要利用整個(gè)作圖群體做連鎖分析，才能確定它們

14、之間的連鎖關(guān)系。 10/13/202224.基因組學(xué) GenomicsRr P1 P2 R S P1 P2 R S分子標(biāo)記與基因無(wú)連鎖分子標(biāo)記與基因連鎖or10/13/202225.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 近等基因系的利用：近等基因系的建立：近等基因系的建立通常采用連續(xù)回交的方法進(jìn)行。選擇具有相對(duì)性狀差異的兩個(gè)親本雜交，然后用帶有隱性性狀的親本作輪回親本回交。在每一分離世代對(duì)目的基因加以選擇，經(jīng)過(guò)回交7-8代以上，才能選育成近等基因系。近等基因系除目的性狀外，其它性狀應(yīng)與輪回親本相似。 10/13/202226.基因組學(xué) Genomics4.2

15、 主基因定位 4.2.3 分子標(biāo)記的分析 近等基因系在基因定位中的利用： 由于近等基因系除目的基因外，其遺傳背景與輪回親本相似，利用近等基因系作基因定位確實(shí)是理想的材料。近等基因系通常用作親本之一，用于發(fā)展作圖群體。 1）近等基因系的表現(xiàn)型不受復(fù)雜的遺傳背景的干擾，其表現(xiàn)比較真實(shí)，能較真實(shí)地反映基因效應(yīng)的大小。 2）利用近等基因系和輪回親本一起做分子標(biāo)記分析，一旦篩選出多態(tài)性的分子標(biāo)記，該標(biāo)記就很可能與目的基因連鎖，從而減少連鎖標(biāo)記篩選的工作量。 10/13/202227.基因組學(xué) GenomicsNILChr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12水稻近等基因系的導(dǎo)入片段分析

16、10/13/202228.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.4 遺傳作圖 篩選出與目的基因連鎖的分子標(biāo)記后，表明目的基因與該標(biāo)記連鎖。如果所用的分子標(biāo)記已定位，則基因所在的位置也已知道。如果所用的分子標(biāo)記尚未定位，則基因所在的位置還不知道。在這種情況下，需要對(duì)連鎖的分子標(biāo)記定位。 10/13/202229.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.4 遺傳作圖 連鎖分析： 基因定位的基本方法是確定表現(xiàn)型與已定位標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系。把表現(xiàn)型和標(biāo)記基因型都按統(tǒng)一的規(guī)定轉(zhuǎn)換為數(shù)值，并把它們整合在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)Mapmarker軟件，可以分析它們之間的連鎖關(guān)系 10

17、/13/202230.基因組學(xué) Genomics 水稻抗白葉枯病基因xa-13的定位資料10/13/202231.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.4 遺傳作圖 隨機(jī)標(biāo)記的定位： 隨機(jī)標(biāo)記定位的策略是利用己知標(biāo)記來(lái)定位未知標(biāo)記。利用己知標(biāo)記來(lái)定位未知標(biāo)記的最佳方案是利用永久性作圖群體。分析隨機(jī)標(biāo)記在永久性作圖群體中的分離，并將數(shù)據(jù)加到永久性作圖群體作圖時(shí)已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，再做遺傳作圖，就可以確定隨機(jī)標(biāo)記在遺傳圖譜中的位置。因此，永久性作圖群體是隨機(jī)標(biāo)記定位的重要工具。 10/13/202232.基因組學(xué) Genomics水稻DH群體構(gòu)建的遺傳圖譜10/13/202233.基因

18、組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.4 遺傳作圖 精細(xì)定位 （fine mapping）： 在基因定位中，找到已定位的分子標(biāo)記，只是完成了基因的粗定位，即只知道基因的大概位置，這對(duì)于基因定位來(lái)說(shuō)是不完善的。基因精細(xì)定位，就是在基因粗定位的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善基因定位的工作?；蚓?xì)定位的目標(biāo)，對(duì)于不同的目的有不同的要求。 精細(xì)定位是基因圖位克隆的基礎(chǔ)。10/13/202234.基因組學(xué) Genomics4.2 主基因定位 4.2.4 遺傳作圖 The linkage map (a), physical map (b) and ORF prediction (c) of locus

19、S-b on rice chromosome 5 李文濤等，2006，科學(xué)通報(bào)10/13/202235.基因組學(xué) Genomics4 Mapping of genes4.3 QTL定位 QTL（quantitative trait locus）稱為數(shù)量性狀基因座位。由于這類基因控制數(shù)量性狀，并且表現(xiàn)為微小效應(yīng)，因此難以用主基因定位的方法來(lái)定位。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的不斷發(fā)展，QTL定位的方法也日趨成熟。10/13/202236.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.1 概況 生物性狀的形成取決于兩方面的因素，一是親本的基因型，一是環(huán)境條件的影響。因此，表現(xiàn)型是基因型和環(huán)境條件共同作

20、用的結(jié)果。 P = G + E 其中，P表示表現(xiàn)型值，G表示基因型值，E表示環(huán)境條件引起的變異。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，數(shù)量性狀的表現(xiàn)型值中，由環(huán)境條件引起的變異更大。 10/13/202237.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.1 概況 在傳統(tǒng)的遺傳分析中，通常是分析數(shù)量性狀的表現(xiàn)型值中，基因型值所占的比率，以便評(píng)價(jià)數(shù)量性狀遺傳力的大小，或者是通過(guò)雙列分析等方法，估計(jì)控制數(shù)量性狀的基因?qū)?shù)，但難以確定控制數(shù)量性狀的基因所在染色體上的位置。 分子標(biāo)記的出現(xiàn)，為QTL定位提供了有力的手段。 10/13/202238.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.2 基本方法 按采

21、用的標(biāo)記數(shù)目分類: 單標(biāo)記法 相鄰雙標(biāo)記法 多標(biāo)記法 10/13/202239.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.2 基本方法 按使用的統(tǒng)計(jì)方法分類: 方差分析法 回歸分析法 最大似然分析法 10/13/202240.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.2 基本方法 按作圖所用區(qū)間數(shù)分類: 零區(qū)間作圖法 單區(qū)間作圖法 多區(qū)間作圖法 10/13/202241.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 單標(biāo)記方差分析法（single marker ANOVA（analysis of variance）是Thoday （1961

22、）提出的。 10/13/202242.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 基本假定: 基因型分別為M1M1Q1Q1和M2M2Q2Q2的兩親本雜交，F(xiàn)1的基因型為M1M2Q1Q2，F(xiàn)1產(chǎn)生4種配子M1Q1、M1Q2、M2Q1、M2Q2。其中，M1Q1和M2Q2的配子為親本型，其頻率為1/2（1-r）；M1Q2和M2Q1的配子為重組型，其頻率為1/2（r）。 10/13/202243.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 M1Q1 M2Q2 M1Q2M2Q1 (1-r) (1-r) (r) (r) M1Q1 (1-r)2

23、 (1-r)2 r(1-r)r(1-r) (1-r) M2Q2 (1-r)2 (1-r)2 r(1-r)r(1-r) (1-r) M1Q2r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r) M2Q1r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r) M1 Q1 M2 Q2 M1 Q1 M2 Q2 M1 Q1 M2 Q210/13/202244.基因組學(xué) Genomics作圖群體的基因型頻率（pij） : jQ1Q1 Q1Q2 Q2Q2 Mean i M1M1 （1-r）2 2r（1-r） r2 m1 M1M2r（1-r） r2+（1-r）2 r（1-r） m2 M2M2r2 2r（1-r） （1-r）

24、2 m3 M1Q1 M2Q2 M1Q2M2Q1 (1-r) (1-r) (r) (r) M1Q1 (1-r)2 (1-r)2 r(1-r)r(1-r) (1-r) M2Q2 (1-r)2 (1-r)2 r(1-r)r(1-r) (1-r) M1Q2r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r) M2Q1r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r)10/13/202245.基因組學(xué) Genomics基因型的效應(yīng)值（gj） : 效應(yīng)值： -d 0 h d 基因型： Q2Q2（P2） 1/2（P1+P2） Q1Q2 Q1Q1（P1） 10/13/202246.基因組學(xué) Genomics4.3 QT

25、L定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 平均數(shù)的估算:平均數(shù)按以下公式計(jì)算： mi = pijgj 式中，pij為基因型頻率，gj為基因型效應(yīng)值。 10/13/202247.基因組學(xué) Genomics按該公式計(jì)算，F(xiàn)2群體中分子標(biāo)記座位上各種基因型的平均數(shù)為： m1 = (1-r)2d + 2r(1-r)h + r2(-d) = (1-2r)d + 2r(1-r)h m2 = r(1-r)d + r2 + (1-r)2h + r(1-r) (-d) = r2 + (1-r)2h m3 = r2d + 2r(1-r)h + (1-r)2(-d) = -(1-2r)d + 2r(1-r)h假定: d

26、 h dh 0當(dāng)r=0.5，即M與Q不連鎖時(shí)， m1 = 1/2h m2 = 1/2hm3 = 1/2h即，mi = mk。mk為某一分子標(biāo)記基因型效應(yīng)值的平均數(shù)。 反過(guò)來(lái)，如果mi = mk，則r = 0.5，即表明M與Q不存在連鎖關(guān)系；如果mi mk，則r 0.5，即表明M與Q存在連鎖關(guān)系。 10/13/202248.基因組學(xué) Genomics標(biāo)記與性狀關(guān)聯(lián)的檢測(cè) :4.3 QTL定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 資料的整理： 標(biāo)記基因型 株號(hào)M1M1M1M2M2M2 1 2 3 株數(shù)（ni） n1 n2 n3 表型值（mi） m1 m2 m310/13/202249.基因組學(xué) Geno

27、mics 不同基因型的均值（mi）之間的差異來(lái)源于：（1）基因型的效應(yīng)；（2）環(huán)境的影響。因此，需要對(duì)這些資料作組內(nèi)觀察值不等的單因素的方差分析。 變異來(lái)源DF SS MS F 標(biāo)記基因型間k-1 SSt MStMSt/MSe 試驗(yàn)誤差（ni-1） SSe MSe 總計(jì)ni-1 SST 當(dāng)FF0.05時(shí)，平均數(shù)間的差異顯著，即mi mk，表明M與Q存在連鎖關(guān)系。當(dāng)FF0.05時(shí)，平均數(shù)間的差異不顯著，即mi=mk，表明M與Q不存在連鎖關(guān)系。10/13/202250.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.3 單標(biāo)記方差分析法 重組率及遺傳參數(shù)的估計(jì) :根據(jù)上述的假定，親本和F2的

28、QTL基因型的效應(yīng)值分別為： Q1Q1=d（P1）Q2Q2=-d（P2）m1 = (1-2r)d + 2r(1-r)hm2 = r2 + (1-r)2hm3 = -(1-2r)d + 2r(1-r)h建立聯(lián)立方程：P1 P2 = 2d（1） m1 m3 = 2（1-2r）d （2） 10/13/202251.基因組學(xué) Genomics P1 P2 = 2d（1） m1 m3 = 2（1-2r）d （2） m1 m3 L = = 1-2r P1 P2式中，L定義為m1m3與P1P2的比值。 1 m1m3 2 VL = Vm1-m3 + VP1-P2 （P1-P2）2 （P1-P2）210/13/

29、202252.基因組學(xué) Genomics重組率的估算 :根據(jù)上述公式m1 m3 L = = 1-2r P1 P2得到:r = 1/2（1-L）r為重組率的估計(jì)值； Vr = 1/4 VL Vr為重組率估計(jì)值的方差 。10/13/202253.基因組學(xué) Genomics加性效應(yīng)值的估算 :根據(jù)（2）式 m1 m3 = 2（1-2r）d ： m1 m3d = 2（1-2r）d為基因加性效應(yīng)的估計(jì)值； 1Vd = Vm1-m3 4（1-2r）2Vd為基因加性效應(yīng)估計(jì)值的方差。10/13/202254.基因組學(xué) Genomics顯性效應(yīng)值的估算: m2-1/2（m1-m3） h = （1-2r）2h為

30、顯性效應(yīng)的估計(jì)值; 1 Vh = Vm2 - 1/2 m1 - 1/2 m3 （1-2r）4Vh為顯性效應(yīng)估計(jì)值的方差。10/13/202255.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 QTL分析的發(fā)展方向： 把復(fù)雜性狀變?yōu)楹?jiǎn)單性狀； 把多基因分解為單基因（單一孟德爾因子）； 把數(shù)量性狀變成質(zhì)量性狀。Q1 Q2 Q310/13/202256.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 利用永久性作圖群體作QTL分析的優(yōu)勢(shì)在于： （1）以品系為分離單元，使數(shù)量性狀的測(cè)量比較準(zhǔn)確。 （2）可以在試驗(yàn)中設(shè)置重復(fù)，以減少試驗(yàn)誤差。

31、 （3）可以進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)基因與環(huán)境的互作關(guān)系。 永久性作圖群體的利用 10/13/202257.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 AB-QTL（advanced backcross QTL）分析，即高世代回交QTL分析，是把QTL分析的世代推遲到BC2或BC3的一種QTL分析方法。這種方法能更好地鑒定和利用QTL，特別適用于從野生型等非優(yōu)良材料中鑒定優(yōu)良的QTL，并轉(zhuǎn)移到優(yōu)良的育種品系中。 AB-QTL分析AB-QTL10/13/202258.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 AB-QTL分析的優(yōu)點(diǎn)

32、是： （1）與低世代群體，或稱平衡群體（F2、BC1等）相比，AB群體中個(gè)體的基因型（及表現(xiàn)型）與優(yōu)良的親本（輪回親本）更加相似，使產(chǎn)量等數(shù)量性狀的測(cè)量更加準(zhǔn)確。 （2）在遠(yuǎn)緣雜交的低世代群體中，通常會(huì)出現(xiàn)一些不良的性狀（如不育性、落粒等），因此影響了對(duì)數(shù)量性狀的測(cè)量。在AB群體的發(fā)展過(guò)程中，逐步淘汰一些來(lái)自供體的不良性狀， 使AB群體的數(shù)量性狀表現(xiàn)更加正常。 （3）由于AB群體中，供體的基因頻率較低，因此供體基因型之間的相互作用（上位性作用）較小，因此供體中的QTL轉(zhuǎn)移到受體后，其效應(yīng)值變化不大。 （4）再增加回交次數(shù)，可以較容易地獲得近等基因系，即QTL-NIL。這些QTL-NIL可以進(jìn)行

33、重復(fù)的田間試驗(yàn)。 （5）由于多次回交，在減數(shù)分裂過(guò)程中有更多的機(jī)會(huì)發(fā)生重組，因此QTL與不良基因之間的連鎖關(guān)系容易打破，可以更好地利用QTL。 10/13/202259.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 次級(jí)作圖群體是利用近等基因系（near-isogenic line，NIL）、導(dǎo)入系（introgression line，IL）、染色體片段代換系（chromosomal segment subsititution line，CSSL）等次級(jí)品系發(fā)展的次級(jí)作圖群體。次級(jí)作圖群體在QTL分析中得到廣泛的利用，通常稱為 QTL-NIL、IL-QTL等。

34、 次級(jí)作圖群體的利用10/13/202260.基因組學(xué) Genomics初級(jí)作圖群體非永久性次級(jí)作圖群體永久性作圖群體F2、BC1等DH、RI等非單片段單片段SSSLNIL、CSSL等4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 10/13/202261.基因組學(xué) Genomics4.3 QTL定位 4.3.4 QTL定位的新策略 （1）具有永久性群體的特點(diǎn)，可以反復(fù)使用，排除了環(huán)境的影響。 （2）由于每個(gè)品系與輪回親本的遺傳背景十分相似，排除了遺傳背景的干擾，因此QTL表型分析的結(jié)果較準(zhǔn)確。 （3）由于每個(gè)品系只帶有來(lái)自供體親本的很小部分，通常只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)片段，可以把控制同一數(shù)量

35、性狀的多個(gè)QTL進(jìn)行分解，即把多基因分解為單一的孟德爾因子，使復(fù)雜性狀簡(jiǎn)單化，因此大大地提高了QTL分析的準(zhǔn)確度和可靠性。 利用次級(jí)作圖群體的優(yōu)勢(shì)：10/13/202262.基因組學(xué) Genomics4 Mapping of genes4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 基因定位的目的是為了更好地利用基因。分子標(biāo)記輔助選擇(Marker-assisted selection，MAS)就是利用與基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，對(duì)目的基因進(jìn)行輔助選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因的有效利用。10/13/202263.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.1 基本的原理和條件 分子標(biāo)記輔助選擇(Marker-

36、assisted selection，MAS)就是利用與基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，輔助選擇目的基因的基因型。 在分子標(biāo)記輔助選擇中，直接選擇的是分子標(biāo)記的基因型，而不是目的基因的基因型，因此利用分子標(biāo)記選擇目的基因的基因型，只是起輔助選擇的作用。當(dāng)分子標(biāo)記與目的基因緊密連鎖時(shí)，通過(guò)選擇分子標(biāo)記的基因型，可以有效地選擇到目的基因的基因型。但當(dāng)分子標(biāo)記與目的基因之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，通過(guò)分子標(biāo)記的基因型選擇目的基因的基因型的效果就變得較差。分子標(biāo)記輔助選擇的效果取決于連鎖的緊密程度。 標(biāo)記與基因的關(guān)系10/13/202264.基因組學(xué) Genomics水稻特異親和基因S-c的分子標(biāo)記輔助選擇10/13/

37、202265.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.1 基本的原理和條件 為了提高分子標(biāo)記輔助選擇的準(zhǔn)確率，不但要選擇與目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，而且還要利用目的基因兩側(cè)的分子標(biāo)記。假如某一分子標(biāo)記與目的基因的距離為5cM，側(cè)該標(biāo)記與基因之間的重組率約為5%，意味著利用該標(biāo)記選擇目的基因的誤差率約為5%。如果某基因兩側(cè)各有一個(gè)分子標(biāo)記，其距離均為5cM，側(cè)兩標(biāo)記與目的基因之間同時(shí)發(fā)生交換的頻率為: 5 % x 5% = 0.025 % 考慮到交換之間的干擾，利用這兩個(gè)標(biāo)記選擇基因的誤差率應(yīng)少于0.025%。這樣的誤差率是符合育種要求的。 10/13/202266.基因組

38、學(xué) Genomics抗 感 雜 雜 雜 感 雜 抗 感 雜 抗 雜 雜 抗 感分離群體分子標(biāo)記輔助選擇抗性鑒定結(jié)果10/13/202267.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.1 基本的原理和條件 分子標(biāo)記主要有兩類，即RFLP標(biāo)記和以PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記。過(guò)去用得較多的是RFLP標(biāo)記，但RFLP標(biāo)記在技術(shù)上比較復(fù)雜，在育種中難以利用。以PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記，如STS和SSR等，主要利用的是PCR技術(shù)，具有方法簡(jiǎn)單、時(shí)間短、費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)，適合育種上的要求。因此，建立以PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記輔助選擇的技術(shù)體系，將使分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)得到切實(shí)可行的利用。 MAS在育種

39、上利用的基本條件10/13/202268.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.2 以PCR為基礎(chǔ)的MAS 目前已經(jīng)定位的基因主要是利用RFLP標(biāo)記進(jìn)行的，許多基因雖然已經(jīng)定位，但卻難以在育種中利用。為了使這些基因在育種中得到利用，首先需要把RFLP標(biāo)記轉(zhuǎn)變?yōu)镻CR標(biāo)記。 RFLP標(biāo)記轉(zhuǎn)變?yōu)镻CR標(biāo)記10/13/202269.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.2 以PCR為基礎(chǔ)的MAS 把RFLP標(biāo)記轉(zhuǎn)變?yōu)橐訮CR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記，就是把RFLP標(biāo)記轉(zhuǎn)變?yōu)樾蛄袠?biāo)簽位點(diǎn)(Sequence tagged site，STS)標(biāo)記。這個(gè)過(guò)程包括： （1）

40、對(duì)RFLP標(biāo)記（長(zhǎng)度約為0.5-2.5kb）進(jìn)行末端測(cè)序，測(cè)序的末端長(zhǎng)度通常為100bp-300bp。 （2）利用測(cè)序的末端序列設(shè)計(jì)PCR引物，PCR引物設(shè)計(jì)的原則與前述的相同。 （3）利用上述設(shè)計(jì)的PCR引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增的產(chǎn)物即為STS標(biāo)記。STS標(biāo)記與原RFLP標(biāo)記具有相同的座位，其片段長(zhǎng)度比RFLP標(biāo)記的長(zhǎng)度略短。 STS 標(biāo)記10/13/202270.基因組學(xué) Genomics Forward primer5 GTCGACC TGCAGGTTTA GTCTAGACTC TAGAGGGACGTGCCATCTCT CGAGAGCGTG TGTGTGATGA AATGTTGCTTTT

41、TGGATCTT GCTGGCTTGA TTTGGGCCTT AATCTAATGAAAAATCATCG GTTTCTTCTC TGATCGTTTT AATTTCAGGATAAGATAATG TGTGGTTTTT GTAG (600bp) TGGAAGTAGGTTGCG ATCGAACACC CAGCTCTCCT TATTCCGGCTACCTAGAACT TTGCCGGCGA GAGGACGGCA TTTATATACAATGGACTGAG CACAACCTTT ATATATACAA GTTATDAAGGTGATGTGATT TCGTCACGCA GTTCAGGGGG CCGAGGTCCACAGG

42、GGGGTG AGGTCAGCCT TGATAAACCG GAAATATT 3 CAGTCGGA ACTATTTGGC CT Reverse Primer Terminal sequences of one strand of marker RG246 (1 kb). From these sequences primers were designed for amplification of the corresponding genetic locus. The forward primer is on the sequence. The reverse primer is separat

43、ely as a complementary sequence.10/13/202271.基因組學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.2 以PCR為基礎(chǔ)的MAS 利用STS引物擴(kuò)增產(chǎn)生的擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性稱為擴(kuò)增子長(zhǎng)度多態(tài)性(Amplicon length polymorphism，ALP)。 與RFLP相比，ALP的頻率明顯降低。這里由于RFLP是在較長(zhǎng)的DNA片段中產(chǎn)生的，其片段長(zhǎng)度通常為2.0-20kb，而擴(kuò)增子的長(zhǎng)度較短，通常只有0.5-2.5kb。由于RFLP轉(zhuǎn)變?yōu)镾TS后，其ALP的頻率明顯降低，使RFLP資料的利用出現(xiàn)了新的問(wèn)題。 10/13/202272.基因組

44、學(xué) Genomics4.4 分子標(biāo)記輔助選擇 4.4.2 以PCR為基礎(chǔ)的MAS PBR （PCR-based RFLP）或稱 CAPS（cleaved amplified polymorphic sequence）是對(duì)擴(kuò)增片段再進(jìn)行限制性片段分析的方法。 PBR ：10/13/202273.基因組學(xué) GenomicsPCR products of the waxy locus before digestion (A) and after digestion (B) with enzyme TaqI. The undigested products were separated in a 2%

45、 agarose gel and digested products were separated in a 8% polyacrylamide gel.AB10/13/202274.基因組學(xué) GenomicsComparison between ALP (A) and PCR-based RFLP (B) at locus RG13. The PCR products in B were digested with restriction enzymes HaeIII.AB10/13/202275.基因組學(xué) Genomics Amplification of Locus A PCR prod

46、uct No amplification - null allele - poor PCR Same size band Different size band Digest with REn = Amplification Length Polymorphism (ALP) Restriction Digest Same size band Different size band Digest with REn=+1 = RFLP Restriction Digest Same size band Different size bandDigest with = RFLP REn=+210/13/202276.基因組學(xué) Genomics Restriction endonuclease At least oneLocus Hae III Mbo I Alu I Rsa I Taq I Hpa II RFLP detectedRG140 - nd - + - nd YesRG146 - - - - - - NoRG170 nd - nd