遗传图谱构建及QTL定位的基础知识

基因定位最有效且最常用的方法就是构建遗传连锁图谱进行基因定位，该方法对于数量性状和质量性状的基因定位都适用。 质量性状： 指能观察但不能测量的性状，同一种性状的不同表现型之间不存在连续性的数量变化，而呈现质的中断性变化。多由一对或少数几对基因控制。比如，花药的有无、芒的有无、血型、子粒的颜色等。其杂交后代的个体可根据性状明确分组，遗传关系简单，一般服从三大遗传定律。 数量性状： 指个体间表现的差异只能用数量来区别，变异呈连续性的性状。其主要特征有：①个体间差异很难描述，需要度量；②在一个群体中，变异呈连续性；③数量性状常受多基因控制；④数量性状对环境影响敏感。 QTL（quantitative trait locus）： QTL是数量性状座位或者数量性状基因座，它指的是控制数量性状的基因在基因组中的位置。 对QTL的定位必须使用遗传标记，通过寻找遗传标记和感兴趣的数量性状之间的联系，将一个或多个QTL定位到位于同一染色体的遗传标记旁，换句话说，标记和QTL是连锁的。 遗传图谱： 某一物种的连锁图谱，显示所知的遗传标记的相对位置，而不是在每条染色体上特殊的物理位置。 加性效应： 影响数量性状的多个微效基因的基因型值的累加，也称性状的育种值，是性状表型值的主要成分。 上位效应： 一对基因的表现受到另一对非等位基因的作用，这种非等位基因间的抑制或遮掩作用叫上位效应。起抑制作用的基因称为上位基因，被抑制的基因称为下位基因。 显性效应： 指各基因效应值与其加性效应值的离差，亦即基因型值(G)与其加性效应值(D)的差。又叫显性高差，以H表示，即H=G-D(设上位性效应I=0)。其值可为正数或负数，大小取决于群体中的基因频率，并是各位点内显性值的总和。 LOD score： 遗传学上通常用或然率的常用对数作为标准的衡量方法，该值的对数值称为Lod值或对数优势比。 根据两个非此即彼的假设，计算数据的整体或然性，以确定两个基因座或是按一定的重组率而相互连锁的可能性或是互不连锁的可能性；这两种可能性之比，是基因座实际上为连锁的可能性；这个比率的10作底的对数就是对数优势比，即Lod值。为了确定是否存在连锁，一般要求或然比大于1000:1，即Lod>3。 QTL贡献率： 一个QTL所能解释的表型变异概率被称为QTL的贡献率。 物理图谱： 以物理尺度标明各种遗传标记在基因组上的位置和距离。物理图谱的构建不需要经过减数分裂的世代群体，可以直接通过DNA测序获得。 QTL作图： 寻找遗传标记和感兴趣的数量性状之间的联系，将一个或多个QTL定位到连锁群的相应位置，并估计其遗传效应的过程称为QTL作图。 QTL作图常用的方法包括：区间作图、复合区间作图。常用的QTL作图软件有QTL Icimapping、MapQTL、WinQTL cartographer、QTLNetwork、R\qtl等。 偏分离： 指观察到的基因型比例偏离预期的孟德尔频率的分离方式，它不遵循分离规律，无法用传统的遗传理论和方法加以分析。偏分离可以增加群体中杂合等位基因或者异型染色体的频率。 重组率： 指同源染色体的非姊妹染色单体间有关基因的染色体片段发生交换的频率，一般利用重新组合配子数占总配子数的百分率进行估算。 厘摩（cM）: 厘摩是重组频率的测量单位 ，也是遗传图距单位。1个厘摩定义为重组频率100次中发生1次。换句话说，若两个基因间相距1个厘摩，那么其后代与父母相比，有1%的个体具有不同的等位基因频率。这一数值越小，基因在染色体上的位置就越近，连锁关系越紧密。

基因定位最有效且最常用的方法就是先构建遗传连锁图谱再进行基因定位，该方法对于数量性状和质量性状的基因定位都适用。

构建连锁图谱的前提是建立作图群体，建立作图群体需要考虑几个因素：亲本（父母本的选择）、分离群体类型以及群体大小等。

亲本的选择

亲本的选择直接影响到构建遗传图谱的难易程度及所建图谱的使用价值。一般应从四个方面对亲本进行选择：

1、亲本的典型性：选择有代表性或者有优良农艺性状的材料作为亲本，进行杂交构建作图群体；

2、亲本间多态性：亲本间多态性与其亲缘关系有着密切关系，这种亲缘关系可用地理的、形态的或同工酶多态性作为选择标准。一般而言，异交作物的多态性高，自交作物的多态性低。在选择亲本时，并非是多态性高的一定好，多态性低的一定差，要根据实际情况选择合适的亲本材料；

3、亲本材料的纯度：选择亲本时应尽量选用纯度高的材料作为亲本，如果材料纯度不够，可以通过自交进一步纯化；

4、杂交后代的可育性：杂交后代可育性低会影响分离群体的构建，会导致严重的偏分离现象，降低图谱的准确性。

分离群体类型

根据群体的遗传稳定性可将分离群体分成两大类：

一类称为暂时性分离群体：如F1、F2、BC1等，这类群体可以在短期内构建，其分离单位是个体，不稳定，一经自交或近交其遗传组成就会发生变化，无法永久使用。

另一类称为永久性分离群体：如RIL、DH群体等，这类群体构建费时费力，其分离单位是株系，不同株系之间存在基因型的差异，而株系内个体间的基因型是相同且纯合的，是自交不分离的。这类群体可通过自交或近交繁殖后代，而不会改变群体的遗传组成，可以永久使用。

F2群体

该群体是最常用的作图群体，也是初级定位群体。

其优点是群体容易构建。其缺点主要有两个：一是存在显性杂合基因型，无法识别显性纯合和杂合基因型，会降低作图的精度（可通过扩大群体规模而降低作图误差）；二是不易长久保存，如果需要保存则只能通过无性繁殖或者F2单株的衍生系（一般使用F3随机单株混合来代表F2单株）。

BC群体

常用于作图的回交群体是回交一代，也就是BC1群体。

其缺点是同样不能长久保存。但优点是BC1群体中只有两种基因型，它直接反映了F1代配子的分离比例，因而BC1群体的作图效率高，这也是它优于F2群体的地方。

RIL群体

RIL群体是杂种F1代经过多代自交而产生的一种作图群体，通常从F2代开始，采用单粒传的方法来建立。

RIL群体是一种可以长期使用的永久性分离群体。由于自交的作用是使其基因型纯合化，因此RIL群体中每个株系都是纯合的。

理论上，建立一个无限大的RIL群体，必须自交无穷多代才能达到完全纯合，但是建立一个有限大小的RIL群体则只需自交有限代。一般自交6-7代的群体称为准RIL群体，可以满足作图的要求。当然，自交代数越高，纯合度越高，作图效率及精度越高。

RIL群体的优点是可以长期永久使用，可以进行重复试验。RIL群体也只存在两种基因型，且分离比为1:1，与BC1相似。

DH群体

构建DH群体的常用方法是通过花药离体培养结合染色体加倍技术获得。即取F1植株的花药进行离体培养，诱导产生单倍体植株，然后对染色体加倍产生DH植株。

DH群体也是永久性群体，其遗传结构也是反映了F1配子中的基因分离比例，作图效率高。其缺点是依赖成熟的花培技术，不容易获得。

群体大小

遗传图谱的精度很大程度上取决于群体的大小，群体越大，作图的精度越高。

群体大小与作图目的有关，如果作图的目的是进行基因定位，那么就需要较大的群体以保证作图的精度。

同时，作图群体大小还取决于群体类型。一般来说，所需的群体大小的顺序为F2>RIL>BC1及DH。

总结

在构建作图群体时，不要盲目的扩大群体规模或选择某种群体类型，要根据实际的研究目的进行亲本的选择、群体类型的选择、以及群体大小的选择，只有这样，才能既达到研究目的，又减轻相应的工作量。