连锁定位(Linkage Mapping)与关联定位(Association Mapping)

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连锁定位(Linkage Mapping)与关联定位(Association Mapping)

2023-08-20 20:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

本文主要介绍了育种领域早期(2001年以前)定位 QTL(quantitative trait loci,数量性状基因座)所使用的方法及分子标记。虽然随着分子标记技术的不断更新,定位方法中的许多问题已经得到了有效解决,但有些矛盾是依然存在的。如全基因组测序的普及使人们使用 SNP 作为分子标记,测序能覆盖到的区间中的所有突变位点都会以 SNP 的形式呈现,无 SNP 区间则序列完全一致,再讨论分子标记和 QTL 之间的连锁性已意义不再;但对于测序无法覆盖或与参考基因组无法比对成功的片段,SNP 与缺失片段的连锁性问题依然存在。我认为,了解 QTL 定位的发展历史,学习前辈面对困难的解决办法,对如今的科学研究仍具有一定的指导意义。

计算 QTL 的效应大小(此坑待填)

https://zhuanlan.zhihu.com/p/94070722

连锁定位(Linkage Mapping)

定义

设计两个 株系 杂交,根据分子标记与 QTL 在 F 1 F_1 F1​ 减数分裂中的 重组率,计算两者之间的遗传距离,先确定 QTL 的 位置,然后再分析 QTL 的 效应 大小。

案例

设分子标记 M M M 的等位基因型为 M 1 M_1 M1​、 M 2 M_2 M2​,数量性状基因座 Q Q Q 的等位基因型为 Q 1 Q_1 Q1​、 Q 2 Q_2 Q2​,QTL 的加性和显性效应分别为 a a a 和 d d d,QTL 与分子标记的遗传距离为 c c c。基因型 M 1 M 1 Q 1 Q 1 M_1M_1Q_1Q_1 M1​M1​Q1​Q1​ 的自交系与基因型 M 2 M 2 Q 2 Q 2 M_2M_2Q_2Q_2 M2​M2​Q2​Q2​ 的个体杂交,则分离群体 F 2 F_2 F2​ 中纯合标记 M 1 M 1 M_1M_1 M1​M1​ 与 M 2 M 2 M_2M_2 M2​M2​ 之间数量性状的平均值差异为 2 a ( 1 − 2 c ) 2a(1 - 2c) 2a(1−2c)。同理,纯合标记 M 1 M 1 M_1M_1 M1​M1​ 和杂合标记 M 1 M 2 M_1M_2 M1​M2​ 之间的表型平均值差异为 d ( 1 − 2 c ) 2 d(1 - 2c)^2 d(1−2c)2。如果 Q Q Q 和 M M M 之间距离较远而不连锁时,则 c = 0.5 c=0.5 c=0.5,均值间差异为 0;当 Q Q Q 与 M M M 完全连锁时, c = 0 c=0 c=0,均值间差异最大。测定 F 2 F_2 F2​ 群体的表型后,可依次计算每个标记不同基因型之间的性状差异,进而估算 每个标记与 QTL 之间的距离 和 QTL 效应 。

在这里插入图片描述

上述模型是针对 低密度分子标记 情况:QTL 只有 1 端与分子标记强连锁( c = 0 c=0 c=0),无法避免 QTL 效应的估计值被标记与 QTL 之间的图谱距离影响。若群体中 分子标记密度较高,QTL 两端都与分子标记强连锁,则 QTL 被锁定在这个非重组片段内,此时 c = 0 c=0 c=0,无需考虑 QTL 与标记之间的图谱距离,只需要估计 QTL 效应即可。

影响因素

由于自然群体中玉米的 LD 在 2 kb 区域内衰减,所以在自然群体中定位 QTL 往往需要数百万个 SNP 才能完全覆盖基因组,而昂贵的基因分型费用使这一设想难以实现。连锁定位 因为只考虑群体构建过程中 新产生的重组,不涉及群体历史上已发生的重组,极大的缓解了 LD 的衰减,使标记可以连锁较远的距离。但这种连锁的 代价 一方面是只能对 QTL 进行 粗定位,如 IBM(B73 × Mo17,2002 年构建)群体中总共有 190 个 RFLP 标记位点,覆盖了全基因组 1784.7 cM 的区间,标记平均密度为 9.4 cM(Lee et al., 2002);另一方面是分子标记反映的是一大段区间内全部基因对表型影响的 效应和。如果区间内有多个基因参与调控表型,则标记反映的是 多重复杂因素共同作用 的结果,降低了标记的 推广性。

上述计算中使用的都是 表型均值,通过均值消除不连锁的基因座对表型的影响,或者环境等其他因素的影响,群体大小 较小时会导致采样分布较理论分布存在偏差,所以 QTL 的定位及效应也会存在偏差。群体大小 会 限制 重组个体的产生,使 QTL 无法定位。如标记 M 1 M_1 M1​ 与 Q 1 Q_1 Q1​ 距离较近时, c = 0.001 c=0.001 c=0.001, ( 1 − c ) 2 = 0.998 (1-c)^2=0.998 (1−c)2=0.998,理论上 F 2 F_2 F2​ 至少需要 500 500 500 个个体,否则重组个体数量的期望 < 1


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