專利名稱：Qtl的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
QTL的定位方法，屬于分子生物學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于數(shù)量性狀呈現(xiàn)連續(xù)變異，無法明確分組，因此QTL定位不能完全套用質(zhì)量性狀基因定位的分析方法，必須發(fā)展特殊的分析方法。

發(fā)明內(nèi)容
1 、基于標(biāo)記的分析法 如果某個標(biāo)記與某個QTL連鎖，那么在雜交后代中，該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是在該標(biāo)記的不同基因型中，QTL的基因型頻率分布(分離比例)將不同，因而在該標(biāo)記的不同基因型之間，在數(shù)量性狀的分布、均值和方差上都存在差異?；跇?biāo)記的分析法正是通過檢驗標(biāo)記的不同基因型之間的這些差異來推知標(biāo)記是否與QTL連鎖的。當(dāng)前的QTL定位主要采用這類分析方法。根據(jù)所采用的統(tǒng)計模型，現(xiàn)有的基于標(biāo)記的分析方法大體上可分為4種(l)方差分析法(Analysis of variance,AN0VA)，此法又稱單標(biāo)記分析法。(2)區(qū)間作圖法(Interval ma卯ing， IM) 。 (3)復(fù)合區(qū)間作圖法(Compositeinterval m即ping， CM) 。 (4)基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法(Mixed-model-basedcomposite intervalmapping， MCIM)。
2、基于性狀的分析法 雖然數(shù)量性狀在一個分離群體中是連續(xù)變異的，但如果淘汰大多數(shù)中間類型，則高值和低值兩種極端表型的個體就可以明確地分成兩組。對每個QTL而言，在高值表型組中應(yīng)存在較多的高值基因型，而低值組中應(yīng)存在較多的低值基因型。如果某個標(biāo)記與QTL連鎖，那么在該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是其基因型分離比例就會偏離孟德爾規(guī)律。對兩組或其中一組偏離進(jìn)行卡方檢驗，就能推斷該標(biāo)記是否與QTL連鎖。實際上，更簡單的做法是將高值和低值兩組個體的DNA分別混合，形成兩個DNA池，然后檢驗兩池之間的遺傳多態(tài)性。在兩池之間表現(xiàn)多態(tài)性的標(biāo)記即被認(rèn)為與QTL連鎖。這種方法稱為分離體分組混合分析法(Bulked segregate analysis,BSA)。該法已在質(zhì)量性狀基因的快速定位中得到廣泛應(yīng)用(Michelmore et al. ， 1991 ;Mohan et al. ， 1994 ;朱立煌等，1994)。Wang & Paterson(1994)評價了應(yīng)用該方法鑒定與數(shù)量性狀基因緊密連鎖的分子標(biāo)記的效率。Mansur et al. (1993)用該法驗證了以前在一個較小的群體中采用區(qū)間作圖法檢測到的QTL，并檢測到新的與極端表型連鎖的QTL。 基于性狀的分析法的優(yōu)點是，可以大幅減少需要檢測的DNA樣品的數(shù)量，從而降
低標(biāo)記分析的費用，特別適合于一些抗性基因的定位。缺點在于只能用于單個性狀的QTL
定位，且靈敏度和精確度都較低，一般只能檢測出效應(yīng)較大的QTL。因此，這類方法目前在
QTL定位中用得不多。 3、比較基因組分析法
3
比較基因組分析法是采用同樣一套DNA標(biāo)記，比較不同物種相似性狀在基因組中的位置。應(yīng)用此法已對小麥、水稻、大麥、玉米、高梁等禾本科作物基因組進(jìn)行了研究，結(jié)果表明禾本科作物基因組具有高度的同源性，基因順序的共線性被高度保留，大多數(shù)標(biāo)記可以在各種作物間通用(許自成等，1997)。因此，通過QTL的比較分析，人們就可以從一種作物的QTL定位結(jié)果來預(yù)測相似性狀QTL在另一作物中的位置，從而提高育種效率。例如在小麥2B染色體上已定位了光周期反應(yīng)基因Ppd-2，它與RFLP標(biāo)記Xpsr666相連鎖。根據(jù)小麥同源基因的位置，在大麥2H染色體上通過同一標(biāo)記定位了大麥光周期反應(yīng)基因Ppd-Hl(Snape et al. ， 1996)。在番茄、玉米等農(nóng)作物中也已有不少相關(guān)的報道(Ahn &Tanksley，1993 ;Devos et al. ，1993 ;Helentjaris，1993 ;Lin et al. ，1995 ;Paterson etal. ， 1995)。
具體實施例方式
1、基于標(biāo)記的分析法 如果某個標(biāo)記與某個QTL連鎖，那么在雜交后代中，該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是在該標(biāo)記的不同基因型中，QTL的基因型頻率分布(分離比例)將不同，因而在該標(biāo)記的不同基因型之間，在數(shù)量性狀的分布、均值和方差上都存在差異?；跇?biāo)記的分析法正是通過檢驗標(biāo)記的不同基因型之間的這些差異來推知標(biāo)記是否與QTL連鎖的。當(dāng)前的QTL定位主要采用這類分析方法。根據(jù)所采用的統(tǒng)計模型，現(xiàn)有的基于標(biāo)記的分析方法大體上可分為4種 (1)方差分析法(Analysis of variance, AN0VA)，此法又稱單標(biāo)記分析法。是Thoday于1961年提出的。它是通過方差分析、回歸分析或似然比檢驗，比較不同標(biāo)記基因型數(shù)量性狀均值的差異，如存在顯著差異，則說明控制該數(shù)量性狀的QTL與標(biāo)記間有連鎖。這種方法直觀而簡便，其統(tǒng)計基礎(chǔ)較為可靠，又不需要完整的DNA標(biāo)記連鎖圖譜，因而早期的QTL定位研究多采用這種方法(Soller et al. ， 1976)?；荽筘S等(1997)研究表明，在同一顯著水平上，單標(biāo)記分析法發(fā)現(xiàn)QTL的能力最強(qiáng)。該方法最主要的缺陷是無法估計標(biāo)記與QTL之間的重組率，無法確定QTL所在的位置且容易導(dǎo)致對QTL遺傳效應(yīng)的低估。
(2)區(qū)間作圖法(Interval mapping, IM)。此法又稱雙標(biāo)記作圖法，是Lander &Botstein為解決單標(biāo)記分析法存在的問題于1989年提出來的。它是以正態(tài)混合分布的最大似然函數(shù)和簡單回歸模型為基礎(chǔ)，借助完整的分子標(biāo)記連鎖圖譜，計算基因組中任一相鄰標(biāo)記之間存在QTL和不存在QTL的似然函數(shù)比值的對數(shù)(LOD值)，根據(jù)整個染色體上各點的LOD值繪出一個QTL在該染色體上存在與否的似然圖譜。當(dāng)LOD值超過某一給定的臨界值時，QTL的可能位置可用LOD值支持區(qū)間表示出來。區(qū)間作圖法最早在番茄上成功應(yīng)用(Paterson et al. ， 1988)，后來被廣泛用于其它植物重要農(nóng)藝性狀的QTL定位(Price etal. ， 1997 ;Zhuang et al. ， 1997 ;Li et al. ， 1998 ;Redona et al. ， 1998)，并一度被認(rèn)為是構(gòu)建QTL圖譜的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計方法。但是區(qū)間作圖法仍存在許多問題與檢測區(qū)間連鎖的QTL會影響檢驗結(jié)果，或?qū)е录訇栃?，或使QTL的位置和效應(yīng)估計出現(xiàn)偏差；每次檢驗僅用兩個標(biāo)記，其它標(biāo)記的信息未加以利用。 (3)復(fù)合區(qū)間作圖法(Composite interval mapping,CM)。此法是Zeng于1994年為解決區(qū)間作圖法存在的問題，把多元線性回歸與區(qū)間作圖法結(jié)合起來而提出的方法。該方法對某一特定標(biāo)記區(qū)間進(jìn)行檢測，同時把與其它QTL連鎖的標(biāo)記也擬合在模型中以控制背景遺傳效應(yīng)。假定不存在上位性效應(yīng)和基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，用類似于區(qū)間作圖的方法獲得各參數(shù)的最大似然估計值，計算似然比并繪制各染色體的似然圖譜，根據(jù)似然比統(tǒng)計量的顯著性獲得QTL可能位置的標(biāo)記區(qū)間。此方法保留了區(qū)間作圖的優(yōu)點，在較大程度上控制了遺傳背景和遺傳效應(yīng)，提高了作圖的精度和效率。但此方法不能分析上位性和QTL與環(huán)境互作等復(fù)雜的遺傳學(xué)問題，在QTL定位和效應(yīng)估計時易出現(xiàn)偏差。
(4)基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法(Mixed-model-based compositeinterval ma卯ing， MCM)。為了估計QTL之間的上位性及QTL與環(huán)境的互作效應(yīng)，朱軍于1998年提出了基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法。該方法把群體均值、QTL的各項遺傳主效應(yīng)(包括加性、顯性和上位性效應(yīng))作為固定效應(yīng)，把環(huán)境效應(yīng)、QTL與環(huán)境互作效應(yīng)、分子標(biāo)記效應(yīng)及其與環(huán)境的互作效應(yīng)，以及殘差作為隨機(jī)效應(yīng)，將效應(yīng)估計與定位分析結(jié)合起來，進(jìn)行多環(huán)境下的聯(lián)合QTL定位分析，提高了作圖的精度和效率。與復(fù)合區(qū)間作圖方法相比，該方法可避免所選標(biāo)記對QTL效應(yīng)分析的影響，還能無偏地分析QTL與環(huán)境的互作效應(yīng)?；诨旌暇€性模型的復(fù)合區(qū)間作圖方法，可以擴(kuò)展到分析具有加X力Q、加X顯、顯X顯上位性的各項遺傳主效應(yīng)及其與環(huán)境互作效應(yīng)的QTL。利用這些效應(yīng)估計值可預(yù)測基于QTL主效應(yīng)的普通雜種優(yōu)勢和基于QTL與環(huán)境互作效應(yīng)的互作雜種優(yōu)勢，并可直接估算個體的育種值，從而提高育種的效率。 標(biāo)記密度和群體大小對不同方法定位QTL的效率有不同的影響，對于區(qū)間作圖法，當(dāng)標(biāo)記間平均圖距達(dá)到20cM時，進(jìn)一步增加標(biāo)記密度不能顯著提高區(qū)間作圖法的效率(Lander &Botstein， 1989 ;Darvasi et al. ， 1993);相反，群體加倍將會獲得加倍的定位信息。因此，在起初的QTL分析中更傾向于采用較稀的標(biāo)記密度和較大的分離群體(Darvasiet al. ，1993)。復(fù)合區(qū)間作圖法的效率隨著群體的增加將有很大提高，而混合模型法則更受益于標(biāo)記密度的增加(Wang et al. ， 1999)。
2、基于性狀的分析法 雖然數(shù)量性狀在一個分離群體中是連續(xù)變異的，但如果淘汰大多數(shù)中間類型，則高值和低值兩種極端表型的個體就可以明確地分成兩組。對每個QTL而言，在高值表型組中應(yīng)存在較多的高值基因型，而低值組中應(yīng)存在較多的低值基因型。如果某個標(biāo)記與QTL連鎖，那么在該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是其基因型分離比例就會偏離孟德爾規(guī)律。對兩組或其中一組偏離進(jìn)行卡方檢驗，就能推斷該標(biāo)記是否與QTL連鎖。實際上，更簡單的做法是將高值和低值兩組個體的DNA分別混合，形成兩個DNA池，然后檢驗兩池之間的遺傳多態(tài)性。在兩池之間表現(xiàn)多態(tài)性的標(biāo)記即被認(rèn)為與QTL連鎖。這種方法稱為分離體分組混合分析法(Bulked segregate analysis,BSA)。該法已在質(zhì)量性狀基因的快速定位中得到廣泛應(yīng)用(Michelmore et al. ， 1991 ;Mohan et al. ， 1994 ;朱立煌等，1994)。Wang & Paterson(1994)評價了應(yīng)用該方法鑒定與數(shù)量性狀基因緊密連鎖的分子標(biāo)記的效率。Mansur et al. (1993)用該法驗證了以前在一個較小的群體中采用區(qū)間作圖法檢測到的QTL，并檢測到新的與極端表型連鎖的QTL。 基于性狀的分析法的優(yōu)點是，可以大幅減少需要檢測的DNA樣品的數(shù)量，從而降低標(biāo)記分析的費用，特別適合于一些抗性基因的定位。缺點在于只能用于單個性狀的QTL定位，且靈敏度和精確度都較低，一般只能檢測出效應(yīng)較大的QTL。因此，這類方法目前在QTL定位中用得不多。 3、比較基因組分析法 比較基因組分析法是采用同樣一套DNA標(biāo)記，比較不同物種相似性狀在基因組中的位置。應(yīng)用此法已對小麥、水稻、大麥、玉米、高梁等禾本科作物基因組進(jìn)行了研究，結(jié)果表明禾本科作物基因組具有高度的同源性，基因順序的共線性被高度保留，大多數(shù)標(biāo)記可以在各種作物間通用(許自成等，1997)。因此，通過QTL的比較分析，人們就可以從一種作物的QTL定位結(jié)果來預(yù)測相似性狀QTL在另一作物中的位置，從而提高育種效率。例如在小麥2B染色體上已定位了光周期反應(yīng)基因Ppd-2，它與RFLP標(biāo)記Xpsr666相連鎖。根據(jù)小麥同源基因的位置，在大麥2H染色體上通過同一標(biāo)記定位了大麥光周期反應(yīng)基因Ppd-Hl(Snape et al. ， 1996)。在番茄、玉米等農(nóng)作物中也已有不少相關(guān)的報道(Ahn &Tanksley，1993 ;Devos et al. ，1993 ;Helentjaris，1993 ;Lin et al. ，1995 ;Paterson etal. ， 1995)。
權(quán)利要求
本發(fā)明QTL的定位方法包括1、基于標(biāo)記的分析法如果某個標(biāo)記與某個QTL連鎖，那么在雜交后代中，該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是在該標(biāo)記的不同基因型中，QTL的基因型頻率分布(分離比例)將不同，因而在該標(biāo)記的不同基因型之間，在數(shù)量性狀的分布、均值和方差上都存在差異，基于標(biāo)記的分析法正是通過檢驗標(biāo)記的不同基因型之間的這些差異來推知標(biāo)記是否與QTL連鎖的，當(dāng)前的QTL定位主要采用這類分析方法，根據(jù)所采用的統(tǒng)計模型，現(xiàn)有的基于標(biāo)記的分析方法大體上可分為4種(1)方差分析法(Analysis ofvariance，ANOVA)，此法又稱單標(biāo)記分析法。(2)區(qū)間作圖法(Interval mapping，IM)，(3)復(fù)合區(qū)間作圖法(Composite interval mapping，CIM)，(4)基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法(Mixed-model-based composite intervalmapping，MCIM)；2、基于性狀的分析法雖然數(shù)量性狀在一個分離群體中是連續(xù)變異的，但如果淘汰大多數(shù)中間類型，則高值和低值兩種極端表型的個體就可以明確地分成兩組，對每個QTL而言，在高值表型組中應(yīng)存在較多的高值基因型，而低值組中應(yīng)存在較多的低值基因型，如果某個標(biāo)記與QTL連鎖，那么在該標(biāo)記與QTL之間就會發(fā)生一定程度的共分離，于是其基因型分離比例就會偏離孟德爾規(guī)律，對兩組或其中一組偏離進(jìn)行卡方檢驗，就能推斷該標(biāo)記是否與QTL連鎖，實際上，更簡單的做法是將高值和低值兩組個體的DNA分別混合，形成兩個DNA池，然后檢驗兩池之間的遺傳多態(tài)性，在兩池之間表現(xiàn)多態(tài)性的標(biāo)記即被認(rèn)為與QTL連鎖，這種方法稱為分離體分組混合分析法(Bulked segregate analysis，BSA)，該法已在質(zhì)量性狀基因的快速定位中得到廣泛應(yīng)用，評價了應(yīng)用該方法鑒定與數(shù)量性狀基因緊密連鎖的分子標(biāo)記的效率，Mansur et al.(1993)用該法驗證了以前在一個較小的群體中采用區(qū)間作圖法檢測到的QTL，并檢測到新的與極端表型連鎖的QTL，基于性狀的分析法的優(yōu)點是，可以大幅減少需要檢測的DNA樣品的數(shù)量，從而降低標(biāo)記分析的費用，特別適合于一些抗性基因的定位，缺點在于只能用于單個性狀的QTL定位，且靈敏度和精確度都較低，一般只能檢測出效應(yīng)較大的QTL，因此，這類方法目前在QTL定位中用得不多；3、比較基因組分析法比較基因組分析法是采用同樣一套DNA標(biāo)記，比較不同物種相似性狀在基因組中的位置。應(yīng)用此法已對小麥、水稻、大麥、玉米、高粱等禾本科作物基因組進(jìn)行了研究，結(jié)果表明禾本科作物基因組具有高度的同源性，基因順序的共線性被高度保留，大多數(shù)標(biāo)記可以在各種作物間通用，因此，通過QTL的比較分析，人們就可以從一種作物的QTL定位結(jié)果來預(yù)測相似性狀QTL在另一作物中的位置，從而提高育種效率，例如在小麥2B染色體上已定位了光周期反應(yīng)基因Ppd-2，它與RFLP標(biāo)記Xpsr666相連鎖，根據(jù)小麥同源基因的位置，在大麥2H染色體上通過同一標(biāo)記定位了大麥光周期反應(yīng)基因Ppd-H1(Snape et al.，1996)，在番茄、玉米等農(nóng)作物中也已有不少相關(guān)的報道(Ahn&Tanksley，1993；Devos et al.，1993；Helentjaris，1993；Lin et al.，1995；Paterson et al.，1995)。
全文摘要
由于數(shù)量性狀呈現(xiàn)連續(xù)變異，無法明確分組，因此QTL定位不能完全套用質(zhì)量性狀基因定位的分析方法，必須發(fā)展特殊的分析方法；本發(fā)明QTL的定位方法主要通過以下三類基于標(biāo)記的分析法、基于性狀的分析法和比較基因組分析法進(jìn)行研究的。
文檔編號C12Q1/68GK101760540SQ20081023863
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者李祥 申請人:李祥