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1、基因组学基因组学 Genomics第四章第四章 基因定位基因定位10/25/20221基因组学基因组学 Genomics 4 4 基因定位基因定位4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.2主基因定位主基因定位4.3QTL定位定位4.4分子标记辅助选择分子标记辅助选择10/25/20222基因组学基因组学 Genomics4Mappingofgenes4.1基因的鉴定基因的鉴定 基因定位（基因定位（Mappingofgenes）是指通过遗传作图的）是指通过遗传作图的方法，确定基因与遗传标记之间的关系。方法，确定基因与遗传标记之间的关系。基因定位的前提，是要准确地鉴定基因。基因定位的前提，是要准确地鉴定基
2、因。10/25/20223基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念基因的广义概念：基因的广义概念：基因是具有某种功能的基因是具有某种功能的DNA片段，包括结构基因和调控基因，片段，包括结构基因和调控基因，即包括能转录和不能转录的具有即包括能转录和不能转录的具有某种功能的某种功能的DNA序列，其含义非序列，其含义非常广泛。常广泛。10/25/20224基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念分子遗传学的概念：分子遗传学的概念：基因是基因是DNA的一个转录单的一个转录单位。转录产物位。转录产物R
3、NA通过反转录通过反转录可以合成可以合成cDNA，因此通常认为，因此通常认为一个一个cDNA相当于一个基因。但相当于一个基因。但是，目前大多数是，目前大多数cDNA的功能尚的功能尚不知道，因此这种基因是通过不知道，因此这种基因是通过转录来识别的。转录来识别的。DNARNA转录转录10/25/20225基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念孟德尔遗传学的概念：孟德尔遗传学的概念：基因是控制某一性状的遗基因是控制某一性状的遗传因子。基因是通过表现型来传因子。基因是通过表现型来识别的，即表现型是基因型控识别的，即表现型是基因型控制的，通过表现型可
4、以分析基制的，通过表现型可以分析基因型。因型。10/25/20226基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念主效基因和微效基因：主效基因和微效基因：从从孟孟德德尔尔遗遗传传学学的的基基因因概概念念来来看看，基基因因型型是是通通过过表表现现型型来来认认识识的的，根根据据基基因因对对表表现现型型影影响响的的大大小小，通通常常把把基基因因划划分分为为主主效效基基因因（major major genegene）和和微微效效基基因因（minor geneminor gene）。10/25/20227基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因
5、的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念主主效效基基因因:又又称称主主基基因因，是是一一类类控控制制质质量量性性状状的的基基因因，其其性状表现为不连续的变异。性状表现为不连续的变异。微效基因微效基因:是一类控制数量性是一类控制数量性状的基因，因此通常称为数状的基因，因此通常称为数量性状座位（量性状座位（quantitativetraitlocus，QTL），），其性状其性状表现为连续的变异。表现为连续的变异。10/25/20228基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.1基因的概念基因的概念基因座位与等位基因：基因座位与等位基因：基因座位（基因座位（locusloc
6、us）：基因基因在遗传图上的位置。在遗传图上的位置。等位基因（等位基因（alleleallele）：在相在相同的基因座上，两种或多种变异同的基因座上，两种或多种变异基因之一。基因之一。由两个以上等位基由两个以上等位基因组成的一组等位基因称为复等因组成的一组等位基因称为复等位基因（位基因（multiplealleles）。）。ABCA1B1C1A2B2C210/25/20229基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.2遗传分析遗传分析判判断断某某一一性性状状是是否否由由主主基基因因控控制制和和受受多多少少对对基基因因控控制制，首首先先需需要要对对该该性性状状作作遗遗
7、传传分分析析。遗遗传传分分析析的的基基本本方方法是：法是：（1）选择具有相对性状的两个亲本杂交；）选择具有相对性状的两个亲本杂交；（2）在在F1中中观观察察该该性性状状属属于于完完全全显显性性，还还是是不不完完全全显性；显性；（3）在）在F2中分析分离群体中相对性状的分离。中分析分离群体中相对性状的分离。10/25/202210基因组学基因组学 Genomics4.1基因的鉴定基因的鉴定 4.1.3等位性测定等位性测定由由于于有有些些基基因因已已经经定定位位，因因此此在在基基因因定定位位之之前前，需需要要做做基基因因的的等等位位性性（allelism）测测定定，以以明明确确要要定定位位的的基基
8、因因尚尚没有定位。基因的等位性测定的基本方法是：没有定位。基因的等位性测定的基本方法是：（1）查查阅阅有有关关文文献献，了了解解该该性性状状目目前前的的研研究究情情况况，包包括该性状已发现多少个基因，哪些基因已定位等。括该性状已发现多少个基因，哪些基因已定位等。（2）如果不知道要定位的基因与已定位的基因之间的）如果不知道要定位的基因与已定位的基因之间的关系，但它们的表现型相同，则存在它们是同一个基因的关系，但它们的表现型相同，则存在它们是同一个基因的可能性，需要确定它们之间的关系。可能性，需要确定它们之间的关系。10/25/202211基因组学基因组学 Genomics4Mappingofge
9、nes4.2主基因定位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专有名词定位通常用专有名词QTL定位。定位。10/25/202212基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.1基因定位的原理基因定位的原理 无无论论是是遗遗传传标标记记还还是是基基因因，都都在在染染色色体体上上占占有有它它们们的的座座位位，而而这这些些座座位位都都是是DNA的的一一个个片片段段，因因此此从从座座位位上上看看，它它们们并并没没有有什什么么区区别别。通通过过遗遗传传图图谱谱的的构构建建，很很多多分分子子标标记记在在染染色色体体
10、上上的的位位置置已已经经确确定定，因因此此只只要要确确定定基基因因与与分分子子标标记记之之间间的的连连锁锁关关系系，就就可可以以确确定定基基因因在在染色体上的位置。染色体上的位置。10/25/202213基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.1基因定位的原理基因定位的原理 分分子子标标记记是是通通过过它它们们产产生生的的带带型型来来识识别别的的，而而基基因因是是通通过过它它们们产产生生的的表表现现型型来来识识别别的的。因因此此与与前前面面讲讲述述的的遗遗传传作作图图不不同同，基基因因定定位位既既要要分分析析分分子子标标记记的的带带型型，又又要要分分析析基基因因型型
11、产产生生的的表表现现型型。基基因因定定位位的的基基本本原原理理是是通通过过分分析析分分子子标标记记与与表表现现型型之之间间的的连连锁锁关关系系，确确定定基基因因在在遗传图谱中的位置。遗传图谱中的位置。Zhang et al.1996,TAG10/25/202214基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.2表型分析表型分析作图群体的发展：作图群体的发展：作作图图群群体体是是基基因因定定位位中中不不可可缺缺少少的的试试验验材材料料。作作图图群体的基本要求是：群体的基本要求是：（1）双亲具有相对性状的差异；）双亲具有相对性状的差异；（2）双双亲亲应应具具有有较较高高程程度
12、度的的多多态态性性，以以便便找找到到紧紧密密连锁的分子标记；连锁的分子标记；（3）作图群体的大小应符合要求；）作图群体的大小应符合要求；（4）作图群体中相对性状的分离应符合孟德尔规律。）作图群体中相对性状的分离应符合孟德尔规律。10/25/202215基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.2表型分析表型分析表型测定：表型测定：在在基基因因定定位位中中，目目的的基基因因的的基基因因型型是是通通过过它它的的表表现现型型来来确确定定的的，因因此表现型测定是决定基因定位质量的关键。表型测定要求：此表现型测定是决定基因定位质量的关键。表型测定要求：（1）由由于于作作图图群群
13、体体较较大大，表表型型分分析析通通常常在在自自然然条条件件下下进进行行，必必须须使使作图群体生长正常，并且应减少个体间的试验误差；作图群体生长正常，并且应减少个体间的试验误差；（2）应以双亲和）应以双亲和F1为对照，并统一标准；为对照，并统一标准；（3）表表型型测测量量要要准准确确。表表型型在在测测量量和和辨辨别别过过程程中中通通常常容容易易出出现现误误差差，必须统一测量标准，并由熟练的人员操作；必须统一测量标准，并由熟练的人员操作；（4）必须采取基因专一性的检测方法，如特定的菌种、花粉育性等。）必须采取基因专一性的检测方法，如特定的菌种、花粉育性等。10/25/202216基因组学基因组学
14、Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.2表型分析表型分析表型数据的整理：表型数据的整理：原始的表现型数据都是通过一定的测量方法获得的，原始的表现型数据都是通过一定的测量方法获得的，具有特定的单位，如长度、重量、百分比等。由于质量性具有特定的单位，如长度、重量、百分比等。由于质量性状的特点，作图群体一般表现为不连续的分布，因此可以状的特点，作图群体一般表现为不连续的分布，因此可以将作图群体分成若干个组。为了满足作图软件的需要，分将作图群体分成若干个组。为了满足作图软件的需要，分别用不同的数字代表不同组的表现型，并与标记基因型的别用不同的数字代表不同组的表现型，并与标记基因型的数值相一
15、致。数值相一致。10/25/202217基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.2表型分析表型分析表现型数字化转换的规定是：表现型数字化转换的规定是：1-亲本亲本1的纯合基因型（的纯合基因型（aa）2-杂合体（杂合体（ab）3-亲本亲本2的纯合基因型（的纯合基因型（bb）对于显性带型而言：对于显性带型而言：4-非非亲亲本本1纯纯合合基基因因型型（ab或或bb），即即亲亲本本2的的表表现现型型为显性；为显性；5-非非亲亲本本2纯纯合合基基因因型型（ab或或aa），即即亲亲本本1的的表表现现型型为显性；为显性；0-缺资料缺资料10/25/202218基因组学基因组学 G
16、enomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析已定位标记的利用：已定位标记的利用：通通过过遗遗传传图图谱谱的的构构建建，很很多多分分子子标标记记在在染染色色体体上上的的位位置置已已经经确确定定，因因此此只只要要找找到到与与基基因因连连锁锁的的分分子子标标记记，就就可可以以确确定定基基因因在在染染色色体体上上的位置。这类标记有的位置。这类标记有RFLP标记和标记和SSR标记等。标记等。已已定定位位标标记记的的利利用用，通通常常是是从从现现有有的的遗遗传传图谱中，按一定距离均匀选取分子标记。图谱中，按一定距离均匀选取分子标记。1）亲亲本本多多态态性性的的分分析析，筛
17、筛选选出出具具有有多多态态性的分子标记；性的分子标记；2）作图群体的标记基因型分析，找到与）作图群体的标记基因型分析，找到与目的基因连锁的分子标记。目的基因连锁的分子标记。10/25/202219基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析未定位标记的利用：未定位标记的利用：有些分子标记是随机标记，如有些分子标记是随机标记，如RAPD和和AFLP标记等，标记等，这类标记通常没有确定在染色体上的位置，因此每次使这类标记通常没有确定在染色体上的位置，因此每次使用都是随机的。利用随机标记只能以随机的方式，从大用都是随机的。利用随机标记只能以随机的
18、方式，从大量的标记中筛选出与目的基因连锁的分子标记。量的标记中筛选出与目的基因连锁的分子标记。10/25/202220基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析混合池分析：混合池分析：混合池（混合池（bulk）分析是快速筛选出与目的基因连锁）分析是快速筛选出与目的基因连锁的分子标记的一种方法。这是的分子标记的一种方法。这是MichelmoreRW,etal.（1991）首创的。无论是已定位标记还是未定位标记，）首创的。无论是已定位标记还是未定位标记，都要利用作图群体才能确定它们与目的基因的连锁关系，都要利用作图群体才能确定它们与目的基因的
19、连锁关系，而作图群体通常都比较大，因此筛选与目的基因连锁的而作图群体通常都比较大，因此筛选与目的基因连锁的分子标记的工作量非常大。利用混合分析，可以大大地分子标记的工作量非常大。利用混合分析，可以大大地减少这方面的工作量。减少这方面的工作量。10/25/202221基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析混合池的组成：混合池的组成：“混合池混合池”由作图群体中具有相同相对性状个体的由作图群体中具有相同相对性状个体的DNA组成。在作图群体中，通常选择具有同一相对性状的组成。在作图群体中，通常选择具有同一相对性状的10-20个体的个体的DN
20、A组成一个混合池。这样，在一个作图群组成一个混合池。这样，在一个作图群体中，两个相对性状各自组成一个混合池。理论上，两个体中，两个相对性状各自组成一个混合池。理论上，两个不同相对性状的混合池除了目的基因的基因型不同外，其不同相对性状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。因此有些人把相对性状的两个混合池余基因型是相同的。因此有些人把相对性状的两个混合池称为称为“近等基因池近等基因池”。组成混合池的个体，应具有典型。组成混合池的个体，应具有典型的表型。的表型。10/25/202222基因组学基因组学 GenomicsR/Rr/rRrP:F2:F1:Rr 10/25/202223基
21、因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析混合池的利用：混合池的利用：在在实实际际利利用用中中，两两个个混混合合池池通通常常与与两两个个亲亲本本一一起起做做分分子子标标记记的的分分析析。当当两两个个亲亲本本的的带带型型有有差差异异，而而两两个个混混合合池池的的带带型型无无差差异异时时，表表明明该该标标记记与与目目的的基基因因不不连连锁锁；当当两两个个亲亲本本的的带带型型有有差差异异，而而两两个个混混合合池池的的带带型型也也有有相相应的差异时，表明该标记与目的基因可能存在连锁关系。应的差异时，表明该标记与目的基因可能存在连锁关系。通过混合池的
22、利用筛选出可能与目的基因存在连锁通过混合池的利用筛选出可能与目的基因存在连锁关系的标记后，还要利用整个作图群体做连锁分析，才关系的标记后，还要利用整个作图群体做连锁分析，才能确定它们之间的连锁关系。能确定它们之间的连锁关系。10/25/202224基因组学基因组学 GenomicsRrP1P2RSP1P2RS分子标记与基因无连锁分子标记与基因无连锁分子标记与基因连锁分子标记与基因连锁or10/25/202225基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析近等基因系的利用：近等基因系的利用：近近等等基基因因系系的的建建立立：近近等等基基因因系
23、系的的建建立立通通常常采采用用连连续续回回交交的的方方法法进进行行。选选择择具具有有相相对对性性状状差差异异的的两两个个亲亲本本杂杂交交，然然后后用用带带有有隐隐性性性性状状的的亲亲本本作作轮轮回回亲亲本本回回交交。在在每每一一分分离离世世代代对对目目的的基基因因加加以以选选择择，经经过过回回交交7-8代代以以上上，才才能能选选育育成成近近等等基基因因系系。近近等等基基因因系系除除目目的的性性状状外外，其它性状应与轮回亲本相似。其它性状应与轮回亲本相似。10/25/202226基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.3分子标记的分析分子标记的分析近等基因系在基因定位
24、中的利用：近等基因系在基因定位中的利用：由由于于近近等等基基因因系系除除目目的的基基因因外外，其其遗遗传传背背景景与与轮轮回回亲亲本本相相似似，利利用用近近等等基基因因系系作作基基因因定定位位确确实实是是理理想想的的材材料料。近等基因系通常用作亲本之一，用于发展作图群体。近等基因系通常用作亲本之一，用于发展作图群体。1）近近等等基基因因系系的的表表现现型型不不受受复复杂杂的的遗遗传传背背景景的的干干扰扰，其表现比较真实，能较真实地反映基因效应的大小。其表现比较真实，能较真实地反映基因效应的大小。2）利用近等基因系和轮回亲本一起做分子标记分析，）利用近等基因系和轮回亲本一起做分子标记分析，一旦筛
25、选出多态性的分子标记，该标记就很可能与目的基一旦筛选出多态性的分子标记，该标记就很可能与目的基因连锁，从而减少连锁标记筛选的工作量。因连锁，从而减少连锁标记筛选的工作量。10/25/202227基因组学基因组学 GenomicsNILChr.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12水稻近等基因系的导入片段分析水稻近等基因系的导入片段分析10/25/202228基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.4遗传作图遗传作图 筛选出与目的基因连锁的分子标记后，表明目的基筛选出与目的基因连锁的分子标记后，表明目的基因与该标记连锁。如果所用的分子标记已定位，则基因因
26、与该标记连锁。如果所用的分子标记已定位，则基因所在的位置也已知道。如果所用的分子标记尚未定位，所在的位置也已知道。如果所用的分子标记尚未定位，则基因所在的位置还不知道。在这种情况下，需要对连则基因所在的位置还不知道。在这种情况下，需要对连锁的分子标记定位。锁的分子标记定位。10/25/202229基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.4遗传作图遗传作图连锁分析：连锁分析：基因定位的基本方法是确定表现型与已定位标记之间基因定位的基本方法是确定表现型与已定位标记之间的连锁关系。把表现型和标记基因型都按统一的规定转换的连锁关系。把表现型和标记基因型都按统一的规定转换为数
27、值，并把它们整合在一个数据库中，通过为数值，并把它们整合在一个数据库中，通过Mapmarker软件，可以分析它们之间的连锁关系软件，可以分析它们之间的连锁关系10/25/202230基因组学基因组学 Genomics 水稻抗白叶枯病水稻抗白叶枯病基因基因xa-13xa-13的定位资的定位资料料10/25/202231基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.4遗传作图遗传作图随机标记的定位：随机标记的定位：随机标记定位的策略是利用己知标记来定位未知标记。随机标记定位的策略是利用己知标记来定位未知标记。利用己知标记来定位未知标记的最佳方案是利用永久性作利用己知标记来定位
28、未知标记的最佳方案是利用永久性作图群体。分析随机标记在永久性作图群体中的分离，并将图群体。分析随机标记在永久性作图群体中的分离，并将数据加到永久性作图群体作图时已建立的数据库，再做遗数据加到永久性作图群体作图时已建立的数据库，再做遗传作图，就可以确定随机标记在遗传图谱中的位置。因此，传作图，就可以确定随机标记在遗传图谱中的位置。因此，永久性作图群体是随机标记定位的重要工具。永久性作图群体是随机标记定位的重要工具。10/25/202232基因组学基因组学 Genomics水稻水稻DHDH群体构建的遗传图谱群体构建的遗传图谱10/25/202233基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位
29、主基因定位4.2.4遗传作图遗传作图精细定位精细定位 （fine mappingfine mapping）：）：在在基基因因定定位位中中，找找到到已已定定位位的的分分子子标标记记，只只是是完完成成了了基基因因的的粗粗定定位位，即即只只知知道道基基因因的的大大概概位位置置，这这对对于于基基因因定定位位来来说说是是不不完完善善的的。基基因因精精细细定定位位，就就是是在在基基因因粗粗定定位位的的基基础础上上，进进一一步步完完善善基基因因定定位位的的工工作作。基基因因精精细细定定位位的的目目标，对于不同的目的有不同的要求。标，对于不同的目的有不同的要求。精细定位是基因图位克隆的基础。精细定位是基因图位
30、克隆的基础。10/25/202234基因组学基因组学 Genomics4.2主基因定位主基因定位4.2.4遗传作图遗传作图Thelinkagemap(a),physicalmap(b)andORFprediction(c)oflocus S-bonricechromosome5李文涛等，2006，科学通报10/25/202235基因组学基因组学 Genomics4Mappingofgenes4.3QTL定位定位 QTL（quantitativetraitlocus）称为数量性状基因）称为数量性状基因座位。由于这类基因控制数量性状，并且表现为微小效座位。由于这类基因控制数量性状，并且表现为微小效
31、应，因此难以用主基因定位的方法来定位。随着分子标应，因此难以用主基因定位的方法来定位。随着分子标记技术的不断发展，记技术的不断发展，QTL定位的方法也日趋成熟。定位的方法也日趋成熟。10/25/202236基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.1概况概况 生生物物性性状状的的形形成成取取决决于于两两方方面面的的因因素素，一一是是亲亲本本的的基基因因型型，一一是是环环境境条条件件的的影影响响。因因此此，表表现现型型是是基基因因型型和和环环境条件共同作用的结果。境条件共同作用的结果。P=G+E其其中中，P表表示示表表现现型型值值，G表表示示基基因因型型值值，E表表示示环环
32、境境条件引起的变异。条件引起的变异。相对来说，数量性状的表现型值中，由环境条件引起相对来说，数量性状的表现型值中，由环境条件引起的变异更大。的变异更大。10/25/202237基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.1概况概况 在在传传统统的的遗遗传传分分析析中中，通通常常是是分分析析数数量量性性状状的的表表现现型型值值中中，基基因因型型值值所所占占的的比比率率，以以便便评评价价数数量量性性状状遗遗传传力力的的大大小小，或或者者是是通通过过双双列列分分析析等等方方法法，估估计计控控制制数数量量性性状状的的基基因因对对数数，但但难难以以确确定定控控制制数数量量性性状状的的
33、基基因因所所在在染染色色体体上上的位置。的位置。分子标记的出现，为分子标记的出现，为QTL定位提供了有力的手段。定位提供了有力的手段。10/25/202238基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.2基本方法基本方法按采用的标记数目分类按采用的标记数目分类:单标记法单标记法 相邻双标记法相邻双标记法 多标记法多标记法10/25/202239基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.2基本方法基本方法按使用的统计方法分类按使用的统计方法分类:方差分析法方差分析法 回归分析法回归分析法 最大似然分析法最大似然分析法10/25/202240基因组学基因组
34、学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.2基本方法基本方法按作图所用区间数分类按作图所用区间数分类:零区间作图法零区间作图法 单区间作图法单区间作图法 多区间作图法多区间作图法10/25/202241基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法 单标记方差分析法（单标记方差分析法（singlemarkerANOVA（analysisofvariance）是）是Thoday（1961）提出的。提出的。10/25/202242基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法基本假定基本
35、假定:基因型分别为基因型分别为M1M1Q1Q1和和M2M2Q2Q2的两亲本杂的两亲本杂交，交，F1的基因型为的基因型为M1M2Q1Q2，F1产生产生4种配子种配子M1Q1、M1Q2、M2Q1、M2Q2。其中，。其中，M1Q1和和M2Q2的配子为的配子为亲本型，其频率为亲本型，其频率为1/2（1-r）；）；M1Q2和和M2Q1的配子为重的配子为重组型，其频率为组型，其频率为1/2（r）。）。10/25/202243基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法M1Q1M2Q2 M1Q2M2Q1(1-r)(1-r)(r)(r)M1Q1(1-r)2
36、(1-r)2r(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)r2r2(r)M2Q1r(1-r)r(1-r)r2r2(r)M1Q1M2Q2M1Q1M2Q2M1Q1M2Q210/25/202244基因组学基因组学 Genomics作图群体的作图群体的基因型频率基因型频率（p pij ij）:jQ1Q1Q1Q2Q2Q2MeaniM1M1（1-r）22r（1-r）r2m1M1M2r（1-r）r2+（1-r）2r（1-r）m2M2M2r22r（1-r）（1-r）2m3M1Q1M2Q2 M1Q2M2Q1(1-r)(1-r
37、)(r)(r)M1Q1(1-r)2(1-r)2r(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)r2r2(r)M2Q1r(1-r)r(1-r)r2r2(r)10/25/202245基因组学基因组学 Genomics基因型的效应值（基因型的效应值（g gj j）:效应值：效应值：-d0hd 基因型：基因型：Q2Q2（P2）1/2（P1+P2）Q1Q2Q1Q1（P1）10/25/202246基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法平均数的估算平均数的估算:平
38、均数按以下公式计算：平均数按以下公式计算：mi=pijgj式中，式中，pij为基因型频率，为基因型频率，gj为基因型效应值。为基因型效应值。10/25/202247基因组学基因组学 Genomics按该公式计算，按该公式计算，F2群体中分子标记座位上各种基因型的平均数为：群体中分子标记座位上各种基因型的平均数为：m1=(1-r)2d+2r(1-r)h+r2(-d)=(1-2r)d+2r(1-r)hm2=r(1-r)d+r2+(1-r)2 h+r(1-r)(-d)=r2+(1-r)2 hm3=r2d+2r(1-r)h+(1-r)2(-d)=-(1-2r)d+2r(1-r)h假定假定:d hdh
39、0当，即当，即M与与Q不连锁时，不连锁时，m1=1/2hm2=1/2hm3=1/2h即，即，mi=mk。mk为某一分子标记基因型效应值的平均数。为某一分子标记基因型效应值的平均数。反过来，如果反过来，如果mi=mk，则，即表明，则，即表明M与与Q不存在连锁关系；如果不存在连锁关系；如果mi mk，则，则r，即表明，即表明M与与Q存在连锁关系。存在连锁关系。10/25/202248基因组学基因组学 Genomics标记与性状关联的检测标记与性状关联的检测:4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法资料的整理：资料的整理：标记基因型标记基因型株号株号M1M1M1M2M2M21
40、23株数（株数（ni）n1n2n3表型值（表型值（mi）m1m2m310/25/202249基因组学基因组学 Genomics不不同同基基因因型型的的均均值值（mi）之之间间的的差差异异来来源源于于：（1）基基因因型型的的效效应应；（2）环环境境的的影影响响。因因此此，需需要要对对这这些些资资料料作作组组内内观观察察值值不不等等的的单单因因素素的的方差分析。方差分析。变异来源变异来源DFSS MSF标记基因型间标记基因型间k-1SStMStMSt/MSe试验误差试验误差（ni-1）SSeMSe总计总计 ni-1SST当当时时，平平均均数数间间的的差差异异显显著著，即即mi mk，表表明明M与与
41、Q存存在在连连锁锁关关系系。当时，平均数间的差异不显著，即当时，平均数间的差异不显著，即mi=mk，表明，表明M与与Q不存在连锁关系。不存在连锁关系。10/25/202250基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.3单标记方差分析法单标记方差分析法重组率及遗传参数的估计重组率及遗传参数的估计:根据上述的假定，亲本和根据上述的假定，亲本和F2的的QTL基因型的效应值分别为：基因型的效应值分别为：Q1Q1=d（P1）Q2Q2=-d（P2）m1=(1-2r)d+2r(1-r)hm2=r2+(1-r)2 hm3=-(1-2r)d+2r(1-r)h建立联立方程：建立联立方程：P1
42、P2=2d（1）m1m3=2（1-2r）d（2）10/25/202251基因组学基因组学 GenomicsP1P2=2d（1）m1m3=2（1-2r）d（2）m1m3L=1-2rP1P2式中，式中，L定义为定义为m1m3与与P1P2的比值。的比值。1m1m32VL=Vm1-m3+VP1-P2（P1-P2）2（P1-P2）210/25/202252基因组学基因组学 Genomics重组率的估算重组率的估算:根据上述公式根据上述公式m1m3L=1-2rP1P2得到得到:r=1/2（1-L）r为重组率的估计值；为重组率的估计值；Vr=1/4VLVr为重组率估计值的方差为重组率估计值的方差。10/25
43、/202253基因组学基因组学 Genomics加性效应值的估算加性效应值的估算:根据（根据（2）式）式m1m3=2（1-2r）d：m1m3d=2（1-2r）d为基因加性效应的估计值；为基因加性效应的估计值；1Vd=Vm1-m34（1-2r）2Vd为基因加性效应估计值的方差。为基因加性效应估计值的方差。10/25/202254基因组学基因组学 Genomics显性效应值的估算显性效应值的估算:m2-1/2（m1-m3）h=（1-2r）2h为显性效应的估计值为显性效应的估计值;1Vh=Vm2-1/2m1-1/2m3（1-2r）4Vh为显性效应估计值的方差。为显性效应估计值的方差。10/25/20
44、2255基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略QTLQTL分析的发展方向：分析的发展方向：把复杂性状变为简单性状；把复杂性状变为简单性状；把多基因分解为单基因（单把多基因分解为单基因（单一孟德尔因子）；一孟德尔因子）；把数量性状变成质量性状。把数量性状变成质量性状。Q1Q2Q310/25/202256基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略利用永久性作图群体作利用永久性作图群体作QTL分析的优势在于：分析的优势在于：（1）以品系为分离单元，使数量性状的测量比较准确。）以品系为分离单
45、元，使数量性状的测量比较准确。（2）可以在试验中设置重复，以减少试验误差。）可以在试验中设置重复，以减少试验误差。（3）可以进行多点试验，以评价基因与环境的互作关系。）可以进行多点试验，以评价基因与环境的互作关系。永久性作图群体的利用永久性作图群体的利用10/25/202257基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略AB-QTL（advancedbackcrossQTL）分分析析，即即高高世世代代回回交交QTL分分析析，是是把把QTL分分析析的的世世代代推推迟迟到到BC2或或BC3的的一一种种QTL分分析析方方法法。这这种种方方法法能能更
46、更好好地地鉴鉴定定和和利利用用QTL，特特别别适适用用于于从从野野生生型型等等非非优优良良材材料料中中鉴鉴定定优优良良的的QTL，并并转转移移到到优良的育种品系中。优良的育种品系中。AB-QTL分析分析AB-QTL10/25/202258基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略AB-QTLAB-QTL分析的优点是：分析的优点是：（1）与与低低世世代代群群体体，或或称称平平衡衡群群体体（F2、BC1等等）相相比比，AB群群体体中中个个体体的的基基因因型型（及及表表现现型型）与与优优良良的的亲亲本本（轮轮回回亲亲本本）更更加加相相似似，使使产
47、产量量等等数数量性状的测量更加准确。量性状的测量更加准确。（2）在在远远缘缘杂杂交交的的低低世世代代群群体体中中，通通常常会会出出现现一一些些不不良良的的性性状状（如如不不育育性性、落落粒粒等等），因因此此影影响响了了对对数数量量性性状状的的测测量量。在在AB群群体体的的发发展展过过程程中中，逐逐步淘汰一些来自供体的不良性状，步淘汰一些来自供体的不良性状，使使AB群体的数量性状表现更加正常。群体的数量性状表现更加正常。（3）由由于于AB群群体体中中，供供体体的的基基因因频频率率较较低低，因因此此供供体体基基因因型型之之间间的的相相互互作作用用（上上位位性性作作用用）较较小小，因因此此供供体体中
48、中的的QTL转转移移到到受受体体后后，其其效效应应值值变变化化不大。不大。（4）再再增增加加回回交交次次数数，可可以以较较容容易易地地获获得得近近等等基基因因系系，即即QTL-NIL。这这些些QTL-NIL可以进行重复的田间试验。可以进行重复的田间试验。（5）由于多次回交，在减数分裂过程中有更多的机会发生重组，因此）由于多次回交，在减数分裂过程中有更多的机会发生重组，因此QTL与不良基因之间的连锁关系容易打破，可以更好地利用与不良基因之间的连锁关系容易打破，可以更好地利用QTL。10/25/202259基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新
49、策略 次次级级作作图图群群体体是是利利用用近近等等基基因因系系（near-isogenicline，NIL）、导导入入系系（introgressionline，IL）、染染色色体体片片段段代代换换系系（chromosomalsegmentsubsititutionline，CSSL）等等次次级级品品系系发发展展的的次次级级作作图图群群体体。次次级级作作图图群群体体在在QTL分分析析中中得得到到广广泛泛的的利利用用，通通常常称称为为QTL-NIL、IL-QTL等。等。次级作图群体的利用次级作图群体的利用10/25/202260基因组学基因组学 Genomics初级初级作图群体作图群体非永久性非永
50、久性次级次级作图群体作图群体永久性永久性作作图图群群体体F2、BC1等等DH、RI等等非单片段非单片段单片段单片段SSSLNIL、CSSL等等4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略10/25/202261基因组学基因组学 Genomics4.3QTL定位定位 4.3.4QTL定位的新策略定位的新策略（1）具具有有永永久久性性群群体体的的特特点点，可可以以反反复复使使用用，排排除除了了环环境境的影响。的影响。（2）由由于于每每个个品品系系与与轮轮回回亲亲本本的的遗遗传传背背景景十十分分相相似似，排排除除了遗传背景的干扰，因此了遗传背景的干扰，因此QTL表型分析的结果较准确