第三章 遗传作图及基因定位

（一）F2代群体 F2群体是常用的作图群体，迄今大多数植物的DNA标记连锁图 谱都是用F2群体构建的。不论是自花授粉植物，还是异花授粉植物， 建立F2群体都是容易的，这是使用F2群体进行遗传作图的最大优点。 但F2群体的一个不足之处是存在杂合基因型。对于显性标记，将无 法识别显性纯合基因型和杂合基因型。由于这种基因型信息简并现象 的存在，会降低作图的精度。而为了提高精度，减小误差，则必须使 用较大的群体，从而会增加DNA标记分析的费用。
（三）RI群体
RI（重组自交系）群体是杂种后代经过多代自交而 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。由于自交的作用是使基因型纯合化，因此， RI群体中每个株系都是纯合的，因而RI群体是一种可以 长期使用的永久性分离群体。理论上，建立一个无限大的 RI群体，必须自交无穷多代才能达到完全纯合；建立一 个有限大小的RI群体则只需自交有限代。然而，即使是 建立一个通常使用的包含100~200个株系的RI群体，要 达到完全纯合，所需的自交代数也是相当多的。
三、群体大小的确定
遗传图谱的分辨率和精度，很大程度上取决于群体大小。 群体越大，则作图精度越高。但群体太大，不仅增大实验工 作量，而且增加费用。因此确定合适的群体大小是十分必要 的。在实际工作中，构建分子标记骨架连锁图可基于大群体 中的一个随机小群体（如150个单株或家系），当需要精细 地研究某个连锁区域时，再有针对性地在骨架连锁图的基础 上扩大群体。这种大小群体相结合的方法，既可达到研究的 目的，又可减轻工作量。 总的说来，在分子标记连锁图的构建方面，为了达到彼此 相当的作图精度，所需的群体大小的顺序为F2>RI>BC1和 DH。
3.5基于混合线性模型的复合区间作图法 （Mixed Composite Interval Mapping）

朱军提出了用随机效应的预测方法获得 基因型效应及基因型与环境互作效应， 然后再用区间作图法进行遗传主效应及 基因型与环境互作效应的QTL分析。


该模型可以扩展到分析具有加×加、加×显、 显×显上位性的各项遗传主效应及其与环境互 作效应的QTL。 利用这些效应估计值,可预测基于QTL 主效应 的普通杂种优势和基于QTL 与环境互作效应的 互作杂种优势。 但该模型在检测上位性效应、基因型与环 境互作效应的灵敏度有限，不同重复资料间的 吻合性不高。


复合区间作图法也存在一些问题，主要 有： 不能分析上位性及QTL与环境互作等复杂 的遗传效应；
3.4多重区间作图法（Multiple Interval Mapping, MIM）


Kao 和Zeng等（1999）提出了多重区间作图法 进行基因定位，这种方法也是以极大似然法估 算遗传参数，突破了回归方法的局限性, 可同 时在多个区间上检测多个QTL，使QTL作图的 精确度和有效性得到了改进。 利用MIM法还能估计和分析QTL之间的上位性、 个体的基因型值和数量性状的遗传力。但其计 算相当复杂，而且如何确定合适的临界值目前 尚无理论支持。




利用重组自交系间互交构建的永久性F 2 群体 （Immortalized F2），具有以下突出优点： ①基因型组成类似于F2群体, 具有丰富的遗传 信息； ②与F2每种基因型仅一个单株相比，永久性F2 群体可有大量植株为同一基因型。 该群体兼具F2和永久性作图群体的优势，为遗 传研究提供了新的材料类型。
3.1 单标记分析法


单标记分析法就是通过t 测验、方差分析、回 归分析、似然比测验或最大似然估计，比较某 一标记不同基因型数量性状表型值间的差异， 如果差异显著，则说明控制数量性状的QTL与 该标记有连锁，进而估计其效应。 单标记分析法有一个显著的优点，即不需要完 整的标记连锁图，因而早期的QTL定位研究多 采用这种方法。






但传统的单标记分析方法存在许多缺点： ①不能确定标记是与一个QTL连锁还是与几个 QTL连锁； ②无法确切估计QTL的可能位置； ③遗传效应与重组率混合在一起，导致低估了 QTL的遗传效应； ④容易出现假阳性； ⑤检测效率不高，所需的个体数较多, ⑥对于某标记而言，基因型缺失的个体必须剔 除。



与单标记分析法相比，区间作图法具有 以下优点： ①能从支持区间推断QTL的可能位置； ②可利用标记连锁图在全基因组系统地 搜索QTL，假如一条染色体上只有一个 QTL,QTL的位置和效应估计渐近于无偏； ③QTL检测所需的个体数大大减少。区间 作图法一度成为QTL作图的标准方法。



但区间作图法仍存在许多问题： 无法检测上位性效应和基因型与环境的 互作； 当相邻QTL相距较近时，QTL间相互干扰 使QTL的位置和效应估计出现偏差； 每次检验仅用两个标记，其他标记的信 息未加利用。
3.3 复合区间作图法（Composite Interval


Mapping, CIM） 复合区间作图法是Zeng系统研究了多元 线性回归方法(一个因变量和多个自变量 间的相关关系)进行QTL作图的理论基础， 进而提出把多元回归与区间作图结合起 来的QTL定位方法。 该方法中拟合了其它遗传标记，即在对 某一特定标记区间进行检测时，将其它 与QTL连锁的标记也拟合在模型中以检测 背景遗传效应。
Name Mapmaker/QT L Q T L Cartographer Map manager QT QGeneTM MapQTLTM PLABQTL MQTL Multimapper The QTL Café Epistat QTLMapper
Source ftp:///pu b/mapmaker3 /qtlc art/ http://mcbio.med.buffalo.e du/mapmgr.html qgene@clarityconnect.co m http://www.cpro.dlo.nl/cbw/ http://www.unihohenheim.d e/-ipspwww/soft.html ftp://gnome.agrenv.mcgill.c a/pub/genetics/ http://www.RNI.Helsinki.FI/ ~mjs/ /g.g .seaton/ / epistat.htm /softwar e/qtlmapper/
3.2区间作图法（Interval mapping, IM）

鉴于单标记方法存在的问题，Lander 和 Bostein(1989)提出了基于两个侧邻标记 的区间作图法。



该方法借助于完整的分子标记连锁图谱，计算 基因组任意位置上两个相邻标记之间存在或不 存在QTL的似然比的对数（LOD值）。 根据整个染色体上各点处的LOD值可以检测出 一个QTL在该染色体上存在与否的似然图谱。 当LOD值超过某一给定的临界值时，即表明存 在一个QTL， 其置信区间为对应于峰两侧各下降1个LOD值 的图谱区间。
建立RI群体是非常费时的。在实际研究中，人们往 往无法花费那么多时间来建立一个真正的RI群体，所以 常常使用自交6~7代的“准”RI群体。
在RI群体中，每一分离座位上只存在两种基 因型，且比例为1:1。 RI群体的优点是可以长期使用，可以进行重 复试验。因此它除了可用于构建分子标记连锁图 外，特别适合于数量性状基因座（QTL）的定位 研究。但是，考虑到构建RI群体要花费很长时间， 如果仅是为了构建分子标记连锁图的话，选用RI 群体是不明智的。另外，异花授粉植物由于存在 自交衰退和不结实现象，建立RI群体也比较困难。
（二）BC1群体
BC1（回交一代）也是一种常用的作图群体。BC1群 体中每一分离的基因座只有两种基因型，它直接反映了 F1代配子的分离比例，因而BC1群体的作图效率最高， 这是它优于F2群体的地方。
虽然BC1群体是一种很好的作图群体，但它也与F2群 体一样，存在不能长期保存的问题。可以用F2中使用的 类似方法来延长BC1群体的使用时间。另外，对于一些人 工杂交比较困难的植物，BC1群体也不太合适，因为一是 难以建立较大的BC1群体，二是容易出现假杂种，造成作 图的误差。
（四）DH群体
高等植物的单倍体（Haploid）是含有配子染色体数 的个体。单倍体经过染色体加倍形成的二倍体称为加倍单 倍体或双单倍体（DH）。DH植株是纯合的，自交后即产 生纯系，因此DH群体可以稳定繁殖，长期使用，是一种 永久性群体。 DH群体直接从F1花粉经培养产生，因而建立DH群 体所需时间不多。但是，产生DH植株有赖于花培技术。 有些植物的花药培养非常困难，就无法通过花培来建立 DH群体。另外，植物的花培能力跟基因型关系较大，因 而花培过程会对不同基因型的花粉产生选择效应，从而破 坏DH群体的遗传结构，造成较严重的偏分离现象，这会 影响遗传作图的准确性。因此，如果是以构建分子标记连 锁图为主要目的的话，DH群体不是一种理想的作图群体。
F2群体的另一个缺点是不易长期保存，有性繁殖一代后，群体的 遗传结构就会发生变化。为了延长F2群体的使用时间，一种方法是 对其进行无性繁殖，如进行组织培养扩繁。但这种方法不是所有的植 物都适用，且耗资费工。另一种方法是使用F2单株的衍生系（F3株 系或F4家系）。将衍生系内多个单株混合提取DNA，则能代表原F2 单株的DNA组成。为了保证这种代表性的真实可靠，衍生系中选取 的单株必须是随机的，且数量要足够多。这种方法对于那些繁殖系数 较大的自花授粉植物（如水稻、小麦等）特别适用。
3、QTL定位的方法



QTL定位就是检测分子标QTL间的连锁关系， 同时还可以估计QTL的效应。 利用DNA标记进行QTL定位的遗传学基础是： 当分子标记与某一个性状的QTL连锁时，不同 标记基因型的个体的表型值将存在显著差异， 分析这种差异，就可推断与分子标记相连锁的 QTL的位置和方法。 与饱和遗传图谱的构建相适应，QTL定位的统 计分析方法也在不断发展。