第3章 分子图谱的构建

作图，应用广泛。
△准备资料（prepare data）：
如果是F2群体的资料，阅读资料后，屏幕上将出现：
data type f2 intercross
146 362 0 symbols 1=A 2=H 3=B 0=（个体数 座位数 QTL数）
其中：
1=A—亲本A的纯合基因型（aa） 2=H—杂合基因型（ab） 3=B—亲本B的纯合基因型（bb） 4=C—非亲本B纯合基因型（ab，aa） 5=D—非亲本A纯合基因型（ab，bb） 0=- — 缺资料
的估计可以解决这一问题。
似然比与连锁检验:
似然（likelihood），定义为特定观测表现型出现的可
能性。
最大似然，定义为以满足其估计值在观察结果中出现 的概率最大为条件。即比较假设两座位间存在连锁（r∠0.5） 的概率与假设没有连锁（r=0.5）的概率。 似然比 = L（r）/ L（1/2）
L（r）：假设两个标记间以r的重组率相连锁的概率；
二、图谱构建的理论基础
1、染色体遗传理论
（W S Sutton & T Boveri, 1903）
体细胞中染色体成对存在，两个成员是同源的； 在生命周期中，染色体保持结构上的恒定性和遗传上的 连续性； 在减数分裂中，同源染色体的两个成员相互配对，随后 又发生分离，走向细胞的两极，从而形成两个单倍体性细胞。
△排序（sequence）：
通过多点分析，可以计算出在同一连锁群内不同排列 顺序下，各座位之间的距离和连锁群的总长度。
△比较（compare）：
通过比较同一连锁群内不同排列顺序的作图结果，
找出log-likelihood（对数似然值）为最大的排列方式为
最合理的排列方式。
△作图（map）：显示最后的作图结果
干扰的程度用符合系数C表示。
C=实际双交换值/理论双交换值
要计算两个相距较远的基因座之间的图距时，如 果中间没有其他基因座可用，则两个基因座之间实际 发生的双交换就不能被鉴定出来。而由于双交换的结
果，会使根据重组值估计的两个基因座位间的距离估
计值偏低。因此，采用一些数学的方法矫正。
Haldane作图函数 :
￭ 重组型配子占总配子的比例称为重组率 （r）
重组型配子数 重组率 (%) = ———————— x 100 配子总数 重组率的高低取决于交换的频率，而两对基因之间的 交换频率取决于它们之间的直线距离。 重组率可用来表示基因间的遗传图距，图距单位用厘
摩（ centi-Mogan ， cM ）表示， 1 cM 的大小大致符合 1%
（3）RI群体
RI群体，即重组近交系
（Recombinant inbred lines）
群体，是由重组近交系组成
的分离群体。系由F2经多代 自交一粒传（single seed descendant）使后代基因组 相对纯合的群体。
群体的分离 特点:
P:
F1: Fn:
P1 X P2 F1
F2 F3 F4
△分群（group）：
通过两点分析，计算各座位之间的连锁关系，并把基因 座位划分为若干个连锁群。屏幕上将出现： group 1：1 4 12 35 … group 2：2 7 18 42 … … 通过设置LOD值，可以改变连锁群的数目。LOD值 增大，连锁群的数目也会增大。LOD值>3.0时，其分群的 可靠性较大。当座位数足够大时，连锁群的数目与单倍体 的染色体数目相同。
（2）多点测验：同时分析多个基因座之间的连锁
关系。
在多点分析（mutiple analysis）中，假设有m个标记座
位，并按正确或假定的染色体顺序排列，则对于m个基因
座位，一共有m！/2种可能的排列顺序。 用两点测验方法难以完成，且结果不可靠； 采用计算机可以同时分析多种基因排列顺序，从而构建
一个最佳的连锁图谱。
P1 X P2
DH(Doubled Haploid, 双单倍体）
F1
花药培养 单倍体
自然加倍
秋水仙素处理
双单倍体（DH）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 marker1 A B B A B B A A B A Genotypes marker2 B B A B A B B A A B
株系号
永久性群体：RI、DH群体等；
（1）F2群体
群体的分离特点: P:
F1:
F2:
P1 × P2 F1
F2
P1 P2 1 2 3 4 5 6 7
CAPS251 Genotypes
200 B
A B
H H A B H H H A: H: B=1: 2: 1
基因型的读数（score）:
P1 P2
F2
1-亲本1的纯合基因型（aa）
L（1/2）：假设两个标记间为非连锁的概率。
连锁检验：
L（r） LOD = log -----------L（1/2） LOD为L（r）/ L（1/2）取以10为底的对数。
在实际应用技术中，要求似然比L（r）/ L（1/2）大于
1000：1，即LOD>3.0，才能证实这两标记间存在连锁。即 LOD = log L（r）/ L（1/2） = log 1000 =3.0
（2）BC1群体（回交一代群体）
群体的分离特点: P:
F1:
BC1:
P1 X P2 F1 × P1 BC1
P1 P2
CAPS251 Genotypes
1 2 3 4 5 6 7 H H AH HA H A: H=1: 1
200 A
A B
基因型的读数（score）:
P1 1
P2 3 1
BC1 2 0
RIL 3 0
3-亲本2的纯合基因型（bb）
0-缺资料
群体的特点:
优点： 永久性群体，可重复使用； 以品系作为分离单元，表现型鉴定较可靠； 缺点： 群体不易产生； 群体通常会出现偏态分离，这是在RI群体发展过程 中自然选择和人工选择的结果。
（4）DH群体
群体的分离特点: P: F1: 花粉(单倍体): 加倍: DHL:
的重组率。
3、图谱制作的统计学原理
（1）两点测验：对两个基因座之间的连锁关系
进行检测。
▲χ2检测标记座位是否符合孟得尔分离比例，严重异常 分离的标记一般不能用于连锁作图； ▲ 重组率是根据分离群体中重组型个体占个体总数的比 率来估算的。这种估算方法无法得到估算值的标准误，因此 无法对估算进行显著性检验。采用最大似然法估计 （maximum likelihood estimation，MLE）方法进行重组率
200 B
A
纯合度≈100%
A: B =1: 1
基因型的读数（score）: 1-亲本1的纯合基因型（aa）
P1 1
P2 3 1
DHL 3 0
3-亲本2的纯合基因型（bb）
0-缺资料
群体的特点:
优点： 永久性群体，可重复使用； 群体分离通常符合孟德尔规律； 以品系作为分离单元，表现型鉴定较可靠。 缺点： 群体不易产生； 花粉培养过程可能会对基因型产生选择和引起变异。
1-轮回亲本的纯合基因型（aa）
2-杂合体（ab） 3-非轮回亲本的纯合基因型（bb） 0-缺资料
群体的特点:
优点：
群体容易产生；
直接反映了F1代配子的分离比例，作图效率高； 适合亲缘关系较远的亲本；
缺点：
非永久性群体；
当显性时表现型和基因型鉴定都有麻烦；
对人工杂交困难的植物，不易建立大的群体，且易 出现假杂种。
传统遗传图
分子遗传图谱：不同分子标记在染色体上的相对位
置或排列情况。遗传图谱只显示基因间在染色体上的相对
位置，并不反映在染色体上的实际距离。
基本步骤：标记选择
亲本多态性分析与亲本组合选择
发展作图群体
群体标记基因型分析
数据分析处理
图谱绘制与完善
一、作图群体的发展
作图群体的基本要求：
群体要足够大； 群体随机分离； 双亲间的多态性高。
第3章 分子图谱的构建
一、作图群体的发展
二、图谱构建的基本理论 三、数据处理 四、图谱的完善 五、比较基因作图
遗传作图 (Genetic mapping) 即遗传图谱的构 建。它是利用遗传学的原理和方法，构建能反映 基因组中遗传标记之间遗传关系的图谱。 传统遗传图中的遗传标记主要是形态学标记。 形态学标记的数量不多，但利用形态学标记作图 的时间很长，在二十世纪的前八十年主要是利用 形态学标记作图。
多点测验通常也采用似然比检验法。对于
m！/2种可能的基因排列顺序，都可以得到一个
各自最大的对数似然值（log-likelihood）。比
较这些可能的排列，对数似然值最大者即为最
佳的顺序。
（3）交换干扰与作图函数
随着两基因间距离的增大，染色体上两基因座位之 间便有可能在两个地方同时发生遗传物质的交换，即双 交换。 在染色体某区段上发生双交换，其实际频率往往少 于由单交换概率相乘所估得的理论值。这是因为一个位 置上所发生的交换会减少其周围另一个单交换是发生， 这种现象称为交换干扰。
1、亲本的选择
（1）亲本之间的多态性：一般取决于其亲缘关系，
可用地理、形态、血缘等关系或同工酶多态性作为判断依
据。不同作物多态性表现不同，所要求的双亲亲缘关系远 近也不同。 （2）亲本的纯合性。 （3）杂交后代的育性。 （4）亲本及其F1细胞学特性，避免染色体变异。
2、分离群体的类型
暂时性分离群体：F2、F3、F4、BC、三交群体等；
2、基因重组和连锁理论
￭ 细胞减数分裂中，非同源染色体上的基因相互独立，
自由组合；同源染色体上的基因产生交换和重组，交换的频 率随基因间的距离的增加而增大。
￭ 位于同一染色体上的基因在遗传中一般倾向于维系在
一起，表现为连锁（linkage）；它们之间的重组是通过一
对同源染色体的两个非姊妹染色单体之间的交换来实现的。
2-杂合体（ab） 3-亲本2的纯合基因型（bb） 0-缺资料
1
3
1
3
2
群体的特点:
优点： 群体容易产生； 群体分离符合孟德尔规律； 基因型（带型）容易识别。
缺点：
非永久性群体，难以长期保存； 每个个体提供的DNA数量有限； 存在杂合基因型，对显性标记将出现信息简并； 表型鉴定误差大，特别是对于数量性状而言。
Dist cM
1
Mar ker Id Name (71) RG472 RG246 K5 U10 RG532 W1 RG173 Amy1B RZ276 RG146 RG345 RG381 RZ19 RG690 RZ730
Dist cM
3、群体大小的确定
（1）作图效率：从随机分离结果可以辨别的最大 图距（群体过小，易判断为不同连锁群）；两个标记 间可检测到重组的最小图距（群体过小，易判断为共 分离标记）
（2）作图目的：分子标记连锁骨架图——小群体；
基因组序列分析或基因分离——大群体 （3）群体类型：达到相当的作图精度，所需群体 大小的顺序为：F2＞RI＞BC1＞DH
假定C=1，Haldane （1919）给出了两基因座位之间的
真实图距（x）与重组值r之间的关系：
X = -（1/2）ln（1-2r）
利用Haldane的公式，22%的重组率相当于29.0cM。
Kosambi作图函数：
假设：考虑交叉干扰存在的因素，C与r之间存在 线性关系，C值随r的增加而增加，干扰相应减弱。 Kosambi（1944）给出了作图函数： （1+2r） X = （1/4）ln ------------（1-2r）
纯合度＝1-(1/2) 8 = 99.61%
F2
F8
P1 P2
RA1962 /EcoRI Genotypes
1 2
3 4 5 6 7 8 9 10
200
A B A A B B B A A B A B
A
A: B =1: 1
基因型的读数（score）: 1-亲本1的纯合基因型（aa）
P1 1
Pห้องสมุดไป่ตู้ 3 1
P1 对P2显性， P1和F1（杂合） —4
P2 对P1显性， P2和F1（杂合） —5
2、 作图软件的利用 下载网址：
http://linkage.Rockefeller.edu/soft/list.html LINKAGE MAPMAKER/EXP
Lander等（1987）设计，可对各类群体进行遗传
当r = 0.22 时，X = 23.6 cM。
三、数据处理
1、分离数据的收集与数字化 ●分离群体中不同个体的DNA多态性信息。
●电泳带型的数字化：必须区分所有可能的类
型，并赋予相应的数字或符号。
应避免利用没有把握的数据。
共显性标记F2：
P1—1； P2—3； F1（杂合）—2；缺失数据—0
显性标记F2：