第四节植物数量性状图位克隆方法演示文稿

第四节植物数量性状图位克隆方法演示文稿现在是1页\一共有28页\编辑于星期五优选第四节植物数量性状图位克隆方法现在是2页\一共有28页\编辑于星期五数量性状位点(QTL)QuantitativeTraitLocus(QTL)是生物基因组上的某个区段，它含有一个或多个基因，影响数量性状的变异。QTL可以通过多态性分子标记与性状的连锁关系而确定下来，即QTL定位。现在是3页\一共有28页\编辑于星期五QTL初定位

-查找QTL在基因组上的大概位置

初定位的群体：连锁群体和关联群体：连锁群体：人工群体，利用杂交过程中产生的重组，通过分子标记多态性与性状变异的连锁关系定位QTL。关联群体：自然群体，利用进化或育种过程中所积累的重组和变异，通过基因组中的连锁不平衡（LD）来确定遗传多态性与性状变异的关系。缺点：定位结果很大程度上依赖于群体结构和等位基因频率。现在是4页\一共有28页\编辑于星期五连锁群体的基因组结构和QTL初定位连锁群体：临时性分离群体：自交群体（如F2、F3）和回交群体（BC1、BC2）等。永久性分离群体：重组自交系群体(RIL)和加倍单倍体群体(DH)等。在分离群体基础上筛选的极端个体群体。现在是5页\一共有28页\编辑于星期五123456789101112123456789101112123456789101112F2RIL表型鉴定以单株或其后代家系为基础，准确性不高，不能重复试验。简单，遗传变异丰富，可以同时估计加性和显性效应。后代稳定，不发生分离，鉴定性状以纯合株系为基础，准确性高。群体准备周期长，只能估计加性效应。早代多次互交，增加重组。现在是6页\一共有28页\编辑于星期五F2群体QTL初定位0/2:homozygousgenotypes1:heterozygousgenotype现在是7页\一共有28页\编辑于星期五关联群体的基因组结构和QTL初定位现在是8页\一共有28页\编辑于星期五关联群体QTL初定位现在是9页\一共有28页\编辑于星期五Diagramofgenomereshufflingbetween25diversefoundersandthecommonparentandtheresulting5000immortalgenotypes.YuJetal.Genetics2008;178:539-551连锁-关联群体的基因组结构和QTL初定位现在是10页\一共有28页\编辑于星期五PolandJAetal.PNAS2011;108:6893-6898用NAM群体鉴定出了29个QTL，抗性等位基因用红色，感病等位基因用绿色。公共亲本B73自交系和25个核心自交系的小斑病抗性现在是11页\一共有28页\编辑于星期五QTL精细定位

-确定QTL在基因组上的准确位置

在禾谷类作物中，许多影响重要农艺性状的QTL已被定位，相比较而言，克隆到基因却非常少。一般来讲，初定位的QTL置信区间在10-30cM，包含几百个基因。不清楚QTL是对应一个基因？还是多个紧密连锁的基因?如果对应有多个基因，基因的效应相同?还是相反？是否累加?等等必需精细定位QTL，克隆对应的基因。现在是12页\一共有28页\编辑于星期五QTL是通过统计分析得到的，定位在染色体某一置信区间内。增加分子标记和完善统计分析软件，对置信区间的缩小并不是很有效。精细定位，即在QTL初定位基础上，针对目标区间构建遗传背景一致的次级遗传分离群体，把复杂性状QTL界定于更小的基因组区域内。将QTL作为一个主Mendelian因子来进行精细定位。QTL精细定位的可行性现在是13页\一共有28页\编辑于星期五QTL精细定位决定于三个基本要素：1)高密度标记；2)关键重组个体；3)重组个体性状的准确鉴定。目标：QTL--QTG--QTN

Locus-Gene-NucleotideQTL精细定位三要素现在是14页\一共有28页\编辑于星期五QTL精细定位—标记密度基因组大规模重测序、SNP芯片、比较基因组学等保证在目标基因区域获得高密度的分子标记。禾谷类作物的基因组重测序产生了海量的SNP信息，用于开发目标基因区域的高密度分子标记。玉米的HapMap计划(Goreetal.2009)有160万SNP。水稻中，Huangetal.(2010)检测到360万非冗余的SNP位点，平均9.32SNPs/kb。现在是15页\一共有28页\编辑于星期五QTL精细定位—关键重组个体成功的QTL精细定位依赖于关键重组个体，也即在目标QTL区域有高频率的染色体交换发生。重组频率在染色体的不同区域变异很大，产生所谓的重组热点和重组冷点区域。如QTL位于重组热点，就易获得关键重组个体；不然就需要很大的分离群体，或连续多代，或组配多个组合等方法筛选。染色体不同区域重组频率的高低与着丝粒位置、染色体结构、亲本在QTL区域的序列差异等均相关。现在是16页\一共有28页\编辑于星期五玉米染色体的重组频率和基因密度分布K.Fengleretal.,inpress,PlantGenome现在是17页\一共有28页\编辑于星期五通过控制群体结构和后代测定等手段来消除遗传背景的影响，同时增加重组机会。在目标QTL区间建立高分辨率的分子标记图谱，分析目标QTL与标记的连锁关系。主要采用近等基因系(Near-isogeniclines,NILs),染色体片段代换系(chromosomesegmentsubstitutionlines，CSSLs)或导入系(introgressionline,ILs),及基于重组自交系衍生的杂合自交家系(heterogeneousinbredfamily,HIF)或剩余杂合体(residualheterozygousline,RHL)。QTL精细定位—性状的准确鉴定现在是18页\一共有28页\编辑于星期五利用单QTL-NIL群体的精细定位。筛选在目标QTL区间具有差异、遗传背景完全一致的QTL近等基因系(nearisogenicline，NIL)，配组构建群体，或者筛选在目标区间呈杂合型、遗传背景呈纯合型的单株，自交建立分离群体，通过对分离群体单株或单株自交后代测定，分析表型差异，精细定位目标QTL区间。Advantage:IdenticalbackgroundDisadvantage：Laborious&LongtimeconsumedQTL精细定位策略—单QTL-NIL现在是19页\一共有28页\编辑于星期五QTL1fromP1isobtainedbyMASusingP2asarecurrentparent.TheresultingNIL1hasachromosomesegmentthatincludesQTL1,butisotherwiseidenticaltotheP2geneticbackground.现在是20页\一共有28页\编辑于星期五现在是21页\一共有28页\编辑于星期五染色体片段代换系CSSLs，即在受体(供体)亲本的遗传背景中建立供体(受体)亲本的“基因文库”，代换系覆盖全基因组且相互重叠。由代换系组配的分离群体消除了大部分遗传背景的干扰及QTL之间的互作，可提高QTL定位的效率和精度，从而可进一步缩小QTL区间。QTL精细定位策略—CSSLs现在是22页\一共有28页\编辑于星期五CSSL(ChromosomeSegmentSubstitutionLine)现在是23页\一共有28页\编辑于星期五基于重组自交系（RIL）衍生的杂合自交家系(heterogeneousinbredfamily，HIF)或剩余杂合体(residualheterozygousline,RHL)的QTL精细定位。RIL群体是连续自交产生的，随着代数的增加，染色体上的大多数位点逐步纯合，一般到F5代就只有6.25％的位点处于杂合状态。在QTL初定位基础上，利用分子标记从RIL群体中筛选目标QTL杂合而背景纯合的RHL自交，构建类似单QTL-NIL群体。从RIL群体中筛选，时间短，花费少，现在较多地用于QTL精细定位。QTL精细定位策略—HIF或RHL现在是24页\一共有28页\编辑于星期五RHL(ResidualHeterozygousLine)现在是25页\一共有28页\编辑于星期五玉米抗病QTL精细定位中遇到的问题玉米的抗病大多数属数量性状遗传，优良抗病基因多为稀有基因。因此，分离不同的抗病基因需要组配不同的群体。由于玉米染色体结构复杂性，抗病QTL位点的关键重组个体不易获得。抗病性状在年份、地点间的变异很大，关键重组个体的性状鉴定困难。现有的QTL精细定位方法不适用现在是26页\一共有28页\编辑于星期五1)Variabilityinsymptomdevelopment

2)DifficultyinphenotypicevaluationGenotypeEnvironmentsGenotypeEnvironmentsPathogenMorphologicalTraitsDiseaseresistance现在是27页\一共有28页\编辑于星期五基于重组个体后代测定的连续精细定位方法Recurrentparent×F1RecurrentparentMASBC2F1×RecurrentparentBC3F1ProgenyRecurrentparentBC3F1RecombinantsMASBCn+1F1ProgenyBCnF1RecombinantsDonorparentProgenytestingandMAS××F2

QTLanalysisBC1×RecurrentparentR