QTL

QTL

QTL是quantitative trait locus的縮寫,中文可以翻譯成數量性狀座位或者數量性狀基因座,它指的是控制數量性狀的基因在基因組中的位置。對QTL的定位必須使用遺傳標記,人們通過尋找遺傳標記和感興趣的數量性狀之間的聯繫,將一個或多個QTL定位到位於同一染色體的遺傳標記旁,換句話說,標記和QTL是連鎖的。近幾年QTL定位套用的較為廣泛,在人類基因上與疾病有關的基因定位甚多;植物上,模式植物抗逆性基因的定位較多。國內在家畜基因組學上的QTL專家有中國農業大學的張勤教授、華中農業大學的熊遠著院士。

QTL定位的作圖方法

QTL 定位就是採用類似單基因定位的方法將QTL 定位在遺傳圖譜上,確定QTL 與遺傳標記間的距離(以重組率表示)。根據標記數目的不同,可分為單標記、雙標記和 多標記幾種方法。根據統計分析方法的不同,可分為 方差與均值 分析法、回歸及 相關分析法、 矩估計及 最大似然法等。根據標記區間數可分為零區間作圖、單區間作圖和多區間作圖。此外,還有將不同方法結合起來的綜合分析方法,如QTL 複合區間作圖(CIM) 多區間作圖(MIM) 、多QTL 作圖、多性狀作圖(MTM) 等。

區間作圖法

(interval mapping,IM)

Lander 和Botstein(1989) 等提出,建立在個體 數量性狀觀測值與雙側標記 基因型變數的線性模型的基礎上,利用 最大似然法對相鄰標記構成的區間內任意一點可能存在的QTL 進行 似然比檢測,進而獲得其效應的 極大似然估計。其遺傳假設是, 數量性狀遺傳變異只受一對基因控制, 表型變異受 遺傳效應(固定效應) 和 剩餘誤差(隨機效應) 控制,不存在 基因型與環境的互作。區間作圖法可以估算QTL 加性和 顯性效應值。與單標記 分析法相比,區間作圖法具有以下特點:能從支撐區間推斷QTL 的可能位置;可利用標記連鎖圖在全 染色體組系統地搜尋QTL,如果一條染色體上只有一個QTL,則QTL 的位置和效應估計趨於漸進無偏; QTL 檢測所需的個體數大大減少。但IM也存在不足: QTL 回歸效應為固定效應;無法估算基因型與環境間的互作(Q×E),無法檢測複雜的遺傳效應(如上位效應等) ; 當相鄰QTLs 相距較近時,由於其作圖精度不高,QTLs間相互干擾導致出現Ghost QTL;一次只套用兩個標記進行檢查,效率很低。

複合區間作圖法

(composite interval mappig,CIM)

CIM是Zeng(1994) 提出的結合了區間作圖和 多元回歸特點的一種QTL 作圖方法。其 遺傳假定是, 數量性狀受 多基因控制。該方法中 擬合了其他遺傳標記,即在對某一特定標記 區間進行檢測時,將與其他QTL 連鎖的標記也擬合在模型中以控制背景遺傳效應。CIM主要優點是: 由於仍採用QTL 似然圖來顯示QTL 的可能位置及顯著程度,從而保證了IM作圖法的優點; 假如不存在 上位性和QTL 與環境互作,QTL 的位置和效應的估計是漸進無偏的; 以所選擇的多個標記為條件(即進行的是區間檢測),在較大程度上控制了背景遺傳效應,從而提高了作圖的精度和效率。存在的不足是: 由於將兩側標記用作區間作圖,對相鄰標記區間的QTL 估計會引起偏離; 同IM一樣,將回歸效應視為固定效應,不能分析 基因型與環境的互作及複雜的遺傳效應(如上位效應等) ; 當標記密度過大時,很難選擇標記的條件因子。

基於混合線性模型的複合區間作圖法

朱軍(1998) 提出了用隨機效應的預測方法獲得 基因型效應及 基因型與環境互作效應,然後再用區間作圖法或複合區間作圖法進行遺傳主效應及基因型與環境互作效應的QTL 定位分析。該方法的遺傳假定是數量性狀受 多基因控制,它將群體均值及QTL 的各項遺傳效應看作為固定效應,而將環境、QTL 與環境、 分子標記等效應看作為隨機效應。由於MCIM將效應值估計和定位分析相結合,既可無偏地分析QTL 與環境的互作效應,又提高了作圖的精度和效率。此外該模型可以擴展到分析具有加×加、加×顯、顯×顯上位的各種遺傳主效應及其與環境互作效應的QTL。利用這些效應值的估計,可預測基於QTL 主效應的普通 雜種優勢和基於QTL 與環境互作效應的互作雜種優勢,因而其具有廣闊的套用前景

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