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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 4.3 QTL定位定位4.4 分子标记辅助选择分子标记辅助选择 基因组学基因组学 Genomics4 Mapping of genes4.1 基因的鉴定基因的鉴定 基因定位（基因定位（ Mapping of genes ）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，是要准确地鉴定基因。基因组学基

2、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。 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RNA通过反转录通过反转录可以合成可以合成

3、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，通过表现型可以分析基制的，通过表现型可以分析基因型。因型。基因组

4、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： 从孟德尔遗传学的基因概念来看，基因型是通过表从孟德尔遗传学的基因概念来看，基因型是通过表现型来认识的，根据基因对表现型影响的大小，通常把现型来认识的，根据基因对表现型影响的大小，通常把基因划分为主效基因基因划分为主效基因（major genemajor gene）和微效基因和微效基因（minor geneminor gene） 。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 主效基因主效基因: 又称主基因，是一

5、又称主基因，是一类控制质量性状的基因，其类控制质量性状的基因，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（quantitative trait locus，QTL），），其性状其性状表现为连续的变异。表现为连续的变异。 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（locuslocus）：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

6、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（multiple alleles）。）。A B CA1 B1 C1A2 B2 C2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 判断某一性状是否由主基因控制和受多少对基因控判断某一性状是否由主基因控制和受多少对基因控制，首先需要对该性状作遗传分析。遗传分析的基本方制，首先需要对该性状作遗传分析。遗传分析的基本方法是：法是： （1

7、）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中观察该性状属于完全显性，还是不完全中观察该性状属于完全显性，还是不完全显性；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。 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 由于有些基因已经定位，因此在基因定位之前，需要由于有些基因已经定位，因此在基因定位之前，需要做基因的等位性（做基因的等位性（allelism）测定，以明确要定位的基因尚）测定，以明确要定位的基因尚没有定位。基因的等位性测定的基本方法是：没有定位。基

8、因的等位性测定的基本方法是： （1）查阅有关文献，了解该性状目前的研究情况，包）查阅有关文献，了解该性状目前的研究情况，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。 基因组学基因组学 Genomics4 Mapping of genes4.2 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

9、。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。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 无论是遗传标记还是基因，无论是遗传标记还是基因，都在染色体上占有它们的座位，都在染色体上占有它们的座位，而这些座位都是而这些座位都是DNA的一个片的一个片段，因此从座位上看，它们并段，因此从座位上看，它们并没有什么区别。通过遗传图谱没有什么区别。通过遗传图谱的构建，很多分子标记在染色的构建，很多分子标记在染色体上的位置已经确定，因此只体上的位置已经确定，因此只要确定基因与分子标记

10、之间的要确定基因与分子标记之间的连锁关系，就可以确定基因在连锁关系，就可以确定基因在染色体上的位置。染色体上的位置。DistMarkercMIdName(71)RG47219.2(50)RG24616.1(154) K54.8(159) U104.7(75)RG53215.3(160) W115.5(39)RG17315.0(163) Amy1B3.8(108) RZ2763.3(32)RG14634.3(57)RG3452.5(60)RG38123.5(102) RZ198.2(84)RG69013.2(141) RZ73033.1(143) RZ8012.6(90)RG8109.2(55)

11、RG3311DistMarkercMIdName(66)RG43713.0(76)RG5445.3(37)RG17122.2(33)RG15727.4(110) RZ3186.3(167) PalI29.3(129) RZ5810.2(12)CDO6868.8(162) Amy1A/C12.8(95)RG958.4(82)RG6545.1(52)RG25610.0(104) RZ2135.4(99)RZ12313.1(74)RG5202DistMarkercMIdName(25)RG1047.7(58)RG34813.2(111) RZ3296.9(145) RZ8929.8(23)RG100

12、2.8(43)RG19117.5(139) RZ67841.6(128) RZ57437.1(109) RZ28415.6(115) RZ39418.5(156) pRD10A2.5(118) RZ4035.0(40)RG17928.6(4)CDO3371.9(112) RZ337A22.5(121) RZ44815.0(124) RZ51932.1(173) Pgi-17.1(13)CDO879.2(94)RG91017.9(62)RG418A3DistMarkercMIdName(47)RG2188.1(107) RZ2628.6(42)RG19012.6(92)RG90813.7(93)

13、RG913.2(67)RG44916.1(89)RG7888.4(127) RZ56516.8(138) RZ67521.4(35)RG16328.2(130) RZ5902.7(46)RG21412.2(31)RG1435.9(79)RG6204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 分子标记是通过它们产生的带分子标记是通过它们产生的带型来识别的，而基因是通过它们产型来识别的，而基因是通过它们产生的表现型来识别的。因此与前面生的表现型来识别的。因此与前面讲述的遗传作图不同，基因定位既讲述的遗传作图不同，基因定位既要分析分子标记

14、的带型，又要分析要分析分子标记的带型，又要分析基因型产生的表现型。基因定位的基因型产生的表现型。基因定位的基本原理是通过分析分子标记与表基本原理是通过分析分子标记与表现型之间的连锁关系，确定基因在现型之间的连锁关系，确定基因在遗传图谱中的位置。遗传图谱中的位置。Zhang et al. 1996, TAG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： 作图群体是基因定位中不可缺少的试验材料。作图作图群体是基因定位中不可缺少的试验材料。作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

15、相对性状的差异； （2）双亲应具有较高程度的多态性，以便找到紧密）双亲应具有较高程度的多态性，以便找到紧密连锁的分子标记；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。 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： 在基因定位中，目的基因的基因型是通过它的表现型来确定的，因在基因定位中，目的基因的基因型是通过它的表现型来确定的，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

16、因定位质量的关键。表型测定要求： （1）由于作图群体较大，表型分析通常在自然条件下进行，必须使）由于作图群体较大，表型分析通常在自然条件下进行，必须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）表型测量要准确。表型在测量和辨别过程中通常容易出现误差，）表型测量要准确。表型在测量和辨别过程中通常容易出现误差，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

17、检测方法，如特定的菌种、花粉育性等。 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

18、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致。数值相一致。 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-非亲本非亲本1纯合基因型（纯合基因型（ab或或bb），即亲本），即亲本2的表现型的表现型为显性；为显性； 5-非亲本非亲本2纯合基因型（纯合基因型（ab或或aa），即亲本），即亲本1的表现型的表现型为

19、显性；为显性； 0-缺资料缺资料基因组学基因组学 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 已定位标记的利用：已定位标记的利用： 通过遗传图谱的构建，很多分子标记在染通过遗传图谱的构建，很多分子标记在染色体上的位置已经确定，因此只要找到与基因色体上的位置已经确定，因此只要找到与基因连锁的分子标记，就可以确定基因在染色体上连锁的分子标记，就可以确定基因在染色体上的位置。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。 已定位标记的利用，通常是从现有的遗传已定位标记的利用，通常是从现有的遗传图谱中，按一定距离均匀选取分子标记。图谱

20、中，按一定距离均匀选取分子标记。 1）亲本多态性的分析，筛选出具有多态）亲本多态性的分析，筛选出具有多态性的分子标记；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。 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

21、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。 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Michelmore RW, 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

22、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。 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

23、中，通常选择具有同一相对性状的10-20个体的个体的DNA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。 基因组学基因组学 GenomicsR/Rr/rRrP:F2

24、:F1:Rr 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 混合池的利用：混合池的利用： 在实际利用中，两个混合池通常与两个亲本一起做在实际利用中，两个混合池通常与两个亲本一起做分子标记的分析。当两个亲本的带型有差异，而两个混分子标记的分析。当两个亲本的带型有差异，而两个混合池的带型无差异时，表明该标记与目的基因不连锁；合池的带型无差异时，表明该标记与目的基因不连锁；当两个亲本的带型有差异，而两个混合池的带型也有相当两个亲本的带型有差异，而两个混合池的带型也有相应的差异时，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

25、目的基因可能存在连锁关系。 通过混合池的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。 基因组学基因组学 GenomicsRr P1 P2 R S P1 P2 R S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or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：近等基因系的建立：近等基因系的建立

26、：近等基因近等基因系的建立通常采用连续回交的系的建立通常采用连续回交的方法进行。选择具有相对性状方法进行。选择具有相对性状差异的两个亲本杂交，然后用差异的两个亲本杂交，然后用带有隐性性状的亲本作轮回亲带有隐性性状的亲本作轮回亲本回交。在每一分离世代对目本回交。在每一分离世代对目的基因加以选择，经过回交的基因加以选择，经过回交7-8代以上，才能选育成近等基因代以上，才能选育成近等基因系。近等基因系除目的性状外，系。近等基因系除目的性状外，其它性状应与轮回亲本相似。其它性状应与轮回亲本相似。 PF1BC1F1BCnFnNIL基因组学基因组学 Genomics4.2 主基因定位主基因定位 4.2.3

27、 分子标记的分析分子标记的分析 近等基因系在基因定位中的利用：近等基因系在基因定位中的利用： 由于近等基因系除目的基因外，其遗传背景与轮回亲由于近等基因系除目的基因外，其遗传背景与轮回亲本相似，利用近等基因系作基因定位确实是理想的材料。本相似，利用近等基因系作基因定位确实是理想的材料。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）近等基因系的表现型不受复杂的遗传背景的干扰，）近等基因系的表现型不受复杂的遗传背景的干扰，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

28、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。 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

29、所用的分子标记已定位，则基因因与该标记连锁。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。 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

30、统一的规定转换为数值，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 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pl noAC5RZ28xa-13RG 136CDO 11611151133253242252253333363333382252292152110225221111511132252214115111512522162252217115111911511202252221333332222522231151

31、124125222521521262252227205102822522292151130225223122522342252235215113720520383333340225224122522421252243125224412522451252246115114733333481151149205205023523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

32、用己知标记来定位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。 基因组学基因组学 GenomicsDistMarkercMIdName(71)RG47219.2(50)RG24616.1(154) K54.8(159) U104.

33、7(75)RG53215.3(160) W115.5(39)RG17315.0(163) Amy1B3.8(108) RZ2763.3(32)RG14634.3(57)RG3452.5(60)RG38123.5(102) RZ198.2(84)RG69013.2(141) RZ73033.1(143) RZ8012.6(90)RG8109.2(55)RG3311DistMarkercMIdName(66)RG43713.0(76)RG5445.3(37)RG17122.2(33)RG15727.4(110) RZ3186.3(167) PalI29.3(129) RZ5810.2(12)CDO

34、6868.8(162) Amy1A/C12.8(95)RG958.4(82)RG6545.1(52)RG25610.0(104) RZ2135.4(99)RZ12313.1(74)RG5202DistMarkercMIdName(25)RG1047.7(58)RG34813.2(111) RZ3296.9(145) RZ8929.8(23)RG1002.8(43)RG19117.5(139) RZ67841.6(128) RZ57437.1(109) RZ28415.6(115) RZ39418.5(156) pRD10A2.5(118) RZ4035.0(40)RG17928.6(4)CDO

35、3371.9(112) RZ337A22.5(121) RZ44815.0(124) RZ51932.1(173) Pgi-17.1(13)CDO879.2(94)RG91017.9(62)RG418A3DistMarkercMIdName(47)RG2188.1(107) RZ2628.6(42)RG19012.6(92)RG90813.7(93)RG913.2(67)RG44916.1(89)RG7888.4(127) RZ56516.8(138) RZ67521.4(35)RG16328.2(130) RZ5902.7(46)RG21412.2(31)RG1435.9(79)RG6204

36、水稻水稻DHDH群体构建的遗传图谱群体构建的遗传图谱基因组学基因组学 Genomics4.2 主基因定位主基因定位 4.2.4 遗传作图遗传作图 精细定位精细定位 （fine mappingfine mapping）：）： 在基因定位中，找到已定位的分子标记，只是完成了在基因定位中，找到已定位的分子标记，只是完成了基因的粗定位，即只知道基因的大概位置，这对于基因定基因的粗定位，即只知道基因的大概位置，这对于基因定位来说是不完善的。基因精细定位，就是在基因粗定位的位来说是不完善的。基因精细定位，就是在基因粗定位的基础上，进一步完善基因定位的工作。基因精细定位的目基础上，进一步完善基因定位的工作。

37、基因精细定位的目标，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克隆的基础。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 PSM202PSM215T190.1280.3580.153PSM8A8W4A14PSM214T18T170.4480.0130.0380.0260.013AC093089(90kb)AC079021(135kb)AC134931(124kb)S-b77 87 1042301327465Genetic distance/cMRecombinant affair(

38、a)(b)(c)Physical positionORF prediction The linkage map (a), physical map (b) and ORF prediction (c) of locus S-b on rice chromosome 5 R830STSPSM7PSM8 PSM9S-bPSM202PSM206PSM208RM13R2213SSTSRM4130.30.30.90.91.21.70.30.30.9李文涛等，2006，科学通报基因组学基因组学 Genomics4 Mapping of genes4.3 QTL定位定位 QTL（quantitative t

39、rait locus）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。基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL定位定位 4.3.1 概况概况 生物性状的形成取决于两方面的因素，一是亲本的基生物性状的形成取决于两方面的因素，一是亲本的基因型，一是环境条件的影响。因此，表现型是基因型和环因型，一是环境条件的影响。因此，表现型是基因

40、型和环境条件共同作用的结果。境条件共同作用的结果。 P = G + E 其中，其中，P表示表现型值，表示表现型值，G表示基因型值，表示基因型值，E表示环境表示环境条件引起的变异。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。 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL定位定位 4.3.1 概况概况 在传统的遗传分析中，通常是分析数量性状的表现型在传统的遗传分析中，通常是分析数量性状的表现型值中，基因型值所占的比率，以便评价数量性状遗传力的值中，基因型值所占的比率，以便评价数量性状遗传力的大小，或者是通

41、过双列分析等方法，估计控制数量性状的大小，或者是通过双列分析等方法，估计控制数量性状的基因对数，但难以确定控制数量性状的基因所在染色体上基因对数，但难以确定控制数量性状的基因所在染色体上的位置。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。 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL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 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL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

42、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 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL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 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL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（single marker ANOVA（analysis of variance）是）是Thoday （1961）提出的。）提出的。 基因组学基因

43、组学 Genomics4.3 QTL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）。）。 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL定位定位 4.3.3 单标记方差分析法单标记方差

44、分析法 M1Q1 M2Q2 M1Q2M2Q1 (1-r) (1-r) (r) (r) M1Q1 (1-r)2 (1-r)2 r(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) r2 r2 (r) M2Q1r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r) M1 Q1 M2 Q2 M1 Q1 M2 Q2 M1 Q1 M2 Q2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） : : jQ1Q1 Q1Q2 Q2Q2 Mean i M1M1 （1-r）2 2r（

45、1-r） r2 m1 M1M2r（1-r） r2+（1-r）2 r（1-r） m2 M2M2r2 2r（1-r） （1-r）2 m3 M1Q1 M2Q2 M1Q2M2Q1 (1-r) (1-r) (r) (r) M1Q1 (1-r)2 (1-r)2 r(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) r2 r2 (r) M2Q1r(1-r) r(1-r) r2 r2 (r)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： -d 0 h d

46、基因型：基因型： Q2Q2（P2） 1/2（P1+P2） Q1Q2 Q1Q1（P1） 基因组学基因组学 Genomics4.3 QTL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。 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) = (1-2

47、r)d + 2r(1-r)h m2 = r(1-r)d + r2 + (1-r)2 h + r(1-r) (-d) = r2 + (1-r)2 h m3 = r2d + 2r(1-r)h + (1-r)2(-d) = -(1-2r)d + 2r(1-r)h假定假定: d h dh 0当当r=0.5，即，即M与与Q不连锁时，不连锁时， m1 = 1/2h m2 = 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，则r = 0.5，即表明，即表明M与与Q不存在连锁关系；不存在

48、连锁关系；如果如果mi mk，则，则r 0.5，即表明，即表明M与与Q存在连锁关系。存在连锁关系。 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 : :4.3 QTL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M1M1M1M2M2M2 1 2 3 株数（株数（ni） n1 n2 n3 表型值（表型值（mi） m1 m2 m3 基因组学基因组学 Genomics 不同基因型的均值（不同基因型的均值（mi）之间的差异来源于：（）之间的差异来源于：（1）基因型的效应；）基因型的效应；（2）环境的影响。因

49、此，需要对这些资料作组内观察值不等的单因素的）环境的影响。因此，需要对这些资料作组内观察值不等的单因素的方差分析。方差分析。 变异来源变异来源DF SS MS F 标记基因型间标记基因型间k-1 SSt MStMSt/MSe 试验误差试验误差 （ni-1） SSe MSe 总计总计 ni-1 SST 当当FF0.05时，平均数间的差异显著，即时，平均数间的差异显著，即mi mk，表明，表明M与与Q存在连存在连锁关系。当锁关系。当FF0.05时，平均数间的差异不显著，即时，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。基因组学基因组学 Genomics4.

50、3 QTL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 P2 = 2d（1） m1 m3 = 2（1-2r）d （2） 基因组学基因组学 Genomics P1 P2 = 2d（1） m1 m3 = 2（1-2r）d （2） m