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遗传图谱

目    录
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背景简介

遗传图谱也叫连锁遗传图谱(Genetic linkage map),是指基因或DNA分子标记在染色体水平上的相对位置与遗传距离,通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中的重组频率来描述,单位为厘摩尔(cM)。例如两个基因或两个分子标记之间的遗传距离为0.8cM表示减数分裂时的重组频率为0.8%。这里的遗传距离指的是相对距离而不是染色体上的物理距离。两者的遗传距离越近,发生重组的概率就会越低,反之亦然。     数量性状是指表型呈现连续变化的性状,如株高抗病能力等容易受到多种因素的影响。控制数量性状的基因在基因组上的位置被称作数量性状基因座(Quantitative Trait Locus, QTL)。     寻找QTL在染色体上的位置并估计其遗传效应,称作QTL作图(QTL mapping)。构建图谱需要有大量的分子标记作为辅助,传统的分子标记包括RFLP、SSR等。但是用这些标记去定位区间存在标记密度过低,构建费时费力等问题,逐渐被SNP标记给替代。利用全基因组重测序或简化基因组测序的方法得到高密度的SNP标记定位QTL已经成为主流。

 

应用领域
 
QTL定位:通过表型性状与标记间的关联分析来确定各个数量性状位点在染色体上的位置、效应及各个QTL间的 相互作用。


辅助基因组组装:通过带有序列信息的遗传图谱,将组装的scaffold进行进一步的链接,并定位到染色体上,以获得基因组精细图谱。

 
 分子标记辅助育种:获得与性状紧密连锁的标记,根据标记序列设计引物,直接应用于群体中的性状筛查。

比较基因组学研究:利用高密度遗传图谱上标记的宏观共线性,揭示不同物种间染色体或片段上的共线性,分析相关物种基因组结构和进化历程。

方案设计

分析内容


样本类型和测序方案

取样类型:具有重要性状的亲本,杂交或自交能产生后代。
子代群体包括暂时分离群体F1、F2和永久分离群体RIL、NIL等
作图群体:父本母本各一个,子代数量150个起。随机挑选作图群体。
测序深度:亲本20-30X,子代3-5X

Q1. 群体数量是否有要求?

A:我们一般推荐老师的样本数≥200,至少150个起。和BSA混池选样策略完全相反,即BSA选取的是极端性状做混池,而遗传图谱尽量做到随机取样,而不是刻意挑选。

Q2 .不同物种如何选择作图群图?

A:首先要符合亲本杂交或自交后具有可育性,然后根据亲本的杂合和纯合度选择分离群体。通常情况下亲本纯合度较高的物种如水稻等,分离群体可选用F2、BC、RIL、DH、NAM群体等。而杂合度较高的亲本(纯合度<50%)如林木、果树、水生鱼类、昆虫等一般采用F1作为分离群体。

Q3 .全基因组重测序的测序深度有何要求?

A:对于亲本,我们推荐测序深度≥20X。子代推荐深度3-5X。

Q4 . 多倍体可以做遗传图谱吗?

A: 同源多倍体物种遗传图谱目前可以当做二倍体来做,异源多倍体例如四倍体陆地棉等作物可以当做两个二倍体作物来构建遗传图谱。

Q5 . 遗传图谱除了QTL定位还有哪些重要的功能?

A:遗传图谱用途广泛,包括QTL定位、辅助基因组组装、分子标记辅助育种和比较基因组学研究等。

Q6 .表型数据是否符合正态分布才能进行QTL定位?

A:事实上表型数据中的随机误差大致符合正态分布即可,无需严格要求表型数据满足正态分布。但是这里需要再次强调的是,老师在选择作图群体时,取样尽量要均匀随机而不是刻意选择自己喜欢的性状。

Q7. 上图标记中是否包含偏分离标记?偏分离标记原因是什么?

A:包含偏分离不显著的标记,显著偏分离的标记会被过滤掉。偏分离是自然界非常普遍存在的现象,并被认为是生物进化的动力之一。产生偏分离的原因主要有两个方面:配子选择和合子选择,其中配子选择主要包括花粉致死、花粉管竞争和选择性受精。除了上述原因以外,环境因素、非同源重组、基因转换、转座因子、转基因沉默、体外孤雄生殖过程中的选择压、非整倍体或不稳定易位造成的染色体不稳定等都有可能是导致偏分离。

基于重测序图谱精细定位大豆抗性基因


材料:
亲本: Magellan ×PI 438489B
子代:RIL群体(246个子代个体)
测序
亲本测序深度13.5X,子代 0.19X
性状
抗豆根受线虫病 

246个重组自交系的Bin map,红色来自感病亲本,绿色来自抗性亲本。B图是A图基础上放大的效果图。白色的线是重组区(重组间隔),两个重组间隔之间即为一个Bin,以Bin为标记作图。
 
3509个bins,每个bin平均包含着31个SNPs,R/QTL 包构建连锁图,该连锁图覆盖了大豆基因组2314cM,平均图距为0.66cM。

定位结果

在群体足够大的情况下,采用重测序的方法测序定位效果会更加精细;寻找非同义突变位点,缩小候选区域;一步到位,直接获得候选区域序列信息。

标记层面

重测序可以高效开发双亲之间的SSR,InDel标记同时检测SV,CNV变异信息;SSR,InDel标记检测操作相对于CAPS,dCAPS标记更加容易,一般实验室就能顺利完成。

分析内容

可以与参考基因组和近缘物种进行共线性分析,尤其是与近缘种进行共线性分析时可以挑出同源片段,深入研究这些保守片段的分子结构和特点。

辅助组装

利用亲本的高深度序列信息(30X)可以完善参考基因组序列信息,辅助和纠错基因组装工作。

参考文献

Xu, X., et al. (2013). Pinpointing genes underlying the quantitative trait loci for root-knot nematode resistance in palaeopolyploid soybean by whole genome resequencing. PNAS, 110(33), 13469-74.

测序深度分布图

多态标记开发


遗传谱图共显性评估

图谱质量评估

共线性评估

QTL定位结果


遗传图谱构建

 

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