基因定位

基因组学Genomics第四章基因定位基因组学Genomics§4基因定位§4.1基因的鉴定§4.2主基因定位§4.3QTL定位§4.4分子标记辅助选择基因组学Genomics§4Mappingofgenes§4.1基因的鉴定基因定位（Mappingofgenes）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。基因定位的前提，是要准确地鉴定基因。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念基因的广义概念：基因是具有某种功能的DNA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某种功能的DNA序列，其含义非常广泛。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念分子遗传学的概念：基因是DNA的一个转录单位。转录产物RNA通过反转录可以合成cDNA，因此通常认为一个cDNA相当于一个基因。但是，目前大多数cDNA的功能尚不知道，因此这种基因是通过转录来识别的。DNARNA转录基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念孟德尔遗传学的概念：基因是控制某一性状的遗传因子。基因是通过表现型来识别的，即表现型是基因型控制的，通过表现型可以分析基因型。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念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（majorgene）和微效基因（minorgene）。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念主效基因:又称主基因，是一类控制质量性状的基因，其性状表现为不连续的变异。微效基因:是一类控制数量性状的基因，因此通常称为数量性状座位（quantitativetraitlocus，QTL），其性状表现为连续的变异。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.1基因的概念基因座位与等位基因：基因座位（locus）：基因在遗传图上的位置。等位基因（allele）：在相同的基因座上，两种或多种变异基因之一。由两个以上等位基因组成的一组等位基因称为复等位基因（multiplealleles）。ABCA1B1C1A2B2C2基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.2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制，首先需要对该性状作遗传分析。遗传分析的基本方法是：（1）选择具有相对性状的两个亲本杂交；（2）在F1中观察该性状属于完全显性，还是不完全显性；（3）在F2中分析分离群体中相对性状的分离。基因组学Genomics§4.1基因的鉴定§4.1.3等位性测定由于有些基因已经定位，因此在基因定位之前，需要做基因的等位性（allelism）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：（1）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。（2）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可能性，需要确定它们之间的关系。基因组学Genomics§4Mappingofgenes§4.2主基因定位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QTL定位。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.1基因定位的原理无论是遗传标记还是基因，都在染色体上占有它们的座位，而这些座位都是DNA的一个片段，因此从座位上看，它们并没有什么区别。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，因此只要确定基因与分子标记之间的连锁关系，就可以确定基因在染色体上的位置。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)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)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)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)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Genomics§4.2主基因定位§4.2.1基因定位的原理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，确定基因在遗传图谱中的位置。Zhangetal.1996,TAG基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.2表型分析作图群体的发展：作图群体是基因定位中不可缺少的试验材料。作图群体的基本要求是：（1）双亲具有相对性状的差异；（2）双亲应具有较高程度的多态性，以便找到紧密连锁的分子标记；（3）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。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.2表型分析表型测定：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，因此表现型测定是决定基因定位质量的关键。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F1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，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。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.2表型分析表型数据的整理：原始的表现型数据都是通过一定的测量方法获得的，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，并与标记基因型的数值相一致。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.2表型分析表现型数字化转换的规定是：1-亲本1的纯合基因型（aa）2-杂合体（ab）3-亲本2的纯合基因型（bb）对于显性带型而言：4-非亲本1纯合基因型（ab或bb），即亲本2的表现型为显性；5-非亲本2纯合基因型（ab或aa），即亲本1的表现型为显性；0-缺资料基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析已定位标记的利用：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的位置。这类标记有RFLP标记和SSR标记等。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。1）亲本多态性的分析，筛选出具有多态性的分子标记；2）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。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析未定位标记的利用：有些分子标记是随机标记，如RAPD和AFLP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。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析混合池分析：混合池（bulk）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MichelmoreRW,etal.（1991）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。基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析混合池的组成：“混合池”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10-20个体的DNA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称为“近等基因池”。组成混合池的个体，应具有典型的表型。基因组学GenomicsR/Rr/rRrP:F2:F1:Rr基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析混合池的利用：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；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。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，才能确定它们之间的连锁关系。基因组学GenomicsRrP1P2RSP1P2RS分子标记与基因无连锁分子标记与基因连锁or基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析近等基因系的利用：近等基因系的建立：近等基因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本回交。在每一分离世代对目的基因加以选择，经过回交7-8代以上，才能选育成近等基因系。近等基因系除目的性状外，其它性状应与轮回亲本相似。P×××F1BC1F1BCnFnNIL基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.3分子标记的分析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。1）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。2）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因连锁，从而减少连锁标记筛选的工作量。基因组学GenomicsNILChr.123456789101112水稻近等基因系的导入片段分析基因组学Genomics§4.2主基因定位§4.2.4遗传作图筛选出与目的基因连锁的分子标记后，表明目的基因与该标记连锁。如果所用的分子标记