1、專題一及其定位方法第1頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL的概念 1、A QTL is a segment of chromosome affecting the trait, not necessarily a single locus -D. S. Falconer et al, 1995 2、A quantitative trait loci(QTL) is defined as a single gene or a cluster of closely linked genes that have a large effect on a quantitativ

2、e trait.-P. Sorensen, 2000 第2頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL的概念3、QTL, quantitative trait locus, is a place (region) that affects trait in the genome. It could span several genes, one or more of which affects the trait, but it has become common to take QTL as equal to major gene. B. Kinghorn, 2000 理解

3、：一個QTL指在基因組中占據一定染色體區域，控制同一性狀的一組微效多基因的集合（基因簇）或單個基因。但目前的研究中大部分將QTL理解為單個基因（或主效基因）。一個數量性狀可能受多個QTL影響；一個QTL也可能影響多個數量性狀。 第3頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL的概念QTL的特點（與傳統的孟德爾因子比較）結構更松散，一個QTL內各微效基因間可能有比孟德爾因子內高得多的重組率，因此一個QTL并不象一個孟德爾位點那樣獨立分離和有明顯的性狀效應。 第4頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL的概念QTL概念提出的意義（D.S. Falconer-

4、1995）1、It could improve the efficacy of selective breeding, especially for traits with low heritability or that can only be measured in one sex.2、Transgenic technology might be applied to quantitative traits.第5頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL的概念3、In medicine, the identification of alleles causing pre

5、disposition to common multifactorial diseases could lead to improved methods of prevention.4、Quantitative genetic theory will be made more realistic when the numbers and properties of the genes are known, and the more realistic theories will improve our understanding of evolution (and/or the develop

6、ment of the quantitative traits). 第6頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法Candidate gene approach(Hayes,2007)The candidate gene approach assumes that a gene involved in the physiology of the trait could harbour a mutation causing variation in that trait. The gene, or parts of the gene, are sequenced in

7、 a number of different animals, and any variations in the DNA sequences, that are found, are tested for association with variation in the phenotypic trait. 第7頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日Candidate gene approachThere are two problems with the candidate gene approach:Firstly, there are usually a large

8、number of candidate genes affecting a trait, so many genes must be sequenced in several animals and many association studies carried out in a large sample of animals.Secondly, the causative mutation may lie in a gene that would not have been regarded a priori as an obvious candidate for this particu

9、lar trait.第8頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法 侯選基因途徑的原理與方法： 1、選定侯選基因：根據現有的生物學、生理、生化知識，對數量性狀的形成過程進行分析，預先選定一些基因作為數量性狀的侯選基因。 2、數量性狀記錄和分子標記分析：PCR-RFLP,PCR-SSCP,MS,SNP等。 第9頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法3、關聯分析（Association analysis） （1）Marker-based approach:按標記基因型對個體分組，然后對數量性狀記錄進行統計分析（t檢驗， 方差分析等） （2

10、）Trait-based approach（Selective genotyping）:根據性狀表型值分別選取10-15%的高值個體和10-15%低值個體形成高低值群體，對兩個群體中的個體進行基因型鑒定并對不同標記等位基因的頻率進行統計檢驗（百分數差異顯著性檢驗和Fishers精確檢驗等）。（3）效應值估計：a, d。 第10頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法關鍵：侯選基因的挑選及其準確性 優點：成本低（與連鎖分析法比較） 缺點：需具備數量性狀形成的生物學、生理、生化等知識 經典例子：影響豬產仔數的ESR基因（M. Rothschild et al 1996

11、） 第11頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法研究豬產仔數的意義 繁殖性狀在豬生產中具有重要意義； 豬的繁殖性狀遺傳力低，常規選擇效果不好； 不同豬群存在較大的產仔數差異； 第12頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法選定ESR作為侯選基因的依據 類固醇類激素在繁殖過程中有重要作用； 人類中發現ESR的突變引起自發流產及乳腺癌； 轉基因研究發現攜帶突變ESR的鼠與正常鼠繁殖力有重大變化； 經典的RFLP研究發現ESR存在多態性（A:3.7;B:4.3kb; 1.3kb cDNA Probe） 第13頁，共41頁，2022年，5月

12、20日，1點18分，星期日QTL檢測方法 Meishan synthetic lines Large White synthetic lines No. of sires27No. of sires181No. of dams50No. of dams565No. of females161No. of females1079No. of first parity records161No. of first parity records1079No. of all parity records276No. of all parity records1912第14頁，共41頁，2022年，5月

13、20日，1點18分，星期日QTL檢測方法統計性狀及分析方法 TNB-Total number born; NBA-Number born alive; ADG-Average daily gain; BF-Backfat thickness; FN-Number of functional nipples 模型：動物模型 第15頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日Additive effect was estimated as the linear regression of litter size on ESR (for all alleles, P0.01). Domi

14、nance effect was estimated from the least squares means.a,b means P0.01; cd means P0.05 ESR genotype Meishan synthesis lines First Parity All parities NTNBNBANTNBNBAAA6210.1a9.19811.0a10.2aAB7311.4b10.512512.4b11.5bBB2612.4b11.45312.5b11.7ba1.21.20.90.8d0.20.20.70.6第16頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL

15、檢測方法ESR genotype Large White synthesis lines First Parity All parities NTNBNBANTNBNBAAA4449.5c8.7c7599.8a9.0bAB3919.9c,d9.2c,d67710.4b9.5bBB22410.7d9.9d47610.7b9.9ba0.60.60.50.5d-0.2-0.10.20.0第17頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法討論： 研究結果表明：ESR位點存在變異，且其中一個最早在梅山豬中發現的等位基因與高窩仔數有顯著關聯。 盡管所有各胎的數據不足以排除ESR-

16、B等位基因對產仔數的效應為非加性的，但其對豬頭胎產仔數的效應肯定是加性的。 ESR-B等位基因在梅山合成系中約增加20%的窩仔數，每窩仔豬可產生約$15-30的利潤（美國市場條件下）。 第18頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法ESR-B等位基因在頭胎及以后胎次中對窩產仔數效應的差異可能反映了該基因的效應在大齡母豬中能為環境效應所掩蓋。 一個未解決的問題是ESR基因在控制窩仔數性狀中的實際作用？作者假設它可能控制胚胎的成活力，但這一假設需進一步驗證。 使用大白遺傳背景的豬群進一步證實了ESR-B等位基因對頭胎及所有各胎窩仔數有明顯效應，但在大白背景下效應較小，

17、這表明遺傳背景在ESR基因的表達中可能有作用或ESR本身并不是控制窩仔數的主基因而只是一個連鎖基因。 第19頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法對與ESR基因連鎖的各標記進一步進行分析發現在所研究的標記中，用ESR預測窩仔數效率最高，但這并不能確定ESR是控制窩仔數的一個主基因，不過這些結果至少表明ESR是一個與控制窩仔數基因緊密連鎖的基因。 ESR基因附近的雌性連鎖圖：2 第20頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法問題： 侯選基因區可能會有多個多態位點，按傳統的侯選基因法可一個個進行分析。有關ESR基因的研究實際上作了這一工

18、作，但受當時的技術條件限制，所找到的標記均距ESR基因較遠使用如SNP等標記進行精細作圖。這些位點如為緊密連鎖的， 而且這些多態位點的連鎖并不是隨機形成的，因此位點間彼此在統計上并不獨立，這樣如一個個分析就會有問題。 分析模型中隱含的假設是該位點只有兩個等位基因，這一假設從生物學上講并不嚴謹。 第21頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法QTL mapping(Hayes,2007)QTL mapping assumes the actual genes which affect a quantitative trait are not known, and t

19、his approach uses neutral DNA markers and looks for associations between allele variation at the marker and variation in quantitative traits. A DNA marker is an identifiable physical location on a chromosome whose inheritance can be monitored. Markers can be expressed regions of DNA (genes) or more

20、often some segment of DNA with no known coding function but whose pattern of inheritance can be determined.第22頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法QTL mapping(Hayes,2007)The problem with mapping QTL exploiting linkage is that, unless a huge number of progeny per family or half sib family are used, the

21、 QTL are mapped to very large confidence intervals on the chromosome. To illustrate this, consider the formula that Darvasi and Soller (1997) gave for estimating the 95% CI for QTL location for simple QTL mapping designs under the assumption of a high density genetic map.CI=3000/(kN2), where N is th

22、e number of individuals genotyped, allele substitution effect (the effect of getting an extra copy of the increasing QTL allele) in units of the residual standard deviation, k the number of informative parents per individual, which is equal 1 for half-sibs and backcross designs and 2 for F2第23頁，共41頁

23、，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法連鎖分析法（Linkage analysis） 1、原理：用連鎖分析法定位QTL的基本原理是經典遺傳學中的連鎖分析（兩點測交、三點測交）。 2、問題：QTL本身在群體中的傳遞過程無法直接觀察。 3、解決辦法：利用與QTL連鎖的分子標記進行推斷。因為當一個分子標記與QTL連鎖時，他們傾向于一起遺傳，這樣我們就可以借助分子標記信息近似估計QTL在群體中的傳遞情況。第24頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法4. 進行連鎖分析的前提條件： （1）有充分覆蓋整個基因組的分子標記連鎖圖譜，使能在整個基因組范圍內搜索

24、QTL；（2）標記座位與QTL間存在連鎖不平衡，即不同的標記等位基因傾向于分別與不同的QTL等位基因連鎖；（3）數量性狀在群（系）內（間）存在變異。 第25頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法5. 常用分析方法：（1）單標記分析法：一次只使用一個標記，對所選的標記逐個進行分析，篩選出與QTL連鎖的標記。問題：所得結果為QTL效應值和標記與QTL間交換率的混合結果 第26頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法近交系雜交的F2設計F1交配配子頻率及后代基因型頻率 MQmqMqmQFrequency(1-r)/2(1-r)/2r/2r

25、/2MQ(1-r)/2MMQQ(1-r)2/4MmQq(1-r)2/4 MMQqr(1-r)/4 MmQQr(1-r)/4 mq(1-r)/2MmQq(1-r)2/4mmqq(1-r)2/4 Mmqqr(1-r)/4 mmQqr(1-r)/4 Mqr/2MMQqr(1-r)/4 Mmqqr(1-r)/4 MMqqr2/4 MmQqr2/4 mQr/2MmQQr(1-r)/4 mmQqr(1-r)/4 MmQqr2/4 mmQQr2/4 第27頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法近交系雜交的F2設計設：r為重組率，QQ的效應值為a；Qq為d；qq為-a。各標記組

26、數量性狀平均值： 第28頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法近交系雜交的F2設計均值差： 對均值差進行t檢驗（或其他統計檢驗）判定標記是否與QTL連鎖。第29頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法女兒設計 (daughter design)配子頻率及后代基因型頻率 SireDamsMQmqMqmQ頻率(1-r)/2(1-r)/2r/2r/2MQpMMQQ (1-r)p/2mMQq(1-r)p/2 MMQqrp/2 mMQQrp/2 MqqMMQq(1-r)q/2 mMqq(1-r)q/2 MMqqrq/2 mMQqrq/2 第3

27、0頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法女兒設計 (daughter design)平均值： 第31頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法女兒設計 (daughter design)第32頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法（2）區間定位（Interval mapping, Lander & Botstein, 1989）: 同時利用兩個側翼標記位點信息，用似然函數方法分析標記區間內任何一點上具有QTL的概率，進行似然比（Likelihood ratio）檢驗。與單標記分析法比較，該法能大大提高Q

28、TL的檢測效率，并能較準確的估計出QTL的位置和效應值。區間定位已成為目前QTL檢測中的標準方法，在動植物QTL檢測中得到了廣泛的應用。 第33頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日QTL檢測方法缺點： a.該方法并非真正的區間檢驗，某一區間的檢驗統計量可能受到該染色體上其他區間的QTL效應影響。 b.考慮來自其他標記位點的信息，一次只利用兩個標記進行檢驗并不是最有效的方法。為此，有人在此基礎上提出了同時利用多個標記位點信息的復合區間定位法（Composite interval mapping, Zeng,Z-B, 1993,1994）,該法能在存在兩個或多個連鎖的QTL情況下，對QTL的位置和效應提供更精確的估計。 第34頁，共41頁，2022年，5月20日，1點18分，星期日用于QTL 定位的群體1、近交系間的雜交：F2，BC,植物中還有DH，RIL DH：Doubled haploids,單倍加倍系，取近交系雜