QTL定位的原理和方法

qtl定位的原理和方法

QTL定位（定位关联分析）是一种现代分子遗传学研究中最受欢迎的方法之一，用于检测性状与基因位点之间的关联。它采用大量的DNA样本进行分析，以定位具有显著影响的基因位点，以便将某个性状与其遗传控制位点联系起来。下面将对QTL定位的原理和方法进行详细介绍：

一、QTL定位的原理

1、 遗传距离

QTL定位所使用的原理是双亲亲代遗传距离（PBT），即从一只父母中继承的遗传信息离该代性状之间的距离。因此，在发现基因位点与性状间存在关联关系时，这些基因位点应该处于控制该性状的PBT之内。

2、 显著的统计功能

PBT表明，当两个或多个位点之间存在最大的相互影响时，它们应该被认为是具有可能共同控制某一性状的位点。计算这些位点之间的关联关系时，QTL定位使用了高度灵活的统计功能来确定可能控制性状的位点。

3、方差分析

QTL定位采用了ANOVA（方差分析）的方法对样本位点的遗传信息进行更精确的分析。这将帮助我们更准确地定位具有良好关联关系的基因位点。

二、QTL定位的方法

1、 映射表

首先，根据QTL定位要求，会有一张明确的映射表，用于建立基因位点与性状之间的关联关系。该映射表由DNA分子标记（如微卫星）、RNA分子标记和细胞表面标记组成，用于确定基因位点的具体位置。

2、 细胞表型

接下来，需要拿出相关的细胞表型数据，如果是杂交的环境下，样本的性状可以用已知的表型数据及其位点来与受检样本进行比较。

3、 统计分析

最后，使用统计分析来研究基因位点与性状之间的关联关系，以确定突变可能使性状发生变化的基因位点。

总之，QTL定位是一种利用映射表、细胞表型和统计分析来定位可能与某个性状紧密关联的基因位点的重要方法。它可用来帮助我们发现形态性状与遗传物质之间的关联，从而更好地了解遗传分析和分子基因组学。

数量性状的分子标记(定位的原理和方法讲义)

作物中大多数重要的农艺性状和经济性状如产量、品质、生育期、抗逆性等都是数量性

状。与质量性状不同，数量性状受多基因控制，遗传基础复杂，且易受环境影响，表现为连续变异，表现型与基因型之间没有明确的对应关系。因此，对数量性状的遗传研究十分困难。

长期以来，只能借助于数理统计的手段，将控制数量性状的多基因系统作为一个整体来研究，用平均值和方差来反映数量性状的遗传特征，无法了解单个基因的位置和效应。这种状况制

约了人们在育种中对数量性状的遗传操纵能力。分子标记技术的出现，为深入研究数量性状的遗传基础提供了可能。控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座（）。

利用分子标记进行遗传连锁分析，可以检测出，即定位（）。借助与连锁的分子标记，就能够在育种中对有关的的遗传动态进行跟踪，从而大大增强人们对数量性状的遗传操纵能力，

提高育种中对数量性状优良基因型选择的准确性和预见性。因此，定位是一项十分重要的基

础研究工作。年，等发表了第一篇应用连锁图在番茄中定位的论文。之后，随着分子标记技术的不断发展以及许多物种中分子连锁图谱的相继建成，全世界出现了研究的热潮，每年发

表有关研究的论文数量几乎呈指数增长（图），显示了该研究领域的勃勃生机。目前，定位研究已在许多重要作物中展开，并且进展迅速。本章主要介绍定位的原理和方法。

图年期间国际上每年发表有关研究的论文的数量. 数据从英国信息系统检索得到

第一节数量性状基因的初级定位

定位就是检测分子标记（下面将简称为标记）与间的连锁关系，同时还可估计的效应。定位研究常用的群体有、、和。这些群体可称为初级群体（）。用初级群体进行的定位的精

度通常不会很高，因此只是初级定位。由于数量性状是连续变异的，无法明确分组，因此定

位不能完全套用孟德尔遗传学的连锁分析方法，而必须发展特殊的统计分析方法。年代末以

来，这方面的研究十分活跃，已经发展了不少定位方法。

聊⼀聊QTL定位的原理

通过前两周的《本地化适应是怎么发⽣的？》和《突变是否影响个体的适应性？》了解了群体的核酸多样性后，我们接下来就开始要着⼿

进⾏功能基因的定位了。⼯欲善其事，必先利其器。在我们可以⾃由选⽤各类实验设计前，我们需要了解各种⽅法的基本原理。让我们先

从连锁分析开始。

1. 连锁分析的基本原理

既然群体中产⽣了多样性，我们就期望将与性状相关的基因定位出来。在之前的⽂章中，我们提到功能基因定位的⽅法主要包括QTL定位

（包含GWAS）和群体遗传（选择压⼒分析）。这⾥的QTL定位是⼴义上的QTL定位，包括经典的连锁分析和关联分析。在这⾥，我们先

介绍⼀下连锁定位的⽅法原理。

连锁分析，之所以被称为“连锁分析”，其本质还是利⽤功能基因与分⼦标记间的连锁与重组，实现对功能基因位置的定位。

例如下图中，Q基因型会导致个体变⾼，q基因型会导致个体变矮。我们可以看到，邻近的基因座Bb与Qq基因座连锁。B总是与Q连锁，导

致B基因型的个体总是更⾼，对应b基因型的个体更矮。⽽远离Qq基因座的Ee基因座则没有这种现象。由于两者距离较远，彼此间没有必

然的连锁关系（倾向⾃由重组），因此我们可以看到E基因座对应的既有⾼的个体，也有矮的个体。

在实际研究中，这些分⼦标记ABCDE都是位置已知的标记，但我们不知道Qq基因座的位置。如果通过数学的⽅法，我们发现Bb、Cc基

因座与性状⾼矮相关，⽽其他基因座并⾮如此，我们就可以确定功能基因Qq就位于Bb和Cc之间。

要创造这样的1个基因型分离的⼈⼯群体，我们往往需要使⽤杂交的策略（两种不同的亲本杂交），在之前⼩师妹的微信⽂章《遗传图谱

各种作图群体介绍》曾经介绍过各类作图群体的来源⽅式，感兴趣的读者可以再看看。

图1与功能基因的连锁与⾃由组合

2. 最简单的连锁分析⽅法

正如上⽂所说的，我们需要挖掘确认哪些分⼦标记与性状关联，从⽽进⼀步推断影响性状的功能基因与这类分⼦标记连锁，从⽽判断功能

基因位于该分⼦标记附近。在统计学上，我们使⽤最简单的⽅差分析，也可以实现这样的推断。

QTL 定位方法

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分子标记技术和数量遗传学的发展，使得分子遗传学与数量遗传学相互渗透和融合，从而形成了一个新的研究领域—分子数量遗传学（Molecular Quantitative Genetics）。分子数量遗传学研究的内容，就是借助分子标记，采用适当的统计分析方法明确QTL 在染色体上的位置及其效应。而QTL 定位的原理是：利用适当的分离群体，构建较高密度的、分布较均匀的、覆盖全基因组的分子标记连锁图。根据遗传连锁的基本遗传学原理，对分离群体中单株的标记基因型和性状的表型值进行一定的统计分析，将决定数量性状的QTL

定位在分子标记连锁图中。目前，QTL 定位的方法主要有单标记分析法（Edwards et al,

1987），区间作图法（Lander and Botstein, 1989）和复合区间作图法（Zeng, 1994）等。

单标记法（Single marker analysis）是最简单的分析标记与性状关联的方法，包括以标记为基础的分析方法（Marker-based analysis, MBA）和以性状为基础的分析方法（Trait-based analysis, TBA，Lebowitz et al., 1987）。前者利用每个标记位点不同基因型间的性状均值差异，以传统的单因素方差分析法测验被研究的数量性状在标记基因型间的差异显著性。对于一个作图群体而言，任意标记位点具有三种基因型（F2 群体）或两种基因型（回交群体、重组自交系、双单倍体系），分析每一基因型个体的数量性状均值的差异，并进行F 测验，当F 测验显著时，则表明该标记位点可能与一个或多个QTL 连锁。利用这种方法进行的数量性状分析，既简单又符合QTL 定位的基本统计原理，且不需要完整的分子标记连锁图，是定位QTL 的最为有效方法。但不足之处是不能准确估计QTL 的位置，且往往会低估其遗传效应。以性状为基础的分析方法的原理是假定因选择而使数量性状的高表型个体中的QTL 增效等位基因和低表型个体中的QTL 减效等位基因的频率增加，当QTL 的等位基因与某一标记基因连锁时，会因相互关联而导致高、低表型个体间标记基因频率的差异。Lebowitz 等（1987）提出了3种试验设计用于这类以性状为基础的QTL 分析。这类方法的优点是较适合于同育种和选择试验相结合的分析研究。单标记法在20世纪80年代初应用的较多。