数量性状基因座原理

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。

一、定位的基本原理和方法孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是否存在连锁，并估计重组率。

数量性状的分子标记QTL定位是一种用于研究数量性状的分子标记方法，通过对群体中的基因组的变异性进行检测，确定与数量性状相关的区域。

本文将介绍QTL定位的原理和方法，包括遗传连锁、测量数量性状和构建遗传图谱等。

QTL定位的原理和方法主要基于两个关键概念：连锁和重组。

连锁是指两个位于同一染色体上的基因间的紧密关联性。

重组是指两个位于同一染色体上的基因之间的基因重组事件。

在基因座重组时，基因座之间可能发生重组，导致基因座的位置发生改变。

通过对基因座的重组情况进行检测，可以推断基因座之间的连锁关系。

QTL定位的第一步是测量数量性状。

数量性状是指受多个基因和环境因素影响的连续变量性状，如体重、身高等。

在进行QTL定位之前，需要通过测量数量性状的表型值来确定样本的表型差异。

对于数量性状的测量，可以使用传统的测量方法，如体重测量、尺寸测量等，也可以利用高通量测序技术，如RNA测序、蛋白质质谱等。

QTL定位的第二步是构建遗传图谱。

遗传图谱是指基因座之间的相对位置，用于描述基因座之间的连锁关系。

构建遗传图谱的主要方法是通过对群体中的基因型进行分析，确定基因座之间的连锁关系。

常用的构建遗传图谱的方法包括连锁分析、复合杂交分析等。

连锁分析是通过对多个基因座的基因型进行测定，确定基因座之间的连锁关系。

复合杂交分析是通过将多个群体之间的交配与测量数量性状的表型值，来推断基因座之间的连锁关系。

QTL定位的第三步是确定与数量性状相关的区域。

通过对基因座的重组情况进行分析，可以确定与数量性状相关的区域。

具体的方法包括相关分析、关联分析等。

相关分析是通过计算基因座之间的相关系数，来确定与数量性状相关的区域。

关联分析是通过对基因座的基因频率进行比较，来确定与数量性状相关的区域。

QTL定位的最后一步是验证与数量性状相关的区域。

通过对已定位的区域进行验证，可以确定与数量性状相关的基因。

验证方法包括驱动基因分析、功能鉴定等。

驱动基因分析是通过对数量性状的变异性进行分析，来确定与数量性状相关的基因。

数量性状基因定位的原理及方法随着现代分子生物学的发展和分子标记技术的成熟，已经可以构建各种作物的分子标记连锁图谱。

基于作物的分子的标记连锁图谱,采用近年来发展的数量性状基因位点（QTL)的定位分析方法,可以估算数量性状的基因位点树目、位置和遗传效应。

本文介绍了数量性状基因定位的原理以及分析方法.每一种方法都有自己的优点，但也存在相应的缺陷。

1 数量性状基因定位的原理孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是否存在连锁，并估计重组率。

QTL定位实质上就是分析分子标记与QTL之间的连锁关系，其基本原理仍然是对个体进行分组,但这种分组是不完全的。

2 数量性状基因定位的方法自然界存在生物个体的性状、品质等多为数量性状，它们受多基因的控制,也易受环境影响。

.多基因及环境的共同作用结果使得数量性状表现为连续变异，基因型与表现型间的对应关系也难以确定.因此,长期以来，科学工作者只是借助数理统计方法，将复杂的多基因系统作为一个整体，用平均值和方差来表示数量性状的遗传特征,而对单个基因的效应及位置、基因间的相互作用等无法深入了解，从而限制了育种中数量性状的遗传操作能力。

20 世纪80 年代以来发展的分子标记技术为深入研究数量性状的遗传规律及其操作创造了条件, 提高了植物育种中目标数量性状优良基因型选择的可能性、准确性及预见性。

下面主要介绍了几种定位方法。

2。

1 QTL 定位方法连锁是QTL定位的遗传基础.QTL 定位是通过数量性状观察值与标记间的关联分析,即当标记与特定性状连锁时,不同标记基因型个体的表型值存在显著差异，来确定各个数量性状位点在染色体上的位置、效应，甚至各个QTL 间的相关作用。

因此，QTL 定位实质上也就是基于一个特定模型的遗传假设，是统计学上的一个概念，有可信度(如99％，95％等）,与数量性状基因有本质区别（图1）。

第七章数量性状基因座数量性状基因座•英文全名：Quantitative Trait Locus•英文缩写：QTL•概念：指控制数量性状的基因在染色体（或基因组）中所在的座位。

通过检测染色体上某个座位表现出对数量性状表现型的作用的大小，可以探知QTL的存在。

检测到的一个QTL既可能只包含一个数量性状基因，也可能包含若干个数量性状基因，与人们的检测能力有关。

数量性状的研究方法•经典数量遗传学方法原理：交配设计+遗传模型+统计分析⇒遗传规律 特点：将多基因系统作为一个整体进行分析局限：不能分析单个基因的位置和效应•分子数量遗传学方法原理：利用分子标记定位和分析单个QTL特点：将多基因系统分解成一个个孟德尔因子意义：使数量遗传研究深入到单个QTL水平常见的作图群体P 1AA ×aa P 2F 1Aa ×aa P 2F 21AA : 2Aa : 1aa BC 11Aa : 1aa单粒传⊗RI 1AA : 1aaDH 1AA : 1aa 花培（永久性）（永久性）•由一对等位基因差异造成的，能够明确区分，遗传传递过程可以明确跟踪的相对性状或生物特征。

如形态上的许多质量性状：花瓣颜色、种子颜色、叶片颜色、叶片性状、种子性状等。

孟德尔豌豆杂交试验所研究的七对性状就是典型的形态标记•PCR（polymerase chain reaction）是一种DNA体外扩增技术。

利用一种能够耐高温的特殊的DNA聚合酶（Teq 酶），以特定序列（或任意序列）的寡核苷酸链（通常长度为10 ~ 20b）为引物，通过30 ~ 40个“变性→复性→合成”的循环，特异地或随机地从模板DNA上大量（约230~ 240倍）扩增出成对引物结合位点之间的某一（些）片段（通常长度在1.5 kb以内）。

SSR标记的检测分子标记的优点•数量丰富：DNA中存在的任何遗传多态性原则上都可以做为遗传标记，因此分子标记的数量可以说是无限的。

数量性状基因座（QTL)定位的基本原理数量性状基因座（quantitative trait locus，QTL）指的是控制数量性状的基因在基因组中的位置。

QTL定位的理论依据是Morgan 的连锁遗传规律，通过数量性状观察值与标记间的关联分析，当标记与特定性状连锁时，不同标记基因型个体的表型值存在显著差异，来确定影响各个数量性状的基因（QTL）在染色体上的位置、效应，甚至各个QTL间的相关作用。

QTL定位检测的是分子标记与QTL之间的连锁关系，通过分析整个染色体组的DNA标记和数量性状表型值的关系，将QTL逐一的定位到连锁群的相应位置，并估算出相应的QTL效应值。

QTL定位实质上是基于一个特定模型的遗传假设，与数量性状基因有本质区别，是统计学上的一个概念，有可信度（如95%、99%等）。

近年来，数量性状的研究进入了崭新的QTL时代，先后提出了多种QTL定位的统计方法。

可分两大类：一类是基于性状的分析方法（Trait Based Analysis，TBA），其原理是利用分离群体的两极端表型个体来分析标记与QTL的连锁关系，检验标记基因型在两极端类型内的分离比是否偏离孟德尔定律；第二类是基于标记的分析方法（Marker Based Analysis，MBA），如果某标记与QTL连锁，该标记与QTL在一定程度上共分离，分析不同标记基因型的表型值差异来推测标记与QTL的连锁关系。

MBA方法通常有3类，即传统的单标记分析法（Single Marker Analysis，SMA）、性状-标记回归法和性状- QTL - 回归法。

性状- QTL - 回归法又包括基于两个侧邻标记的区间作图法（Interval Mapping，IM）、将其他标记一并考虑到模型中以控制遗传背景效应来降低误差的复合区间作图法（Composite Interval Mapping，CIM）以及近两年发展起来的基于混合线性模型的复合区间作图法（Mixed Composing Interval Mapping，MCIM）等。

数量性状基因定位的原理及方法随着现代分子生物学的发展和分子标记技术的成熟,已经可以构建各种作物的分子标记连锁图谱.基于作物的分子的标记连锁图谱,采用近年来发展的数量性状基因位点(QTL)的定位分析方法，可以估算数量性状的基因位点树目、位置和遗传效应。

本文介绍了数量性状基因定位的原理以及分析方法。

每一种方法都有自己的优点，但也存在相应的缺陷。

1 数量性状基因定位的原理孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是否存在连锁，并估计重组率。

QTL定位实质上就是分析分子标记与QTL之间的连锁关系，其基本原理仍然是对个体进行分组，但这种分组是不完全的。

2 数量性状基因定位的方法自然界存在生物个体的性状、品质等多为数量性状，它们受多基因的控制，也易受环境影响。

多基因及环境的共同作用结果使得数量性状表现为连续变异,基因型与表现型间的对应关系也难以确定。

因此,长期以来,科学工作者只是借助数理统计方法,将复杂的多基因系统作为一个整体,用平均值和方差来表示数量性状的遗传特征,而对单个基因的效应及位置、基因间的相互作用等无法深入了解, 从而限制了育种中数量性状的遗传操作能力。

20 世纪80 年代以来发展的分子标记技术为深入研究数量性状的遗传规律及其操作创造了条件, 提高了植物育种中目标数量性状优良基因型选择的可能性、准确性及预见性。

下面主要介绍了几种定位方法。

2.1 QTL 定位方法连锁是QTL定位的遗传基础。

QTL 定位是通过数量性状观察值与标记间的关联分析,即当标记与特定性状连锁时,不同标记基因型个体的表型值存在显著差异,来确定各个数量性状位点在染色体上的位置、效应, 甚至各个QTL 间的相关作用。

因此, QTL 定位实质上也就是基于一个特定模型的遗传假设, 是统计学上的一个概念, 有可信度(如99% , 95%等) ,与数量性状基因有本质区别( 图1)。

一、数量性状的基本特征
数量性状是指由基因组成的显性特征，它们的表现受实体的非数量性状的影响。

数量性状也可以通过表型活动被测定出来，它们可以用于对植物和动物的种类和个体之间的比较。

数量性状具有以下特征：
1. 多样性丰富：在测定植物和动物的数量性状时，可以选择多种统计指标，如体型尺寸、身体健康、体质特征、牙科、内分泌、抗病能力等；
2. 多重性：数量性状是植物和动物的全面发展情况，因此它们是多方位的；
3. 客观性：数量性状测定的结果客观可信，不受个体的主观感受的影响；
4. 可衡量性：数量性状都可以通过合理的方法进行定量分析。

二、数量性状的遗传机制
数量性状及其遗传机制主要由以下三个方面构成：
1. 基因效应：数量性状的遗传机制取决于细胞内遗传物质和非遗传物质之间的相互作用，其中遗传物质包括基因，这些基因会影响数量性状的表现，这被称为基因效应；
2. 基因间效应：当两个或更多个基因同时存在时，会发生基因间的交互作用，即基因间效应，其结果可能是一个基因的表现大于另一个基因，或者两个基因的表现相等；
3. 环境效应：环境中的外部因素，如光照、温度、湿度等，也会影响数量性状的表现，这被称为环境效应。

数量性状的分⼦标记（QTL定位的原理和⽅法讲义）数量性状的分⼦标记(QTL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（QTL）。

利⽤分⼦标记进⾏遗传连锁分析，可以检测出QTL，即QTL定位（QTL mapping）。

借助与QTL连锁的分⼦标记，就能够在育种中对有关的QTL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，QTL定位是⼀项⼗分重要的基础研究⼯作。

1988年，Paterson等发表了第⼀篇应⽤RFLP连锁图在番茄中定位QTL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QTL的热潮，每年发表有关QTL 研究的论⽂数量⼏乎呈指数增长（图5.1），显⽰了该研究领域的勃勃⽣机。

⽬前，QTL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QTL定位的原理和⽅法。

图5.11986~1998年期间国际上每年发表有关QTL研究的论⽂的数量. 数据从英国BIDS信息系统检索得到第⼀节数量性状基因的初级定位QTL定位就是检测分⼦标记（下⾯将简称为标记）与QTL间的连锁关系，同时还可估计QTL的效应。

QTL定位研究常⽤的群体有F2、BC、RI和DH。

这些群体可称为初级群体（primary population）。

数量性状基因座（QTL）精细定位的研究进展来源：卢超的日志本文转自博士论坛，希望与大家分享！生物界的许多性状是以数量性状为基础的，该类性状的发生不是决定于一对等位基因，而是受到两对或更多对等位基因的控制，每对等位基因彼此之间没有显性与隐性的区别，而是共显性。

这些等位基因对该遗传性状形成的作用微小，所以也称为微效基因（minor gen e），它们在染色体上的位置称为数量性状基因座（quantitative trait loci, QTL）。

数量性状就是由许多对微效基因的联合效应造成的一类具有正态分布特性的性状，具有这种性状的个体在正态分布中的位置决定于它们所具有的微效基因的多少。

数量性状之所以复杂，是因为这种性状与基因型之间没有一一对应的关系，并且环境因素对它有显着的影响[1]。

1961年，Thoday首次利用一对侧翼标记定位一个QTL[2]，随后QTL的研究得到飞速发展。

现已证明，只要是控制连续分布性状的数量性状基因座，就能在实验群体或远交群体中定位[3] 。

在整个QTL的研究中，可分为发现QTL，QTL的定位估计和精细定位[4]。

Glazier认为可分成四个步骤：连锁和关联分析，精细定位，序列分析和候选基因的功能检测[5]。

在模式生物小鼠的QTL研究，已描述的实验步骤更为详细[6]：第一，把QTL定位到染色体的区段上。

典型的QTL定位方法须对几百个杂交后代进行恰当的表型检测；利用覆盖整个基因组的75-100个遗传标记进行基因组扫描，遗传标记的平均跨度为15-20个厘摩（cM）；准确基因分型，然后对性状和遗传标记之间进行连锁和关联分析；计算QTL与某标记位点靠近的可能性大小。

这种方法即使经过成百上千次的表型和基因型的分析，定位的QTL在染色体上还是一个较大的区间。

第二，把一个QTL的作用与其它QTL的作用分开。

通常在同源系（congenic strain）中进行，这样就把多基因遗传的性状转化成单基因性状进行研究。

数量性状的遗传数量性状指的是一个生物体的某种性状具有连续性质，在一个种群中表现出一定的变异程度，且受多种基因和环境因素的影响。

例如人体身高、体重等就是数量性状。

数量性状由多个基因的作用所决定，被称为多基因性状。

与单基因性状不同的是，多基因性状不符合孟德尔遗传定律。

数量性状的遗传规律经过长时间的探究，现已初步得出。

从基因层面探究数量性状的遗传数量性状的基因型及其表现形式比较复杂，同一基因型的个体之间也会存在表现形式的差异。

基因由两条相同或不同的基因座构成，分别来自父母亲。

在数量性状的遗传中，每个基因座所对应的基因影响数量性状的大小和表现型。

同时，多个基因座共同作用于数量性状，这种作用关系被称为加性效应（additive effect）。

数量性状的遗传规律主要有：性状值=基因值+环境值，基因型对数量性状的影响呈现正态分布，且受到染色体上多个基因的影响。

数量性状的遗传模式数量性状的遗传规律有三种模式：常染色体显性遗传、常染色体隐形遗传以及性联遗传。

常染色体显性遗传的表现形式是当一个自由基因突变，双等位基因后者扰动的时候，显性基因造成的表现现象。

例如，人体的眼睛颜色就是常染色体显性遗传的一种表现。

常染色体隐性遗传与常染色体显性遗传类似，不同的是表现基因是一种隐性基因。

这种遗传模式表现突变基因表现在两条染色体上都具有相同的表现现象。

例如，某些人患有系统性红狼疮就是常染色体隐性遗传的一种表现。

性联遗传指由X和Y染色体来遗传。

X染色体上的基因对于女性来说是双等位基因，由于女性有两个X染色体，所以会出现多种表现型。

而男性由于只有一个X 染色体，所以表型变化更加显著和恒定。

例如，红绿色盲就是一种典型的性连锁遗传疾病。

数量性状的计算分析数量性状的遗传变异分析可以通过基因型频度分析、亲权分析和遗传连锁分析来进行。

（1）基因型频度分析：由于每个基因座共有两个等位基因，因此可将一个种群中某一基因座的等位基因频率进行 PA+Pa=1，其中PA为某一基因座等位基因A 的频率，Pa为某一基因座等位基因a的频率。

小麦等作物不同遗传群体的数量性状基因定位及原理分析作者：刘源来源：《科学导报·学术》2019年第37期摘要：数量性状基因的定位又叫QTL定位，QTL 定位就是采用类似单基因定位的方法将QTL 定位在遗传图谱上，确定QTL 与遗传标记间的距离。

QTL定位的基本原则是关联度量的遗传变异和表型变异。

群体的选择、用于度量表型个体选择和基因型判型个体的选择是所有QTL定位设计要重点考虑的因素。

本文介绍了小麦等作物不同作图群体的优缺点以及QTL定位的原理和方法，从而对遗传群体的选择以及QTL定位技术的使用提供依据。

1、QTL 作图群体的选择QTL是quantitative trait locus的缩写，中文可以翻译成数量性状座位或者数量性状基因座，它指的是控制数量性状的基因在基因组中的位置。

QTL 定位的第一步是选择合适的亲本构建作图群体。

亲本选择要本着性状差异大和亲缘关系远的原则，以便发生较多的重组事件和表型变异，利于定位研究的进行。

目前，小麦 QTL 定位常用的作图群体按照保存时间的长短，分为两类：临时性分离群体和永久性分离作图群体。

前者包括 F2及其衍生的 F3、F4家系，以及回交产生的BC 群体等。

后者包括 DH、RIL、IF2和 NIL 群体等。

不同的群体具有各自的特性。

临时性群体的主要特点是群体内各个体间基因型不同，杂合基因型占很大比例。

它们包含的遗传信息丰富，可以同时估算加性、显性效应。

缺点是个体间基因型存在杂合型，后代发生分离，群体结构发生改变，不能进行多年、多点试验。

而永久性群体系内基因型一致，系间基因型不同，因此可以进行多重复、多年、多点试验，增加QTL 定位准确性。

缺点是永久性群体由于系间基因型一致，不能估算显性效应;若群体量不够大，则提供的遗传信息不如临时性群体丰富。

尤其是 DH 群体，染色体加倍时可能存在基因型的丢失，通常不适于构建分子标记连锁图。

对于异花授粉作物，由于存在自交衰退现象，构建 RIL 意义不大。