小麦QTL精细定位的研究进展
小麦QTL精细定位的研究进展
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 gene），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
为提高Q T L 检测灵敏度和定
位精度, 必须建立特殊的遗传群体, 以消除遗传背景
对Q TL 定位产生的不利影响。通过Q T L 初级定位, 可以确定影响目标性状的
Q T L 位点的分布情况估计出的Q T L 位置的置信区
间一般都在10c M 以上, 如果想进一步获得较近的
分子标记或克隆Q T L 基因则非常困难。因此, 精细
定位作图群体的产生成为了必然。精细定位作图群体可以分为两类;一类是从初级定位群体进一步选择衍生出来的群体，包括近等基因系（Near Isogenic Lines, NILs）、残留异质系（Residual Heterozygous, RHLs）和QTL等基因系（QTL Isogenic Recombinants, QIRs ），另一类是与数量性状初级定位没有关系的代换群体，包括导入系(Introgressive lines, ILs)、单片段代换系(Single Segment Lines, SSLs)和染色体片段代换系（Chromosome segment substitute lines, CSSLs）
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。
在过去的20年里，已在人类、模式生物、植物中发现和定位了许多影响复杂性状的QTL。随着高通量的基因表达谱分析、新的分子遗传工具对基因组的操作、比较制图和复杂的统计软件的开发，使得QTL的精细定位和位置克隆成为可能。
（一）QTL精细定位的基本策略与方法
QTL的初步定位在染色体上是一个比较宽的区间，有必要对此进行精细定位，尽可能地把关键区间缩小，但精细定位难度很大。利用一般群体进行QTL定位时，QTL的可信区间通常在10 cM以上[14]，很难确定检测到的一个主效QTL到底是一个还是包含有多个微效QTL[15]。因此，还须构建特殊的实验群体来精细定位QTL。
研究QTL精细定位最好的群体是构建目标QTL的近等基因系(QTL-NIL)。近等基因系的基本特征是整个染色体组的绝大部分区域完全相同，只在少数几个甚至一个区段存在彼此差异。因此，它能使基因组中只存在一个或几个QT L分离。这样做可以消除其她背景干扰和消去主效QTL对微效QTL效应的掩盖作用，从遗传上和统计上为QTL定位创造条件。尽管近等基因系构建时间长、工作量大，但近等基因系对QTL分解和精细定位的独特优越性使其成为分离和克隆QTL的理想群体。构建近等基因系，首先需要对QTL初步定位，再结合回交
和分子标记辅助选择，对QTL靶区间进行正选择，对背景进行负选择，从而快速构建靶区间的近等基因系。
初级定位群体衍生系(Derived Lines )
1、近等基因系(Near Isogenic lines，NILs )
近等基因系材料是通过轮回亲本对非轮回亲本的连续回交并保留目标性状的差异, 因此近等基因系之间除了目标性状以外, 其它性状位点都相同。
优点：遗传背景一致, 可以较准确、快速地获得分子标记, 并可获得基因间的上位性效应。缺点：构建需要经过一次杂交和多次回交, 选育时间较长, 工作量较大, 不利于标记工作的快速开展。
2、残留异质系(Residual Heterozygous Lines ,RHLs )
残留异质系是在FZ 的连续自交过程中获得的某个或某几个性状保留一个亲本特征, 而其它一些位点上保留了另一亲本的特征, 并在所研究的性状位点上始终存在分离的一套特殊群体。
优点：具有较为一致的遗传背景, 可以用于标记辅助选择
缺点：不能估算上位性效应。
3、QTL等基因系(QTL Isogenic Recombinants ,QIRs)
QTL等基因系是首先利用小群体采用初级定位方法完成QTL定位, 然后利用大群体进行精细定位。大群体中的每个个体在QTL 位点均发生了一次重组, 但在其它区域均一致。
优点：容易构建, 并可以获得低于1cM 的分子标记。
缺点：存在背景的干扰, 而且不能检测上位性效应。
代换系(Substitution Lines )
1、导人系(Introgressive lines ,ILs )
导人系是通过连续的回交和自交并结合标记辅助选择获得的与轮回亲本只有一个或极少数供体亲本等位基因差异的导人片段群体。理想状态下, 整个近等基因导人系覆盖了供体亲本的全基因组, 每个品系带有供体亲本基因组不同的片段。理论上讲, 导人系的性状值可与轮回亲本的性状值比较, 两个株系之间的性状值的任何显著差异都因为导人株系的导人片段存在着差异QTL。
优点：QTL定位的精确度较高，一致的遗传背景可消除未连锁位点因分离而产生的遗传“噪声”和影响，可检测基因间的上位性效应,田间实验条件下需要较小的群体即可进行形状鉴定，特别适合创造改良品系。
缺点：导入系群体构建较难, 而且受导人片段大小的限制
。
2、单片段代换系(Single Segment Substitution Lines ,SSLs)
单片段代换系类似于近等基因系,也是通过多代回交获得。一个理想的单片段代换系应该是, 除了目标QTL 所在的染色体片段完整地来自供体亲本以外, 基因组的其它部分与受体亲本完全相同, 因此, 单片段代换系可用于单个QTL 的精细定位。
周红菊等12 8 〕利用含有极少数导人片段的水稻代换系群体定位了氯酸钾抗性基因。
但在回交过程中, 需要通过初级定位的QTL 对目标性状进行跟踪辅助选择, 工作量较大且较繁琐
。染色体片段代换系(Chro m o so m e Se脚e n t
S u bs titu te Lin e s , CSSLs ) 染色体片段代换系与单片段代换系不同, 染色体片段代换系是采用多个供体亲本对受体亲本进行连续回交, 建立一套覆盖全基因组的、相互重叠的染色体片段代换系, 有的也称之为代换系重叠群。片段的渗人主要是通过遗传重组来实现的。通过回交即可选育出几乎来自供体亲本任意基因组区域的近等基因渗人系。在回交过程中所采用的选择方式可以是多种多样的, 选择的最终目标是出现供体亲本单一的纯合的染色体片段, 而遗传背景完全是受体亲本的。
。
作物QTL 精细定位常用作图群体特点比较分析结果
精细定位作图群体
构建
时间
操作
难度
工作
量
目前常用
标记类型
永久群
体
定位
精确性
可检测的
QTL 效应
应用
前景近等基因系群体
(NILs)
最长大最大SSR、AFLP 是最高
加性、显性、
上位性
较好残留异质系群体
(RHLs)
最长大大SSR 是高加性、显性较好QTL 等基因系群体
(QIRs)
长大大SSR、AFLP 是高加性、显性较好导人系群体
(ILs)
长大大SSR、AFLP 是高加性、上位性好单片段代换系
(SSSLs)
长大大SSR、AFLP 是高加性、上位性好染色体片段代换系
((CSSLs)
较长大大SSR 是较高加性、上位性较好