單標(biāo)記分析法

1、第第8講講 植物植物QTL作圖的基本原理（作圖的基本原理（1）一、單標(biāo)記分析一、單標(biāo)記分析Single marker analysis二、區(qū)間作圖二、區(qū)間作圖Interval mapping三、復(fù)合區(qū)間作圖三、復(fù)合區(qū)間作圖Composite interval mapping四、基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖四、基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖 Composite interval mapping based on mixed model v經(jīng)典的數(shù)量遺傳分析方法只能分析控制數(shù)量性狀表現(xiàn)的眾多經(jīng)典的數(shù)量遺傳分析方法只能分析控制數(shù)量性狀表現(xiàn)的眾多基因的總和遺傳效應(yīng)，無法鑒別基因的數(shù)目、單個(gè)基因在基基

2、因的總和遺傳效應(yīng)，無法鑒別基因的數(shù)目、單個(gè)基因在基因組的位置和遺傳效應(yīng)因組的位置和遺傳效應(yīng)v隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展和分子標(biāo)記技術(shù)的成熟，已經(jīng)可隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展和分子標(biāo)記技術(shù)的成熟，已經(jīng)可以構(gòu)建各種作物的分子標(biāo)記連鎖圖譜以構(gòu)建各種作物的分子標(biāo)記連鎖圖譜v基于作物的分子標(biāo)記連鎖圖譜，采用近年來發(fā)展的數(shù)量性狀基于作物的分子標(biāo)記連鎖圖譜，采用近年來發(fā)展的數(shù)量性狀基因位點(diǎn)（基因位點(diǎn)（QTL）的定位分析方法，可以估算）的定位分析方法，可以估算QTL的數(shù)目、的數(shù)目、位置和遺傳效應(yīng)位置和遺傳效應(yīng)QTLQTL定位的基本原理定位的基本原理比較染色體區(qū)段與性狀表現(xiàn)型是否呈一致性變化比較染色體區(qū)段與性狀表現(xiàn)

3、型是否呈一致性變化MMMmmmMMMmmm檢測(cè)各個(gè)位點(diǎn)標(biāo)記基因型間數(shù)量性狀表型值的差異顯著性檢測(cè)各個(gè)位點(diǎn)標(biāo)記基因型間數(shù)量性狀表型值的差異顯著性 按分析分子標(biāo)記方法的不同，可以將按分析分子標(biāo)記方法的不同，可以將QTL定位的方法定位的方法劃分為三大類劃分為三大類一、單標(biāo)記分析一、單標(biāo)記分析Single marker analysis二、區(qū)間作圖二、區(qū)間作圖Interval mapping三、復(fù)合區(qū)間作圖三、復(fù)合區(qū)間作圖Composite interval 一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖QTL連鎖作圖是建立在不同標(biāo)記基因型間性狀差異基礎(chǔ)上的連鎖作圖是建立在不同標(biāo)記基因型間性狀差異基礎(chǔ)上的Sax

4、(1923)最早報(bào)道了菜豆粒重最早報(bào)道了菜豆粒重QTL連鎖作圖的結(jié)果連鎖作圖的結(jié)果 紫色、大粒紫色、大粒 x 白色、小粒白色、小粒 F1 F2（PPWW） （ppww)在在F2中發(fā)現(xiàn)，中發(fā)現(xiàn)，307,283,264PPPppp為此認(rèn)為，控制粒重的基因?yàn)榇苏J(rèn)為，控制粒重的基因W-w與控制籽粒顏與控制籽粒顏色的基因色的基因P-p是連鎖的是連鎖的這是首次報(bào)道用形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行的這是首次報(bào)道用形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行的QTL定位定位 單標(biāo)記分析法就是通過假設(shè)測(cè)驗(yàn)、方差分析、回歸分析單標(biāo)記分析法就是通過假設(shè)測(cè)驗(yàn)、方差分析、回歸分析或似然比檢驗(yàn)，或似然比檢驗(yàn)，比較單個(gè)標(biāo)記基因型（比較單個(gè)標(biāo)記基因型（MM、Mm和和mm）數(shù)

5、量性狀均值的差異）數(shù)量性狀均值的差異一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖如存在顯著差異，則說明控制該數(shù)量性狀的如存在顯著差異，則說明控制該數(shù)量性狀的QTL與標(biāo)記連鎖與標(biāo)記連鎖1. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)010110: :0Hvs H=0101010211(2)()nntt nns/M MM m和10和假定假定回交群體回交群體中某一標(biāo)記位點(diǎn)的兩個(gè)基因型為中某一標(biāo)記位點(diǎn)的兩個(gè)基因型為 兩類基因型內(nèi)個(gè)體性狀的平均數(shù)分別為兩類基因型內(nèi)個(gè)體性狀的平均數(shù)分別為 則其差異顯著性測(cè)驗(yàn)可通過則其差異顯著性測(cè)驗(yàn)可通過 t - 測(cè)驗(yàn)：測(cè)驗(yàn)：222110010(1)(1)2nsnssnn其中一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖標(biāo)記標(biāo)

6、記 MiMi Mimi t pD5 41 54.2 111.8 62 47.3 63.7 3.75 0.0001H14 42 55.2 104.1 61 46.5 56.1 4.99 0.000001例如例如221 112 22 s snn1. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖F2群體群體 標(biāo)記基因型標(biāo)記基因型 平均數(shù)平均數(shù) 樣本方差樣本方差 s22 s12 s02樣本容量樣本容量 n2 n1 n0 / / /iiiiiiMMMmmm2101. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖2020120211222220020(2)()(1)(1)2nntt nnsnsnssnn；

7、F2群體群體 測(cè)驗(yàn)加性效應(yīng)測(cè)驗(yàn)加性效應(yīng)1. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖1. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖2101201202-1,32111442222221100210()/2( -1)()(1)(1)(1)3knnnnnntkFsnsnsnssnnnF2群體群體 測(cè)驗(yàn)顯性效應(yīng)測(cè)驗(yàn)顯性效應(yīng) 標(biāo)記標(biāo)記 MiMi Mimi mimi n2 2 s22 n1 1 s12 n0 0 s02 t 1 t2D5 43 5.2 2.44 86 4.3 2.93 42 3.1 2.76 6.10 0.38 H14 42 5.0 3.2 92 4.1 3.2 37 3.6 2

8、.68 3.71 -0.051. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖F2群體群體 例如例如 1. T測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)1,2,jjjybxejn即檢測(cè)表型值是否隨標(biāo)記基因型的不同而異即檢測(cè)表型值是否隨標(biāo)記基因型的不同而異010 :0Hvs H：統(tǒng)計(jì)上統(tǒng)計(jì)上，t 測(cè)驗(yàn)等同于對(duì)簡(jiǎn)單回歸模型的假設(shè)測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)等同于對(duì)簡(jiǎn)單回歸模型的假設(shè)測(cè)驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖標(biāo)記基因型標(biāo)記基因型(x)(x)xxx性狀測(cè)量值性狀測(cè)量值(y)(y)xxx基因型基因型 頻率頻率 （1-r)/2 r/2 r/2 (1-r)/2效應(yīng)值效應(yīng)值 adadMQMQMQMqMQmQMQmqMQMQMQmq假定假定一個(gè)一個(gè)Q（

9、QTL）與一個(gè)）與一個(gè)M（marker）連鎖，對(duì)回交）連鎖，對(duì)回交 后代后代B1，有，有:2. 單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖(1- )()() - ()(1- )() (1-2 ) ( - )MMMmrardrardra d(1- )() )(adrard() (1- )()adrard標(biāo)記標(biāo)記 QQ Qq 平均效應(yīng)值平均效應(yīng)值MM 條件概率條件概率 1-r r 平均效應(yīng)值平均效應(yīng)值Mm條件概率條件概率 r 1-r 平均效應(yīng)值平均效應(yīng)值按兩向整理：按兩向整理：于是：于是：2. 單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作

10、圖 01/2MMMmr 1(12)()mMMMmikkkkrad0:0.5 : 0.5ikAikHrvs Hr如果如果有多個(gè)有多個(gè)QTL同標(biāo)記連鎖且忽略上位性，則上式為：同標(biāo)記連鎖且忽略上位性，則上式為：這表明這表明，所測(cè)驗(yàn)的也許是多個(gè)，所測(cè)驗(yàn)的也許是多個(gè)QTL的效應(yīng)和重組率復(fù)合的參數(shù)的效應(yīng)和重組率復(fù)合的參數(shù)其假設(shè)為：其假設(shè)為：2. 單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)單標(biāo)記分析的遺傳基礎(chǔ)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖 0 1/2MMMmikat least oneof r MQMQMQMqMQmQMQmq2(,)N 2(,)N 2(,)N 2( ,)N 假定假定基因型基因型 頻率頻率 （1-r)/2 r

11、/2 r/2 (1-r)/2y的分布的分布 3. 擬然法分析擬然法分析一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖2(,)N 2( ,)N 22(1- )(,)( ,)r NrN 2(,)N 2( ,)N 22(,)(1- )( ,)rNr N 按兩向整理按兩向整理：標(biāo)記標(biāo)記 QQ Qq y 的混合分布的混合分布 nMM 條件概率條件概率 1-r r n1 y 的分布的分布 Mm條件概率條件概率 r 1-r n2 y 的分布的分布3. 擬然法分析擬然法分析一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖1121221, , )(1) ()()()(1) ()MMMmnjjjnjjjyyLrrryyrr （ 可得到似然

12、函數(shù)可得到似然函數(shù) (出現(xiàn)一組特定數(shù)據(jù)的概率）出現(xiàn)一組特定數(shù)據(jù)的概率） 21( )exp(/2)(0,1)2zzN其中其中3. 擬然法分析擬然法分析一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖2200012(,1/2)2ln ( , , )LrLRLr 假設(shè)假設(shè)：H0：r=1/2 H1: r1/2進(jìn)行進(jìn)行似然比似然比檢驗(yàn)：檢驗(yàn)：10.21723,tan :1/2LODLRaccepce Hr 一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖3. 擬然法分析擬然法分析用最大似然法估算擬然函數(shù)中的未知參數(shù)（用最大似然法估算擬然函數(shù)中的未知參數(shù)（詳見后述詳見后述），進(jìn)而可作擬然比檢驗(yàn)），進(jìn)而可作擬然比檢驗(yàn)一、單標(biāo)記一、單標(biāo)記QTL作圖作圖3. 擬然法分析擬然法分析 確定不同標(biāo)記基因型內(nèi)數(shù)量性狀的概率分布確定不同標(biāo)記基因型內(nèi)數(shù)量性狀的概率分布 構(gòu)建擬然函數(shù)構(gòu)建擬然函數(shù) 進(jìn)行擬然比檢驗(yàn)進(jìn)行擬然比檢驗(yàn) 擬然法分析詳情后述擬然法分析詳情后述 最大擬然估計(jì)最大擬然估計(jì)1. 不能識(shí)別標(biāo)記是同一個(gè)還是多個(gè)不能識(shí)別標(biāo)記是同一個(gè)還是多個(gè)QTL連鎖；連鎖；2. 不能估計(jì)可能存在的不能估計(jì)可能