发布时间 : 星期一 文章QTL定位中常见的12个问题更新完毕开始阅读6c801294a300a6c30d229f75
表3 利用4个模拟DH群体计算完备区间作图和区间作图两种方法的检测功效和假阳性，QTL置信区间长度分别是10 cM或20 cM
Table 3 Calculation of power and false QTL in four simulated DH populations for ICIM and IM. The confidence interval of each predefined QTL is 10 or 20 cM.
Pop 完备区间作图 Inclusive composite interval mapping
染色体 1 2 3 4
区间作图 Interval mapping
位置 47.10 6.70 60.00 70.00 30.00 60.00 63.90 56.20 72.60 86.30 60.00 38.70
加性效应 0.26 0.25 0.30 0.52 0.30 0.28 0.43 0.31 0.48 0.47 0.31 -0.26
位置 25.10 51.10 60.00 40.00 70.00 30.50 45.00 59.10 59.40 30.00 55.40 70.00 90.00 69.30 60.00 38.90
加性效应 LOD PVE (%) CI=10 cM CI=20 cM 染色体 0.19 0.29 0.30 0.20 0.42 0.27 0.27 0.26 0.38 0.21 0.29 0.28 0.25 0.22 0.33 -0.23
2.56 3.48 6.05 8.14 6.72 8.86 2.94 3.71 11.87 16.64 5.35 7.78 5.25 7.94 4.94 7.50 9.84 15.61 2.50 3.96 4.47 7.81 4.42 7.14 3.39 5.41 2.65 4.99 5.87 11.34 2.92 5.70
False QTL IQ2 IQ5 IQ6 IQ7 IQ2 IQ6 IQ2 IQ6 IQ7
IQ5 IQ6 IQ7 IQ2 IQ6 IQ2 IQ6 IQ7
5 6 6 2 6 7 6 7 7 7 10
LOD PVE (%) CI=10 cM CI=202.71 6.74 2.51 6.15 3.99 8.77 13.39 26.53
4.38 9.59 3.81 8.39 8.90 19.44
3.66 8.81 9.55 21.01 8.94 19.93 5.77 13.04 4.57 9.99 3.04 7.18
False QTL IQ5 IQ6 IQ7 IQ2 IQ6 IQ7 IQ6
IQ6 IQ7 IQ2 IQ6 IQ7 IQ6
Chromosome Position Additive 2 5 6 7 7 2 5 6 7 2 6 7 7 6 7 10
Chromosome Position Additive
False QTL False Q
False QTL False QTL 7
False QTL IQ5 False QTL IQ7
False QTL IQ7
False QTL False QFalse QTL IQ7
False QTL False QTL 7 False QTL IQ6 False QTL IQ7
108.00 0.38 False QTL False Q
False QTL False Q
False QTL False QTL
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1.4 提高QTL检测功效的途径有哪些？
统计上提高假设检验功效的途径主要是增加样本量和减小试验误差，对QTL作图来说就是增大作图群体、减小表型测定时的误差（即提高性状的遗传力）。以ICIM为例，增大群体对提高QTL检测功效是明显的（图3）。对大小为100、200和400的群体来说，把PVE=4%的QTL定位到10 cM置信区间内的概率分别为29%、67%和91%；而把PVE=10%的QTL定位到10 cM置信区间内的概率分别为79%、97%和100%。
减小表型误差则间接提高单个QTL的贡献率[13]，如果通过降低表型误差把QTL对表型的贡献率由4%提高到5%，对大小为100、200、400的群体来说，检测功效则分别由29%、67%和91%提高到44%、77%和94%。因此，QTL作图研究中作图群体在资源允许的条件下要尽可能地大，同时表型鉴定时要尽量减小随机误差。当然对受环境影响大并具有较大基因型和环境互作的性状，还要在多地点/多年份进行表型鉴定。
降低表型变异也可间接提高PVE，从而提高QTL的检测功效。遗传研究中近等基因系和染色体片断置换系[14-15]都是通过这种途径提高遗传分析的可靠性。举例来说，假定某群体中3个独立遗传QTL的遗传方差分别为0.1、0.2和0.3，误差方差为0.4，因此3个QTL分别解释10%、20%和30%的表型变异，在这3个QTL的近等基因系中假定QTL的遗传效应和误差方差保持不变，那么3个QTL近等基因系群体的表型方差分别为0.5、0.6和0.7，3个QTL解释的表型变异则增加到20%、33%和43%，因此在这3个近等基因系群体中进行QTL定位研究将更加有效。
1009080706050403020100Power or FDR (%)401602804005204016028040052040160280400520401602804005204016028040052040160280400520401602804005204016028040052040160280400520PVE=1%PVE=2%PVE=3%PVE=4%PVE=5%PVE=10%PVE=20%PVE=30yRPopulation size 图3 QTL的检测功效与群体大小的关系
Fig. 3 Relationship between QTL detection power and mapping population size
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2 QTL作图中的遗传学问题
2.1 QTL的贡献率是如何计算出来的？
一个QTL所解释表型变异（PVE，又称为QTL的贡献率）的计算公式是：PVE?VG?100%，VP其中VG是QTL的遗传方差，VP是表型方差。在一个无奇异分离的群体中，QTL的遗传方差只依赖于QTL的遗传效应，效应大的QTL同时也具有较高的PVE；如果存在奇异分离，QTL的遗传方差除依赖于QTL的遗传效应外，还依赖于基因型频率，这时效应大的QTL，其PVE不一定就高。以F2群体为例，假定QTL三种基因型QQ、Qq和qq的频率为f2、f1和f0，QTL的加显性效应为a和d，
VG?[f2?f0?(f2?f0)2]a2?2f1(f2?f0)ad?(f1?f12)d2
[1]
例如，一个QTL的加显性效应均为１，即完全显性，当f2=0.25、f1=0.5和f0=0.25即不存在奇异分离时，VG=0.75；当f2=0.4、f1=0.5和f0=0.1时，VG=0.36；当f2=0.5、f1=0.5和f0=0.0时，VG=0，这时QTL无法被检测出来。大多数作图软件中，QTL的遗传方差都是根据三种QTL基因型的观测频率计算得出，因此QTL作图研究中，出现遗传效应大而PVE偏低的情形也是正常的。
QTL间的互斥连锁甚至可能造成单个QTL的PVE或两个QTL的PVE之和超过100%的情形。假定亲本的基因型为Q1Q1Q2Q2和q1q1q2q2，a1和a2分别为2个连锁QTL的加性效应，2个位点间的重组率为r。在双亲衍生的DH群体中，4种基因型频率和基因型值如表4。RIL群体中，只需将r用R?2r22代替。2个QTL的遗传方差分别为VG1?a1和VG2?a2，总遗传方差为： 1?2r2222111VG?1(1?r)(a?a)?(a?a)?(a?a)?(1?r)(a?a) 1212121222222?a12?a2?2(1?2r)a1a2
因此，只有在r=0.5的情况下，才有VG?VG1?VG2。当2个QTL间存在连锁并且a1和a2的效应方向相反时（即处于互斥连锁状态），VG?VG1?VG2，造成2个QTL的PVE之和甚至单个QTL的PVE大于100%的情况。例如，不考虑随机环境误差和其他遗传变异，当a1=1.0，a2=-1.0，r=0.1，
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Vε?0.4时，VG1?VG2?1，VG?0.4，表型方差VP?0.8，故两个QTL理论PVE均为125%。在
这样的遗传模型下，ICIM仍然可以较准确地定位到两个紧密连锁的QTL，效应的估计也是近似无偏的（图4）。因此当QTL间存在连锁时，2个QTL所解释的遗传方差不等于它们遗传方差之和，即方差不具有可加性，因此由方差计算出的PVE之间也不具可加性。
表4 两个连锁QTL在DH群体中4种基因型的频率和基因型值，a1代表Q1?q1的加性遗传效应，
a2代表Q2?q2的加性遗传效应
Table 4 Frequencies and genotypic values of four genotypes at two linked QTL in a DH mapping population, where a1 is the additive effect of Q1?q1, and a2 is the additive effect of Q2?q2.
基因型 Genotype Q1Q1Q2Q2 Q1Q1q2q2 q1q1Q2Q2 q1q1q2q2
6050403020100频率 Frequency
12121212基因型值 Genotypic value a1 + a2 a1 ? a2 ? a1 + a2
? a1 ? a2
(1?r)rr
(1?r)PVE (%)EffectLOD score1.20.80.40-0.4-0.8-1.2120100806040200 图4 一个模拟的包含200个加倍单倍体家系作图群体。
Fig. 4 QTL mapping in a simulated population of 200 doubled haploid lines.
一条长度为120 cM的染色体上有一对重组率为0.1的互斥连锁QTL，遗传效应分布为1.0和?1.0，随机
05101520253035404550556065707580859095100105110115Scanning every 1 cM12