S20135420-何濤-染色體導(dǎo)入系在QTL定位中的應(yīng)用

1、染色體導(dǎo)入系在QTL定位中的應(yīng)用S20135420 何濤 摘要：染色體導(dǎo)入系是指借助分子輔助選擇方法，通過連續(xù)回交和自交構(gòu)建的只含有一個或幾個導(dǎo)入片段與受體親本不同，其他遺傳背景與受體親本完全相同的家系或品系。相對于傳統(tǒng)的遺傳群體，導(dǎo)入系群體大大降低了供體材料的遺傳背景的干擾，提高了QTL分析的靈敏度和準(zhǔn)確性，是QTL鑒定、精細(xì)定位、互作分析、圖位克隆、性狀改良及雜種優(yōu)勢利用和基因表達分析的理想的實驗材料。本文對染色體導(dǎo)入系在QTL定位中的應(yīng)用進行綜述。關(guān)鍵詞：染色體、導(dǎo)入系、QTL作物絕大多數(shù)經(jīng)濟性狀都屬于數(shù)量性狀，因此研究數(shù)量性狀的遺傳機制對于作物遺傳育種有非常重要的意義。而準(zhǔn)確鑒定和定位

2、QTL是進行數(shù)量性狀遺傳效應(yīng)分析、作物雜種優(yōu)勢利用研究以及分子克隆的基礎(chǔ)。但由于用于QTL鑒定和定位的傳統(tǒng)分析群體遺傳背景復(fù)雜，很難對單個QTL進行準(zhǔn)確鑒定和定位1。所以一個良好的定位及分析群體是進行數(shù)量性狀遺傳研究的必須條件，本文對染色體導(dǎo)入系在QTL定位中的研究情況進行綜述。1 QTLQTL（quantitative trait locus），即數(shù)量性狀基因座，指控制數(shù)量性狀的基因在基因組中的位置。QTL 定位就是采用類似單基因定位的方法將QTL 定位在遺傳圖譜上，確定QTL 與遺傳標(biāo)記間的距離（以重組率表示）。作物許多重要的農(nóng)藝性狀如品質(zhì)、產(chǎn)量和抗逆性等都屬于復(fù)雜數(shù)量性狀。作物QTL 的

3、不斷深入研究揭示了這些復(fù)雜數(shù)量性狀的遺傳基礎(chǔ)。促進了這些性狀的遺傳改良，并使其分子剖析成為可能2-4。1.1 QTL的定位群體QTL定位的精度在很大程度上取決于遺傳圖譜的標(biāo)記飽和度和分離群體的重組信息量。根據(jù)分離群體的特點，作圖群體分為:1.臨時性群體。如F2及其衍生的F3、F4家系，回交群體（BC）等。F2群體是常用的作圖群體，該群體容易配制且包含親本任意一個位點的所有基因型，更適合于估算基因效應(yīng)和檢測不同類型的互作。但F2群體的一個不足之處是存在雜合基因型。對于顯性標(biāo)記，將無法識別顯性純合基因型和雜合基因型。F2群體的另一個缺點是不易長期保存?；亟蝗后w每一分離的基因座只有兩種基因型，直接反

4、映F1代配子的分離比例，因而其作圖效率最高，但缺點是不易保存。2.永久性分離群體。主要包括重組近交系（RILs）、雙單倍體群體（DH）、回交近交系（BILs）以及近等基因系（NILs）。它們共同的特點是系內(nèi)基因型是一致的，而系間基因型是不同的，系間除少數(shù)甚至一個染色體區(qū)段存在差異外，其余絕大部分染色體區(qū)段完全相同。因此，它們可以把種子分散到各個不同環(huán)境做重復(fù)試驗以增加QTL檢測的準(zhǔn)確性，特別是NIL，由于消除了其他背景的干擾，甚至是主效QTL對微效QTL的掩蓋，因此QTL定位效率很高5。但也正由于這類群體系內(nèi)基因型的一致性，因而不能估算顯性效應(yīng);而且，除非群體足夠大，否則它們提供的信息不如F2

5、等群體。如DH群體，由于在染色體加倍過程中可能存在基因丟失，因此構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖時盡量不用這種群體。1.2 QTL定位分子標(biāo)記目前，研究所采用的分子標(biāo)記主要有基于分子雜交的RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism）6，基于PCR擴增的RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA）7、SSR（Simple Sequence Repeat ）8、AFLP（Amplified Fragment Length Polymorphism）9以及單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記SNP（ Single Nucleotide Polymorp

6、hism）10和表達序列標(biāo)簽EST（Expressed Sequence Tags）11等等。此外近年來還發(fā)展了序列標(biāo)志位點（Sequence tagged Sites，STS）12、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子分子標(biāo)記（Sequence specific Amplification Polymorphism，S-SAP）13、IRAP（Inter retrotransposon Amplified Polymorphism）14、REMAP（Retrotransposon microsatellite Amplification Polymorphis）15和RBIP（Retrotrans Poson-bas

7、ed Insertion Polymorphism）15等。2 染色體導(dǎo)入系染色體導(dǎo)入系(chromosome introgression lines，CILs)，又稱為染色體片段代換系 (chromosome segment substitution lines，CSSLs)或代換系(substitution lines，SLs)，指只含有一個或幾個導(dǎo)入片段與受體親本不同，其他遺傳背景與受體親本完全相同的家系或品系。其中只含一個染色體片段與受體親本不同的，稱為單片段代換系(single segment substitution line，SSSL)，這是最理想的代換系。相對于傳統(tǒng)的遺傳群體，

8、導(dǎo)入系群體大大降低了供體材料的遺傳背景的干擾，提高了QTL分析的靈敏度和準(zhǔn)確性，是QTL鑒定、精細(xì)定位、互作分析、圖位克隆、性狀改良及雜種優(yōu)勢利用和基因表達分析的理想的實驗材料。2.1染色體導(dǎo)入系的構(gòu)建 染色體導(dǎo)入系的構(gòu)建主要是通過多代回交來建立。先將供體親本與受體親本雜交獲得F1，再以受體親本作為輪回親本，經(jīng)過多代回交并結(jié)合MAS技術(shù)篩選構(gòu)建大規(guī)模染色體片段導(dǎo)入系或代換系16。 龍萍17利用我國和國際水稻所的21個優(yōu)良品種做輪回親本、來源于24個國家和地區(qū)的188份品種資源做供體親本，通過雜交、連續(xù)回交結(jié)合性狀篩選，構(gòu)建了近6萬份具有輪回親本遺傳背景的近等基因?qū)胂?。Li等對2萬個水稻ILs

9、的定向選擇，鑒定得到了許多來源不同的新基因和耐旱、耐漬、特異的農(nóng)藝性狀和生理性狀的導(dǎo)入系，如273個耐旱ILs，175個耐鹽ILs和203個抗飛虱的ILs。2.2染色體導(dǎo)入系在QTL中的應(yīng)用目前主要農(nóng)作物中，水稻、玉米、棉花、大豆等均已建立了導(dǎo)入系或代換系群體，并在QTL定位中得到了大量應(yīng)用。在水稻上，Li等18在定位水稻發(fā)芽率的研究中，將粳稻品種Nipponbare的染色體片段導(dǎo)入珍秈97，得到了143個染色體代換系群體，在2、5、6、10號染色體上定位出4個相關(guān)QTL。再通過利用CSSL的F2群體，在2號染色體上證實了一個主效QTL(qGR2)，并從中找到一個在種子中優(yōu)先表達的候選基因Os

10、MADS29。楊雷等19以帶有晚抽穗基因的單片段代換系為供體，以華粳秈74為受體構(gòu)建單片段代換系，發(fā)展F2次級分離群體，定位出水稻第6染色體上存在與抽穗期相關(guān)的QTL，并鑒定出抽穗期由單基因控制，早抽穗表現(xiàn)為顯性。在此基礎(chǔ)上，Wang20等、Pei21等，進一步精細(xì)定位了qHD4-1和qHD8-1兩個QTL。趙芳明等22以 l6個單片段代換系(SSSL)及15個雙片段代換系分析了水稻粒型性狀QTL的加性及上位性效應(yīng)，共檢測到9個水稻粒型性狀QTL和7對雙基因互作，揭示了同一粒長 QTL與不同單片段代換系聚合時會產(chǎn)生不同的互作效應(yīng)。李生強等23利用22個單片段代換系，共鑒定出22個與粒形相關(guān)的Q

11、TL，包括7個粒長QTL，6個粒寬QTL，5個谷粒長寬比QTL和4個粒厚QTL。朱金燕等24以85個單片段代換系為材料定位了24個水稻株高QTL。任德勇等25則利用染色體片段代換系進行了水稻穗長QTL加性及其上位性效應(yīng)分析。在棉花上，Wang P等26以海島棉（G.barbadense）TM-1為受體親本，陸地棉(G.barbadense)Hai7124為供體親本，構(gòu)建染色體片段導(dǎo)入系（CHSLs）。該群體由包含298個導(dǎo)入片段的174個群體組成，其中86個群體（49.1%）為單片段導(dǎo)入。導(dǎo)入片段平均長度為16.7 cM，總長度為2948.7 cM，覆蓋了83.3%的4倍體棉花基因組。利用此群

12、體，通過對4個環(huán)境下收集的數(shù)據(jù)進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)了與棉花纖維質(zhì)量相關(guān)的43個加性效應(yīng)QTL和6個上位性效應(yīng)QTL，其中有6個QTL在各環(huán)境中均表現(xiàn)穩(wěn)定。在玉米上，Chung等27用Tx303和B73為親本構(gòu)建的82個代換系群體對玉米大斑病進行QTL定位和分析。得到了兩個可靠表達的QTL：qNLB1.06和qNLB1.02。在溫室與田間的重復(fù)試驗表明：qNLB1.06減少真菌侵入的效率，qNLB1.02增加侵染位點附近胼胝質(zhì)和多酚的積累，阻礙菌絲向維管束中生長。除了對玉米大斑病的抗性，qNLB1.02還與玉米細(xì)菌性枯萎病和普通銹病有關(guān)，而qNLB1.06也增強對玉米細(xì)菌性枯萎病的抗性。Evert

13、on A. Brenner等28將31個外源玉米種質(zhì)導(dǎo)入PHZ51和PB47中，得到50個BC1DH群體，含有199個SNP位點分布在整個基因組，其中平均11.8%的標(biāo)記來自于外源供體等位基因。這50個BC1DH群體包含了輪回親本92.9%的基因組。利用此群體，通過關(guān)聯(lián)分析揭示了細(xì)胞壁消化、倒伏和花期推遲有關(guān)的數(shù)量性狀多態(tài)性。邢向茹等29以Ye478及Ye478為背景的5個染色體片段導(dǎo)人系為材料，研究了低氮脅迫下產(chǎn)量和苗期性狀的影響。展望理想狀態(tài)下，整個導(dǎo)入系覆蓋了受體親本的全基因組，不同導(dǎo)入系帶有供體親本基因組不同片段。與輪回親本比較，兩個株系之間性狀的任何顯著差異都是因為導(dǎo)入片段在供體與受

14、體間存在的等位差異，因而可有效消除基因組上其他位點因分離而產(chǎn)生的遺傳差異，提高QTL定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。染色體導(dǎo)入系為更深入研究QTL提供了良好的條件，特別是染色體單片段代換系，在QTL的鑒定和精細(xì)定位，QTL遺傳效應(yīng)分析及QTL克隆以及應(yīng)用于品種改良和雜種優(yōu)勢利用的研究中具有巨大的優(yōu)越性，為我們的研究帶來極大的方便。參考文獻1.Darvasi A., Weinreb A., Minke V., Weller J.I., and Soller M. Detecting marker-QTL linkage and estimating QTL gene effect and map loca

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