BC1F2遗传连锁图谱和纤维品质性状QTL定位
主要农作物QTL定位和克隆研究进展
主要农作物QTL定位和克隆研究进展摘要：随着遗传图谱的日趋饱和QTL定位分析方法的日益完善，近年来农作物QTL的研究发展非常迅速。
本文首先从总体上对水稻、玉米、小麦、棉花、大豆这几个农作物的QTL定位作了简要的介绍，然后详细介绍了番茄、水稻、玉米被克隆出的几个QTL的克隆过程及基因功能，对整个QTL的分析方法作了系统的介绍。
关键词：QTL、定位、克隆、基因作物的许多农艺性状和经济性状是数量性状,研究作物数量性状的遗传对农作物育种具有十分重要的意义。
近几年，作物QTL定位和克隆发展迅速，本文详细阐述了主要农作物近几年的发展状况。
1.QTL定位研究进展QTL定位是检测分子标记和QTL间的连锁关系,估计QTL的效应利用分子标记进行遗传连锁分析,检测出QTL。
分子遗传学的发展和RFLP,RAPD,SSR,AFLP等分子标记技术的完善,加上日趋饱和的遗传图谱为工具和日益完善的QTL定位分析方法,已在许多作物上定位了不少QTL,并分析了各QTL的效应。
1.1 水稻水稻QTL的研究近年来发展非常迅速,已进行QTL定位的性状很多。
自Wang等[1]利用RFLP连锁图定位了水稻对稻瘟病有部分抗性的14个QTL以来,有关水稻QTL 定位的研究报道不断增加.目前,世界各国的科学家应用不同的群体,对水稻大多数性状进行了QTL定位,这些性状包括水稻的生育期、株高及其组成性状、产量及产量构成性状、谷粒外观品质、食味和营养品质等农艺性状、以及水稻种子的休眠性、水稻叶片叶绿素和过氧化氢含量等生理性状。
目前的数据表明水稻遗传图谱上的分子标记数已超过6000个,平均间距为75-100 kb,基本覆盖了水稻基因组的所有区域，为进一步精细定位及克隆提供了便利。
1.2玉米玉米的许多产量相关性状[2]，如穗长、穗粗、行数、行粒数等，国内外都进行了较为深入的研究，定位了大量的QTL位点，并分析了它们的遗传规律，为玉米育种提供了很好的指导意义。
分子标记辅助选择(MAS)与QTL定位在鸡遗传育种中的应用
分子标记辅助选择（MAS）与QTL定位在鸡遗传育种中的应用摘要：近年来，随着畜禽基因组研究计划相继开展，分子标记的研究与应用得到了迅速的发展，这为准确地评价畜禽群体遗传结构及遗传多样性提供了新的机遇。
分子标记辅助选择（MAS）也越来越受到育种学家的广泛关注，并且目前已用于生产实践，对提高经济效益和育种效率起到了大的推动作用。
而对鸡的染色体上QTL定位工作也有了迅猛的发展，成为动物基因定位工作中一个异常活跃的领域。
对鸡数量性状的研究也已发展为直接将研究目标指向各个数量性状位点，借助各种遗传标记，构建遗传连锁图谱，通过一定的统计分析方法，从而将影响数量性状的多个基因定位于特定的染色体区域。
分子标记辅助选择（MAS）与QTL定位之间具有紧密联系。
本文主要综述分子标记辅助选择（MAS）与QTL定位在鸡遗传育种中的研究进展。
关键词：鸡；分子标记辅助选择（MAS）；QTL定位1.引言鸡的许多经济性状属数量性状，该类性状的发生受到2对或更多对等位基因的控制，每对等位基因没有显性与隐性的区别，而是共显性的。
这些等位基因对该数量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)。
目前随着QTL 研究的深入，不仅丰富和发展了数量遗传学的内容，成为新兴的分子数量遗传学的主体，也必将对畜禽的育种改良起到极大的推动作用，从而开创动物育种的新纪元。
2.分子标记辅助选择（MAS）2.1 相关概念Stam（1986）提出通过限制性片段长度多态性（RFLP），可对生物有机体的基因组进行标记，利用标记基因型能非常准确地估计数量性状的育种值，以该育种值为基础的选择，称为标记辅助选择（marker assisted selection,MAS）。
Lander 和Thompson（1990）定义标记辅助选择，为把分子遗传学方法和人工选择相结合达到性状（traits）最大的遗传改进，人们进一步将MAS定义为以分子遗传学和遗传工程为手段，在连锁分析的基础上，运用现代育种原理和方法，实现性状最大的遗传改进。
生物学新研究方法
一、图位克隆相关汇总1、用于QTL初定位群体的类型有哪些以及各群体的特点F2群体易于配制，需要时间短，所提供的遗传信息最为丰富，可以估算加性效应及显性效应。
但F2群体由单株组成且尚未达到纯合，提供的材料有限，很难对其进行连续性研究。
由于每个基因型只有一株，由此得到的数量性状数据可靠性差。
补救办法是利用F2代单株衍生的F2:3家系，选取同一家系中的若干个体进行分析，但这样做不仅加大了工作量，而且容易造成抽样误差。
回交(BC)群体:低代回交群体重组交换的信息量比F2少，为了弥补回交群体的不足现在多采用先回交再自交的方式，对回交后代进行自交。
DH系群体：加倍单倍体群体，是通过诱导F1单倍体并加倍形成的群体，群体内基因完全纯合，群体内的差异构成了分离群体的遗传特性，是永久群体，但重组交换的信息较少。
RIL系：RIL群体基因基本纯合，群体结构稳定，也是一个永久性分离群体，重组程度高于F2群体，因此，RIL 群体构建的图谱比F2的有着更高的解析度。
但建立一套RIL需要多年的工作。
而且，在基因组的某些区域的纯合比理论预期需要更长的时间，而且不能估计显性效应。
2、简答图位克隆常见的群体（至少三个）及其特点。
根据分离群体的特点，图位克隆作图群体分为临时性分离群体、永久性分离群体和回交近交系群体三大类。
临时性分离群体：包括单交组合产生的F2及其衍生的F3、F4家系回交群体。
其显著特征时群体中每一个个体后代均可发生分离，除非自交不亲和性，F2易配制。
而且提供给遗传分析的信息最为丰富，可以同时估计加性效应和显性效应。
但由于F2存在分离，很难进行多年多点研究。
永久性分离群体：主要包括重组自交系群体（RIL）和加倍单倍体群体（DH）。
其显著特征是群体中每一个体其后代稳定，不发生分离，可重复进行试验，将区组效应、重复效应和随机误差最小化或分解，增加检测QTL准确性。
但构建RIL 群体需很长时间；构建DH群体受基因型限制，难度较大，且它们不能估计显性效应。
qtl定位的基本步骤
qtl定位的基本步骤
1.建立遗传连锁图：通过检测不同个体的遗传变异来建立遗传连锁图，确定位于染色体上的qtl。
2.进行qtl扫描：对建立好的遗传连锁图进行qtl扫描，找到与表型变异相关的qtl。
3.计算lod值：对于每个qtl，计算其相关性统计量——lod值，用来衡量qtl 与表型变异的关系强度。
4.确定效应大小：确定qtl对表型变异的大小效应，即qtl的遗传效应大小。
5.确定qtl位置：通过lod值和效应大小，确定qtl在染色体上的位置和贡献度。
6.验证和精细定位：通过进一步验证和精细定位，确定qtl和表型变异之间的关系和相关基因。
陆地棉遗传图谱构建与纤维品质性状QTL定位的开题报告
陆地棉遗传图谱构建与纤维品质性状QTL定位的开
题报告
1.研究背景
棉花是世界上最重要的纤维作物之一，主要用于纺织和医药领域。
陆地棉是棉花的重要品种之一，在中国种植面积和产量均居于前列。
某
些陆地棉纤维品质优秀，长短比高，强度大，适合纺织加工，特别是在
纺织品质量要求较高时表现出优势。
因此，深入探究陆地棉纤维品质的
遗传调控机制及分子标记，对陆地棉遗传改良及棉花产业发展具有重要
意义。
2.研究目的
本研究旨在构建陆地棉品种的遗传图谱，挖掘纤维品质性状的QTL，并探索陆地棉纤维品质的遗传机制和分子标记，为陆地棉的遗传改良和
优化提供科学依据。
3.研究内容
（1）陆地棉基因组DNA提取，建立基因组DNA文库。
（2）利用RAD-seq技术对陆地棉进行遗传图谱构建。
（3）通过生物信息学分析，对陆地棉基因组的SNP位点进行筛选
和过滤。
（4）利用群体遗传学方法和QTL分析技术，定位纤维品质性状的QTL。
（5）对QTL定位结果进行验证和分析，以寻找与纤维品质相关的
功能基因和分子标记。
4.研究意义
（1）为陆地棉遗传改良提供科学依据和分子标记，为陆地棉纤维品质改良提供支持。
（2）深入探究陆地棉纤维品质的遗传机制和分子标记，对棉花产业提高经济效益和推进可持续发展具有重要意义。
（3）此研究还将对陆地棉基因组、生物信息学等领域进行理论探讨，促进相关学科的发展。
QTL 定位方法---
QTL 定位方法分子标记技术和数量遗传学的发展，使得分子遗传学与数量遗传学相互渗透和融合，从而形成了一个新的研究领域—分子数量遗传学（Molecular Quantitative Genetics）。
分子数量遗传学研究的内容，就是借助分子标记，采用适当的统计分析方法明确QTL 在染色体上的位置及其效应。
而QTL 定位的原理是：利用适当的分离群体，构建较高密度的、分布较均匀的、覆盖全基因组的分子标记连锁图。
根据遗传连锁的基本遗传学原理，对分离群体中单株的标记基因型和性状的表型值进行一定的统计分析，将决定数量性状的QTL 定位在分子标记连锁图中。
目前，QTL 定位的方法主要有单标记分析法（Edwards et al, 1987），区间作图法（Lander and Botstein, 1989）和复合区间作图法（Zeng, 1994）等。
单标记法（Single marker analysis）是最简单的分析标记与性状关联的方法，包括以标记为基础的分析方法（Marker-based analysis, MBA）和以性状为基础的分析方法（Trait-based analysis, TBA，Lebowitz et al., 1987）。
前者利用每个标记位点不同基因型间的性状均值差异，以传统的单因素方差分析法测验被研究的数量性状在标记基因型间的差异显著性。
对于一个作图群体而言，任意标记位点具有三种基因型（F2群体）或两种基因型（回交群体、重组自交系、双单倍体系），分析每一基因型个体的数量性状均值的差异，并进行F 测验，当F 测验显著时，则表明该标记位点可能与一个或多个QTL 连锁。
利用这种方法进行的数量性状分析，既简单又符合QTL 定位的基本统计原理，且不需要完整的分子标记连锁图，是定位QTL 的最为有效方法。
但不足之处是不能准确估计QTL 的位置，且往往会低估其遗传效应。
以性状为基础的分析方法的原理是假定因选择而使数量性状的高表型个体中的QTL 增效等位基因和低表型个体中的QTL 减效等位基因的频率增加，当QTL 的等位基因与某一标记基因连锁时，会因相互关联而导致高、低表型个体间标记基因频率的差异。
第十章 数量性状基因( QTL )的定位
重组率
不同物种的遗传图距和物理图距 间的关系
物种 酵母（Yeast） Neurospora Arabidopsis Drosophila 西红柿（Tomato） 人类（Human） 小麦（Wheat） 水稻（Rice） 玉米（Corn） 单倍体基因组大小（kb） 遗传图谱的长度（cM） 碱基对（kb）/cM 2.2×10 4 4.2×10 4 7.0×10 5 2.0×10 5 7.2×10 6 3.0×10 7 1.6×10 5 4.4×10 6 3.0×10
= C + n1 ln(2 + k) + (n3 + n7 ) ln( 1− k) + n9 lnk
重组率的估计值
k = (1 − r ) 2 = − (2n − 3n1 − n9 ) ± (2n − 3n1 − n9 ) 2 + n × n9 2n
重组率估计值的方差
(1− k )(2 − k ) (2r − r 2 )(3 − 2r + r 2 ) Vrˆ = = 2n(1+ 2k ) 2n(3 − 4r + 2r 2 )
基因型
次 数
理论频率
n1
n2
n3
1 4
1 2
(1-r)2
r(1-r)
1 4
M 1M 1M 2_
1 4
(1-r2)
M1_M2_
n1
1 4
(3-2r+r2)
r2
M1M1m2m2
m1m1M2M2
n3
1 4
1 2
r2
M1_m2m2
n3
1 4
r(2-r)
M1m1M2M2
n4
QTL定位方法和QTL作图
QTL定位方法和QTL 作图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( 以重组率表示) 。
根据标记数目的不同, 可分为单标记、双标记和多标记几种方法。
根据统计分析方法的不同, 可分为方差与均值分析法、回归及相关分析法、矩估计及最大似然法等。
根据标记区间数可分为零区间作图、单区间作图和多区间作图。
此外, 还有将不同方法结合起来的综合分析方法, 如QTL 复合区间作图( CIM) 多区间作图( MIM) 、多QTL 作图、多性状作图( MTM) 等。
1 区间作图法( interval mapping, IM)Lander 和Botstein( 1989) 等提出, 建立在个体数量性状观测值与双侧标记基因型变量的线性模型的基础上, 利用最大似然法对相邻标记构成的区间内任意一点可能存在的QTL 进行似然比检测, 进而获得其效应的极大似然估计。
其遗传假设是,数量性状遗传变异只受一对基因控制,表型变异受遗传效应( 固定效应) 和剩余误差( 随机效应) 控制, 不存在基因型与环境的互作。
区间作图法可以估算QTL 加性和显性效应值。
与单标记分析法相比, 区间作图法具有以下特点:能从支撑区间推断QTL 的可能位置;可利用标记连锁图在全染色体组系统地搜索QTL, 如果一条染色体上只有一个QTL, 则QTL 的位置和效应估计趋于渐进无偏; QTL 检测所需的个体数大大减少。
但IM也存在不足: QTL 回归效应为固定效应;无法估算基因型与环境间的互作( Q×E) , 无法检测复杂的遗传效应( 如上位效应等) ; 当相邻QTLs 相距较近时, 由于其作图精度不高, QTLs间相互干扰导致出现Ghost QTL;一次只应用两个标记进行检查, 效率很低。
2 复合区间作图法( composite interval mappig, CIM)CIM是Zeng( 1994) 提出的结合了区间作图和多元回归特点的一种QTL 作图方法。
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本研究构建了棉花 SSＲ标记传连锁图谱,并对 BC１Ｆ2 群体进行纤维品质相关 QＴＬ 定位,为棉纤维品质分子标记辅助育种提供理论依据。
文献综述:
编号 NO:
河北农业大学本科毕业论文
论文题目 BC1F2 遗传连锁图谱和纤维品质性状ＱTL 定位
学生姓名
唐冰川
学院
农学院
指导教师姓名 张艳
学号 23 成绩 专业班级 农学０902
指导教师职称 讲师
材料目录： 1、任务书 2、开题报告 （含文献综述） 3、指导教师评阅书 4、答辩记录表 5、论文正文 ６、其它材料
教师签字: 2 ０ 12 年 5 月 3日
河北农业大学 本科毕业论文开题报告
题 目：BC1Ｆ2 遗传连锁图谱和纤维品质性状 QTL 定位
学 院： 农学院 学生姓名： 唐冰川 专 业： 农学 班级学号: 23 指导教师姓名: 张艳 指导教师职称: 讲师
２012 年 6 月５ 日
学生姓名 唐冰川
专业班级 农学 0９02 班 学 号 23
棉花是世界性的重要经济作物,也是仅次于粮食的第二大农作物。棉花生产涉及农业 和纺织工业，其中棉花纤维是纺织工业的主要原料，也是广大人民的生活必须品。随着 纺纱工业的迅速发展,同时消费者对衣着布料的要求也普遍提高,这对我国棉花品种的总 体纤维品质尤其是纤维强度提出了更高的要求[1－2]。因此提高棉花纤维品质成为了棉花 育种工作者集中关注的问题。
专家意见：
该实验对 BC1F２遗传连锁图谱构建和纤维品质性状 QTL 定位进行初步研究,实验 设计合理，技术路线可行，预期结果明确,进度安排合理,同意按计划执行。
实验设计合理、方案可行、QTL 的定位结果对后期进行分子标记辅助选择有重要 意义。
学院意见:
专家签字： 年月日
院长： 年
月日
农 专业
学院
课题组拥有已构建好的作图群体,供本实验顺利进行的 SＳR 引物。实验室成员在 连锁图谱构建、QＴＬ分析方面具有丰富的经验。
所在作物遗传育种实验室具备良好的实验室条件和试验所需的仪器设备条件：如 高速冷冻离心机，PCR 仪，电泳仪等能确保本试验有序进行。
预期的结果： 构建ＢC1F2 群体遗传连锁图谱,获得多个与纤维品质性状相关的 QTL。
和细度等品质性状上均优于陆地棉,因此利用海岛棉的优质基因改良陆地棉纤维品质 具有重要的理论和应用价值。棉花纤维品质性状大多属于数量性状，受多基因控制， 最终的表现型是基因型和环境共同作用的结果，受环境条件影响很大。应用现代育种 技术将海岛棉控制优良性状的基因或片段向陆地棉转移，被视为快速改良陆地棉纤维 品质的方法之一。
随着分子生物学的快速发展，利用高密度分子遗传连锁图谱,寻找与数量性状基因 座(QTＬ）紧密连锁的分子标记,进行基因聚合育种，已经成为分子标记辅助育种的主 要途径。
本研究构建了棉花ＳSＲ标记传连锁图谱,并对 BC1Ｆ2 群体进行纤维品质相关 QTL 定位，为棉纤维品质分子标记辅助育种提供理论依据。
可行性分析:
（１)份 (１）份 （１）份
（1）份 （1)份
河北农业大学 本科毕业论文任务书
学 院： 农学院
教师姓名: 张艳
职
称: 讲师
2０1２ 年 5 月 ４ 日
专业 名称
农学
论文 题目
BC１F2 遗传连锁图谱构建和纤维品质性状 QTL 定位
题目 来源
科研课题项目
目的意义： 提高棉花纤维品质是棉花育种工作者集中关注的问题。海岛棉在纤维强度、长度
可能存在的问题: BC１F2 群体在分析时,分子标记位点可能出现偏分离。
进度安排: 20１２年 5 月-6 月:选题，查阅文献资料;
6 月－7 月:确定方案; 2012 年 7 月-2013 年 1 月:收集实验资料，进行试验研究;
4 月－5 月:结果的处理与分析; ５月-６月：撰写论文,准备答辩。
指导教师 张艳
职
讲师
所在学院 农学院
称
论文名称 ＢC１F２遗传连锁图谱构建和纤维品质性状 QTL 定位
选题依据：
提高棉花纤维品质是棉花育种工作者集中关注的问题。海岛棉在纤维强度、长度和 细度等品质性状上均优于陆地棉，因此利用海岛棉的优质基因改良陆地棉纤维品质具有 重要的理论和应用价值。棉花纤维品质性状大多属于数量性状,受多基因控制，最终的表 现型是基因型和环境共同作用的结果,受环境条件影响很大。应用现代育种技术将海岛棉 控制优良性状的基因或片段向陆地棉转移,被视为快速改良陆地棉纤维品质的方法之一。
棉花隶属于被子植物中的锦葵目(Maｌｖales）、锦葵科(Mａｌvaceaｃ)、棉属(Goｓ sｙｐiｕm)。生产上种植的主要为四倍体的陆地棉(Ｇｏｓｓpium hiｒsｕtｕm L.)和海 岛棉(Gｏsｓypium barbａdeｎse L.),二者分别占世界棉花总产量的９0%和 8%［３－4］。遗 传连锁图谱构建是遗传学研究的一个重要领域,为人们进一步认识基因组组成、重要经济 性状基因定位和克隆奠定基础。1913 年Ｓturtevａnt 构建了第一张遗传连锁图谱。[５]由于 这些标记的数量有限，所以构建的图谱分辨率低、饱和度不高，应用有限。2０世纪 80 年代以后，DNA 分子标记技术的快速发展,大大加速了连锁图谱的构建工作，使得构建 密度高、覆盖面广的连锁图谱成为可。迄今为止主要作物如玉米、水稻、番茄等都以构 建了比较完善的遗传连锁图谱。与他们相比，棉花的遗传连锁图谱相对落后。其原因主 要有两方面：一是棉花的 DNＡ标记的多态性低;二是早期棉花分子生物学研究中存在一 系列的技术难关，尤其是棉花高质ＤNA 的快速提取。[6]Reiｎisch 等[7］199４年首次对四 倍体栽培棉种的 RFLP 图谱进行了报道，该图谱总长为 4675 cM,包含 70５个标记位点, 共定位在４1 个连锁群上。在此基础上，Ｓｈapｐｌey 等[８］ＨS46×ＭAR、HS46×PD53 ６3 的 F2 群体进行了 RFLP 分析,用不同的探针/酶组合建立了具有 10 个多态位点的 4 个 连锁群和３2 个多态位点的 5 个连锁群。Ｕlｌoa 等[9-10]陆地棉品种,进行品种间杂交所创 制的Ｆ2 群体,应用 RＦＬP 技术构建了包含 8１个ＲFLP 标记，１7 个连锁群，覆盖棉花 基因组 7０0.7 cM 的遗传连锁图谱。同时他们还利用四种陆地棉品种间杂交群体构建了 包含 284 个 RFＬP 标记,47 个连锁群，覆盖棉花基因组 1５０2．6 ｃＭ的分子遗传连锁 整合图谱。近期棉花遗传图谱研究进展尤为迅速,但仍存在很多问题。
农学
唐冰川
学生：
现把 2０1２-２013
学年，第 二
文安排下达给你，你本学期承担的毕业论文任务如下:
学期的毕业论
1、依据本任务书中论文题目、目的意义、可行性分析的内容完成开 题报告。
2、按照开题报告的要求按期完成毕业论文各项工作的实施。
3、完成毕业论文的撰写。
4、完成毕业论文的答辩。Biblioteka 请按相关要求完成毕业论文任务。