遗传图谱中各种作图群体介绍

基因定位在动植物研究中非常重要,利用遗传图谱很多科学家定位了重要作物的重要农艺性状,例如克隆水稻分蘖基因 MOC1 的李家洋院士团队,克隆了水稻粒重基因 GW2 的林鸿宣院士团队……,还有数以...

基因定位在动植物研究中非常重要,利用遗传图谱很多科学家定位了重要作物的重要农艺性状,例如克隆水稻分蘖基因 MOC1 的李家洋院士团队,克隆了水稻粒重基因 GW2 的林鸿宣院士团队……,还有数以千计的硕博论文。基因定位的传统方法是使用人工分离群体进行QTL定位,我们在本文中重温一下分离群体(作图群体)的一些概念。

作图群体

作图群体(Mapping population)是指population used for mapping the genes, 用于绘制基因图谱(或用来定位基因)的群体。作图群体是进行QTL(quantitative trait locus)定位的基础。

作图群体有很多类型,今天给大家介绍最常用的几种群体,不同群体的构建时间和定位精度不同。

对于纯合亲本:

  • 回交群体(Back cross,BC),

  • 杂交群体(Intercross,F2群体),

  • 加倍单倍体 (DH, doubled haploids) 群体,

  • 重组自交系(Recombinant inbred lines, RILs)


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杂合亲本:

  • F1群体,异花授粉(CP,cross-pollinating):


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各个群体构建过程介绍

F2群体

第一步,亲本P1和P2杂交产生F1代。第二步,对于植物,可以使用同株植物自交生成F2代,对于动物,可用两个雌雄F1交配产生F2群体。对于任意位点,三种基因型AA, AB, BB的分离比为1:2:1。

RIL群体

在F2群体的基础上,进行同胞交配或单粒传。对动物或异交植物来说,将F2个体进行同胞交配,每个同胞交配产生一个F3子群体,从F3子群体中选择两个同胞进行交配,如此进行下去。对自交植物来说,每个F2自成一个家系,单株自交产生F3,从来自同一个F2的F3个体中选择一个单株,再自交,产生F4,即单粒传。多代自交,产生Fn群体。最终形成自交系内纯合,自交系间基因型各异,这些家系就构成了重组自交系群体。

Double Haploids (DH)群体

将F1代的花粉组织培养,经过人工诱导染色体加倍,形成的群体称为双单倍体群体。另一种产生单倍体的方法是wide crossing(远交),例如在大麦中,单倍体可以通过大麦和Hordeum bulbosum的杂交产生。在种子发育的早期阶段,H.bulbosum的染色体会被清除,产生了单倍体的胚。

BC群体

BC群体,亲本P1和P2的同源染色体(此处以常染色体为例)分别用蓝色和黄色表示。第一步是将两者杂交,产生F1代。F1代携带了来自亲本P2的蓝色染色体和亲本P1的黄色染色体。理论上F1代各个体的基因型完全相同,因此不会出现性状分离。第二步是将F1与两亲本之一进行杂交,此处选择亲本P2,生成BC群体。BC群体的个体继承了来自亲本P2的蓝色染色体和F1的染色体。来自F1的染色体可能是蓝色也可能是黄色,但大部分情况是两种颜色的嵌合体。在减数分裂的四分体时期,同源染色体会发生交叉互换,所以杂合子F1的配子的染色体成为黄色与蓝色染色体的组合(mosaic,马赛克,嵌合体)。由于交叉互换位置的随机性,导致BC群体各个体的基因型是不同的,进而在性状上产生差异。在BC群体的任何基因座上,纯合子和杂合子的比例为1:1。

观察与重组

困扰我多年的问题是,CP群体(通常指F1)为啥可以做图,这是因为通常我们使用的自花授粉植物的亲本是纯合的,因此在产生配子的时候即使发生了交换我们在F1中无法观察到,而异花授粉的植物(CP群体)亲本本身就是高度杂合,因此可以在F1中观察到重组的配子。如下图杂合亲本非姊妹染色单体在联会时发生交换,如果纯合大家想象一下下图都换成蓝色/或者黄色大家就明白了;


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参考文献
Arrones, A.; Vilanova, S.; Plazas, M.; Mangino, G.; Pascual, L.; Díez, M.J.; Prohens, J.; Gramazio, P. The Dawn of the Age of Multi-Parent MAGIC Populations in Plant Breeding: Novel Powerful Next-Generation Resources for Genetic Analysis and Selection of Recombinant Elite Material. Biology 2020, 9, 229. https://doi.org/10.3390/biology9080229

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  • 发表于 2024-03-14 18:05
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  • 分类:遗传图

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