SNP在動植物遺傳育種中的研究解決方案

發(fā)稿時間：2016-05-12來源：天昊生物

      SNP是指在基因組上單個核苷酸的變異，SNP最重要的特點是數(shù)量很多，分布廣泛，此外它還具有雜合率低、遺傳穩(wěn)定性好，便于高通量自動化監(jiān)測分析等特點，因此SNP標記可作為目標性狀相關位點定位（遺傳圖譜，QTL定位，GWAS）、分子育種 （基因組選擇育種，分子標記輔助育種）、群體進化（選擇信號分析）等研究的工具。  

1. 1.    目標性狀相關位點定位---QTL定位

       QTL，又稱數(shù)量性狀座位，一個QTL指在基因組中占據(jù)一定染色體區(qū)域，控制同一性狀的一組微效多基因的集合或單個基因。但是目前的研究中大部分將QTL理解為單個基因（或主效基因）。 QTL的實質(zhì)是通過分析整個染色體組的遺傳標記和數(shù)量性狀表型值的關系，將一個或多個QTL定位到位于同一染色體的遺傳標記旁。目前，基于全基因組重測序的混池測序方法可以對質(zhì)量性狀單基因和數(shù)量性狀主效基因進行快速定位。

QTL定位的傳統(tǒng)研究路線
基于高通量測序的QTL定位研究路線  

1. 2.    目標性狀相關位點定位---候選基因或位點關聯(lián)分析

       關聯(lián)分析，亦稱作連鎖不平衡作圖，這種方法主要基于兩個位點間等位基因的非隨機共分離現(xiàn)象，利用群體內(nèi)的原始重組和自然變異來研究數(shù)量性狀。與基于兩個親本雜交形成的作圖群體的QTL定位相比，關聯(lián)分析側(cè)重于研究個體之間彼此并無關系的自然群體，因此比連鎖分析具有更高的作圖精度，可以直接找到目標基因變異，因而被廣泛應用于復雜數(shù)量性狀的遺傳分析。關聯(lián)分析可以分為全基因組關聯(lián)分析和候選基因或位點關聯(lián)分析，其中候選基因或位點關聯(lián)分析是對性狀相關調(diào)節(jié)通路關鍵酶基因或位點進行分子標記的關聯(lián)分析研究。通過關聯(lián)分析發(fā)掘的功能型分子標記可應用于分子遺傳育種中的分子標記輔助選擇（MAS）。

候選基因或位點關聯(lián)分析的研究路線

1. 3.    目標性狀相關位點定位---全基因組關聯(lián)分析

       全基因組關聯(lián)分析（GWAS）是對遺傳多樣性豐富的自然群體的每個個體進行全基因組重測序或者全基因芯片掃描，結(jié)合表型數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)模型進行全基因組關聯(lián)分析，從而獲得目標性狀關聯(lián)位點或者候選基因。目前GWAS已經(jīng)成為動植物多個復雜性狀同時進行精細定位的有力工具，在全基因組范圍內(nèi)篩選有可能會與農(nóng)藝性狀（株高、分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等）和經(jīng)濟性狀（肉質(zhì)、產(chǎn)奶量、產(chǎn)蛋量、產(chǎn)肉量等）相關的變異位點，能夠為下一步基因的功能研究、標記輔助選擇等工作提供分子理論依，同時為進一步培育優(yōu)質(zhì)的品系積累分子資料。

GWAS定位的研究路線

1. 4.    分子育種—分子標記輔助

       傳統(tǒng)育種首先是通過各種途徑創(chuàng)造遺傳變異，然后從分離群體的后代中進行優(yōu)化選擇和評價。因此傳統(tǒng)育種選擇是建立在植株的表型基礎上，這就要求育種工作者必須有豐富的實踐經(jīng)驗。分子標記輔助選擇（MAS) 不直接利用性狀本身信息，而是利用分子標記與決定目標性狀基因緊密連鎖的特點，通過檢測分子標記，即可檢測到目的基因的存在，達到選擇目標性狀的目的，具有快速、準確、不受環(huán)境影響的優(yōu)點，從而加快育種速度，節(jié)省田間試驗開支，對于低遺傳力性狀和難以測量的性狀具有更大的優(yōu)勢?？蓱糜谀繕诵誀畹姆肿訕擞涊o助選擇和分子標記輔助回交。

1. 1.    目標性狀的分子標記輔助選擇

       利用與目標性狀緊密連鎖的SNP標記對育種后代的分離群體進行選擇，例如一個分子標記的等位基因X與小麥白葉枯病抗病性緊密連鎖，等位基因Y與感病性連鎖，如果育種后代個體檢測到等位基因X，則這個個體可能對小麥白葉枯病產(chǎn)生抗病性。

1. 2.    分子標記輔助回交

       標記輔助回交又稱標記輔助導入，即將與目標性狀相關聯(lián)的基因從供體材料導入到受體育種材料最有效的技術路徑，適用于自交系或品種的性狀改良； 不但可以對導入片段進行選擇，又可加速輪回親本基因組的恢復即背景選擇，即依靠標記對后代個體進行全基因組選擇，加速育種進程，提高選擇效率。

分子標記輔助的研究路線

1. 5.    分子育種—基因組選擇

       分子標記輔助只關注主效基因帶來的變異，而小效應累加起來所帶來的變異卻被忽視了，為了捕獲構(gòu)成表型的所有遺傳變異，需要在基因組水平上檢測影響目標性狀的所有QTL 并對其加以利用，這就是全基因組選擇（GS）。基因組選擇是利用具有表型和基因型的個體來預測只具有基因型不具有表型值動物的基因組育種值（GEBV），育種值高，該個體所含的優(yōu)良基因可遺傳的物質(zhì)就多，產(chǎn)生優(yōu)良后代的可能性越高?；蚪M選擇優(yōu)勢是它能夠在得到動物剛出生時即對其進行育種值評估，因此利用基因組選擇可以縮短世代間隔，從而加快遺傳進展并且降低經(jīng)濟投入。
全基因組選擇主要利用的是連鎖不平衡信息，即假設每個標記與其相鄰的QTL 處于連鎖不平衡狀態(tài)，因而利用標記估計的染色體片段效應在不同世代中是相同的。由此可見，標記的密度必須足夠高，以確保控制目標性狀的所有的QTL 與標記處于連鎖不平衡狀態(tài)。 另外遺傳力高低，表型記錄個體數(shù) ，參考群體與候選群體間的關系 以及參考群體內(nèi)的親緣關系都會影響基因組選擇的準確度。

基因組選擇的研究路線  

1. 6.    群體進化—選擇信號分析

       選擇即是在世代的傳遞過程中，因為自然選擇，人工馴化等因素會使某種基因型個體的比例發(fā)生變化的群體遺傳學現(xiàn)象。在選擇的作用下，群體有利等位基因頻率則會在短時間內(nèi)達到一個較高的值，同時選擇作用下的連鎖不平衡會造成選擇位點附近的中性位點的基因頻率隨之增加形成長范圍的單倍型純合，群體遺傳學中，將這種由選擇作用造成的部分染色體片段的多態(tài)性降低稱為選擇性掃除，與選擇相對應的基因組信息被稱為“選擇信號”，選擇性掃除是選擇在基因組上留下的明顯特征，一般表現(xiàn)為基因的純合以及某些位點或 DNA 片段多態(tài)的降低。研究人工選擇不僅能夠探究影響品種多樣性的潛在遺傳機制，而且還能精細定位部分受到選擇且與質(zhì)量性狀相關的功能基因或者與重要經(jīng)濟性狀相關的主效基因，這是因為選擇信號潛在區(qū)域多與性狀相關的重要候選基因重疊，因此基因組選擇信號的檢測對研究物種馴化過程和開展育種規(guī)劃具有非常重要的現(xiàn)實意義。

選擇信號分析的研究路線  

1. 7.    品種資源鑒定—DNA條形碼鑒定

       DNA 條形碼技術(DNA barcoding)是利用有足夠變異的、 易擴增且相對較短的 DNA 片段自身在物種種內(nèi)的特異性和種間的多樣性而創(chuàng)建的一種新的生物身份識別系統(tǒng)，它可以不受形態(tài)特征和生物個體發(fā)育時期的限制，能夠?qū)ξ锓N進行快速的鑒定，DNA 條形碼在物種鑒定與分類、種群遺傳、快速查驗有害生物及入侵種、發(fā)現(xiàn)新物種和保護生物多樣性、瀕危物種保護等研究領域具有廣泛的應用前景。在動物中COI基因常被用作DNA條形碼，在植物中3個質(zhì)體基因 (rbcL, matK和 trnH-psbA) 以及核糖體基因 (ITS) 常被用作DNA條形碼，但是一般會根據(jù)所研究的物種選擇最合適的DNA條形碼組合，因為這些常用的DNA條形碼也有PCR擴增率低，引物通用性差等問題。

DNA條形碼鑒定的研究路線
   
       天昊生物提供多種創(chuàng)新的SNP檢測方法，涵蓋了從低通量、中等通量到高通量的完整SNP分型平臺，客戶可根據(jù)實驗項目的樣本和分子標記規(guī)模選擇最優(yōu)的SNP檢測技術。