Семейное сопоставление QTL - Википедия - Family-based QTL mapping

Количественные признаки локусов отображение или QTL отображение это процесс идентификации участков генома, потенциально содержащих гены отвечает за важные экономические, медицинские или экологические показатели. Картирование QTL - это важный вид деятельности, который селекционеры растений и генетики обычно используют для связывания потенциальных причинных генов с интересующими фенотипами. Отображение QTL на основе семейства это вариант отображения QTL, в котором используются множественные семейства.

Родословная у человека и пшеницы

Родословная информация включает информацию о родословной. Ведение родословной - многовековая традиция. Родословные также можно проверить с помощью данных генных маркеров.

Сложная родословная растений пяти поколений, составленная с помощью Pedimap

В растениях

Метод обсуждался в контексте селекция растений населения.[1] Родословная ведется селекционерами растений, а селекция на основе родословной является популярной для некоторых видов растений. Родословные растений отличаются от родословных людей, в частности, потому, что растения являются гермафродитами - особь может быть мужчиной или женщиной, а спаривание может осуществляться в случайных комбинациях с циклами инбридинга. Также родословные растений могут содержать «я», то есть потомство, полученное в результате самоопыления растения.

Обозначение родословной

           СИМВОЛ ПРОСТОГО КРЕСТА Пример / крест первого порядка SON 64 / KLRE //, крест второго порядка IR 64 / KLRE // CIAN0 / 3 /, крест третьего порядка TOBS / 3 / SON 64 / KLRE // CIAN0 / 4 /, крест четвертого порядка TOBS / 3 / SON 64 / KLRE // CIAN0 / 4 / SEE / n /, крест n-го порядка СИМВОЛ НАЗАД КРЕСТА * nn количество раз, когда задний перекрестный родитель использовал символ простого креста слева, задний перекрестный родитель - женский, правая сторона - кобель, Пример: SEE / 3 * ANE, TOBS * 6 / CIAN0
Пример родословной Соналики (SONALIKA = = I53.388 / AN // YT54 / N10B / 3 / Lerma Rojo / 4 / B4946.A.4.18.2.IY / Y53 // 3 * Y50 нарисовано с помощью Pedimap

Идея картирования QTL на основе семьи исходит из наследования маркерных аллелей и его ассоциации с интересующим признаком.[1] продемонстрировал, как использовать семейные ассоциации в селекционных семьях.

Ограничение традиционных методов

Традиционные картографические популяции включают одну семью, состоящую из двух родителей или трех родителей, часто находящихся в дальнем родстве. Есть некоторые важные ограничения, связанные с традиционными методами картирования. Некоторые из них включают ограниченную частоту полиморфизма и отсутствие указаний на эффективность маркера в нескольких генетических фонах. Часто ко времени разработки и картирования популяции для картирования QTL селекционеры вводят новый QTL, используя традиционные методы селекции и селекции. Это может снизить полезность MAS (отбор с помощью маркеров) в программах разведения в то время, когда MAS может быть наиболее полезен (т.е. вскоре после определения новых QTL).[2] Картирование QTL на основе семейства устраняет это ограничение за счет использования существующих селекционных семейств растений.

Пример маркера сегрегации карты одной хромосомы в родословной небольшой семьи, $ представляет нулевые аллели

Общее исследование популяционного картирования

В целом, существует 3 класса планов исследований: планы исследований, в которых отбираются большие группы родственников из расширенных или нуклеарных семей, планы исследований, в которых выбираются пары родственников (например, пары братьев и сестер), или планы исследований, в которых выбираются неродственные люди. .

Несвязанные лица

Естественная совокупность особей (считающихся неродственными) с неизвестной родословной составляет картируемые популяции. Население на основе сопоставление ассоциаций методики основаны на этом типе популяций. В контексте растений такую ​​популяцию трудно найти, поскольку большинство особей так или иначе связаны между собой. Другой недостаток такого метода заключается в том, что даже если мы можем найти такую ​​популяцию, в такой ситуации трудно найти высокую частоту аллеля для интересующего аллеля (обычно мутантного). Для достижения баланса частоты аллелей, как правило, исследования методом случай-контроль.

Дизайн корпуса-контроля

Сибпары

Такой дизайн включает пару братьев и сестер из нескольких независимых семей. Члены в каждой родственной паре выбираются не случайно - часто оба брата и сестры выбираются из одного хвоста (верхнего или нижнего) распределения QT (согласованные братья и сестры), или один брат выбирается из верхнего хвоста, а другой брат выбирается из нижний хвост (несогласные братья и сестры). Другой план выборки может включать в себя пару братьев и сестер, одного из которых выбирают из верхнего или нижнего хвоста распределения, а другого выбирают случайным образом из оставшихся братьев и сестер.

Пример пары сестер

Трио

Трио включают родителей и одного потомка (наиболее пострадавшего). Трио чаще используются в ассоциативных исследованиях. Концепция сопоставления ассоциаций, согласно которой каждое трио не связано, однако трио связаны сами по себе.

Tios

Ядерная семья

Нуклеарная семья состоит из двух поколений простой семейной родословной.

Ядерная семья

Расширенные родословные

В расширенную родословную включают родословную нескольких поколений. Он может быть настолько глубоким или широким, насколько доступна информация о родословной. Расширенная родословная привлекательна для анализ на основе связей.

Пример расширенной родословной

Связь vs анализ ассоциаций

Анализ сцепления и ассоциации являются основными инструментами для открытия, локализации и функционального анализа генов.[3][4] Хотя концептуальная основа этих подходов известна давно, успехи последних десятилетий в молекулярная генетика, разработка эффективных алгоритмов и вычислительная мощность позволили широко применять эти методы. В то время как исследования сцепления стремятся идентифицировать локусы, косегрегированные с признаком внутри семьи, исследования ассоциаций стремятся идентифицировать конкретные варианты, которые связаны с фенотипом на уровне популяции. Это дополнительные методы, которые вместе предоставляют средства для исследования генома и описания этиологии сложные черты. В исследованиях сцепления мы стремимся идентифицировать локусы, которые совмещаются с определенной геномной областью, помеченной полиморфными маркерами, внутри семей. Напротив, в ассоциативных исследованиях мы ищем корреляцию между конкретными генетическими вариациями и вариациями признаков в выборке людей, подразумевая причинную роль варианта.

Анализ семейных связей

Генетическое сцепление - это явление, когда аллели в разных локусах сосегрегируют в семьях. Сила косегрегации измеряется долей рекомбинации θ, вероятностью нечетного числа рекомбинации. Более сложная родословная дает более высокую мощность. Идентичность по происхождению (IBD) матричная оценка является центральным компонентом при картировании локусов количественных признаков (QTL) с использованием моделей компонентов дисперсии. Аллели имеют личность по типу (IBT), когда они имеют одинаковый фенотипический эффект. Аллели, идентичные по типу, делятся на две группы; идентичные по происхождению (IBD), потому что они произошли от одного и того же аллеля в более раннем поколении; и те, которые не идентичны по происхождению (NIBD) или идентичны по состоянию (IBS), потому что они возникли в результате отдельных мутаций. Пары родитель-потомство имеют 50% общих генов ВЗК, а у монозиготных близнецов - 100% ВЗК. Что важно в анализе сцепления, так это наследование (или совместное наследование) аллелей в соседних локусах; следовательно; критически важно определить, идентичны ли аллели по происхождению (т. е. копии от одних и тех же родительских аллелей) или идентичны только по состоянию (т. е. выглядят одинаково, но происходят от двух разных копий аллелей). Таким образом, существует три категории анализа связей на основе семьи: строго смоделированная (традиционная модель оценки уровня готовности), слабо основанная на модели (методы компонентов дисперсии) или свободная от модели. Методы компонента дисперсии можно рассматривать как гибриды.

Концепция IBD

Анализ семейных ассоциаций

Нарушение равновесия сцепления (LD) и ассоциативному картированию уделяется значительное внимание в растениях. генетика community за его потенциал в использовании существующих коллекций генетических ресурсов для точного картирования локусов количественных признаков (QTL), проверки генов-кандидатов и выявления представляющих интерес аллелей (Yu and Buckler, 2006). К трем элементам, имеющим особое значение для картирования ассоциаций или интерпретации результатов, относятся:

  1. анализ структуры населения по подгруппам,
  2. его использование для контроля ложных ассоциаций и последствий в конкретном случае дифференциального отбора среди подгрупп, и
  3. анализ локальной структуры ЛД в гаплотипы и его последствия для разрешения и применения картирования LD (Flint-Garcia et al. 2003).

В отличие от популяционных ассоциаций, тесты на семейные ассоциации становятся все более популярными.

В последние годы широкую популярность приобрел семейный тест Tran-Disquilibirum (TDT).[нужна цитата ] этот метод также фокусируется на аллелях, передаваемых для воздействия на потомство, но он сформулирован с учетом как сцепления, так и неравновесия, лежащих в основе ассоциации. Для теста требуется информация о генотипе троих индивидуумов, а именно пораженного ребенка и обоих биологических родителей; и по крайней мере один родитель должен быть гетерозиготным, чтобы тест был информативным. Предлагаемая статистика теста на самом деле Статистика хи-квадрат Макнемара и проверяет нулевую гипотезу о том, что предполагаемый аллель, ассоциированный с заболеванием, передается в 50% случаев от гетерогиготных родителей, против альтернативной гипотезы, что аллель, ассоциированный с положительным по признаку аллелем, будет передаваться чаще. На TDT не влияет стратификация и смешение популяции. Концепция семейного теста ассоциации была расширена до количественных признаков.

Фундаментальный принцип теста трансмиссионного неравновесия в трио

Количественный тест на неравновесие передачи (QTDT)

TDT был расширен в контексте количественных признаков и нуклеарных или расширенных племенных семейств. Обобщенный тест позволяет использовать в тестировании любые типы семейств. QTDT также был расширен для сопоставления ассоциаций на основе гаплотипов. Гаплотипы относятся к комбинациям маркерных аллелей, которые расположены близко друг к другу на одной хромосоме и которые, как правило, наследуются вместе. При наличии производителей SNP с высокой плотностью гаплотипы играют важную роль в ассоциативных исследованиях. Во-первых, гаплотипы имеют решающее значение для понимания паттерна LD в геноме, что важно для ассоциативных исследований. На самом деле нет лучшего способа понять паттерн LD, чем знать сами гаплотипы. Гаплотипы говорят нам, как аллели организованы вдоль хромосомы, и отражают образец наследования, а не оценки. Во-вторых, методы, основанные на гаплотипах, могут быть более мощными, чем методы, основанные на отдельных маркерах, в ассоциативных исследованиях картирования сложных генов признаков.

Составление семейных родословных

Существует несколько программ для рисования родословных, доступных для генетического контекста человека, таких как COPE (среда совместного рисования родословных), CYRILLIC, FTM (средство создания семейного древа), FTREE, KINDRED, PED (программа для рисования PEdigree), PEDHUNTER, PEDIGRAPH, PEDIGREE / DRAW, PEDIGREE. -VISUALIZER, PEDPLOT, PEDRAW / WPEDRAW (Чертеж родословной / Рисунок родословной в окне (версия PEDRAW для MS-Window и X-Window)), PROGENY (Progeny Software, LLC) и т. Д. Однако для рисования родословной на растениях требуются некоторые дополнительные функции, такие как инбридинг, самоопыление, мутации, полиплоидия и т. д., которые поддерживаются в Педимап. Pedimap можно использовать для визуализации родословных вместе с данными фенотипических, генотипических и вероятностей ibd для каждого типа родословных растений как диплоидов, так и тетраплоидов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Rosyara, U.R .; Gonzalez-Hernandez, J. L .; Гловер, К. Д .; Gedye, K. R .; Штейн, Дж. М. (2009). «Семейное картирование локусов количественных признаков в селекционных популяциях растений с устойчивостью к фузариозу пшеницы в качестве иллюстрации». Теоретическая и прикладная генетика. 118 (8): 1617–1631. Дои:10.1007 / s00122-009-1010-9. PMID  19322557.
  2. ^ Бивис В.Д. (1998) «QTL-анализ: мощность, точность и достоверность». В: Патерсон А.Х. (ред.) Молекулярный анализ сложных признаков. CRC Press, Бока Ратон, стр 145–161
  3. ^ Lander, E. S .; Грин, П. (1987). «Построение мультилокусных карт генетического сцепления у людей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 84 (8): 2363–2367. Дои:10.1073 / pnas.84.8.2363. ЧВК  304651. PMID  3470801.
  4. ^ Glazier AM, Nadeau JH, Aitman TJ (2002) «Поиск генов, лежащих в основе сложных черт». Наука 298:2345–2349
  • Ю. Дж., Баклер Э. С. (2006) "Картирование генетических ассоциаций и организация генома кукурузы". Curr Opin Biotechnol 17:155–160
  • Флинт-Гарсия С., Торнсберри Дж. М., Баклер ESIV (2003) "Структура неравновесия по сцеплению у растений". Анну Рев Завод Биол 54:357–374