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爱基百客合作文章强势来袭-花生SSR分子标记

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爱基百客合作文章强势来袭-花生SSR分子标记

发布日期:2018-07-27 作者: 点击:

          戏言道:自古深情留不住,总是套路得人心。在当代社会,一些小的套路的应用,会让你在社交与生活中显得更加从容淡定、游刃有余。而对于科学研究,纵然是需要我们仰望星空,大开脑洞、敏锐的观察到特殊现象,集思广益对其进行分析解读,但脚踏实地以特有的“套路”完成一项基础研究也是科研必备手段。本次就以2017年发表于Frontiers in Plant Science的一篇关于利用SSR分子标记关联分析花生籽粒相关性状的文章《Genetic Variation and Association Mapping of Seed-Related Traits in Cultivated Peanut (Arachis hypogaea L.) Using Single-Locus Simple Sequence Repeat Markers》为例,浅谈关于关联分析的“套路”。

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          什么是关联分析?关联分析(Association Mapping)也叫做连锁不平衡(LD)作图,是基于连锁不平衡来评价某一特定群体中的特定的性状和遗传标记或者候选基因之间的关系,早期应用于探究人类疾病,随后在动植物的复杂性状的遗传研究中得到广泛应用。关联分析的原理在于分子标记紧邻某一功能位点,标记能够和功能位点一起遗传给后代,换句话说,功能位点与标记之间难以发生重组,经过多代以后,某一功能位点紧挨相同标记。关联分析的基础在于连锁不平衡(LD)。LD即不同基因座位上的等位基因存在的非随机组合,当位于某个座位上特异的等位基因与同一染色体上、其他座位上的特异等位基因同时出现的概率大于该群体中两个等位基因随机出现在一起的概率时,这两个基因座位就处于连锁不平衡状态。连锁不平衡统计的是实际检测到的单倍型频率与单倍型频率的期望值之间的差异D。计算公式为:

D=PAB-PAPB

          PAB是指配子AB出现的频率,PA、PB分别代表等位基因A、B的频率。当D=0时,两个基因座位间处于连锁平衡的状态;而当D<或>0时,两个基因座位则处于连锁不平衡状态。有多种度量方法来衡量连锁不平衡的水平,而通常使用的是D’ ( standardized disequilibrium coefficients)和r2(squared allele-frequency correlations)这两种,其均以D值为基础,取值范围都从0(完全连锁平衡)至1(完全连锁不平衡),但是这两者方法所代表的含义有所不同。D'是D与D(当D>0时)的大可能值(当D < 0时,则是小可能值)之间的比值,这种度量方法与频率无关。r2 等于D’与两个基因座位的各个等位基因频率乘积之间的比值,这种度量与频率相关。r2 = 1时说明两个基因座位没有被重组分开且等位基因有相同的频率,同一群体中仅出现两种单倍型类型。此时已知一个座位就能提供另一个作为的全部遗传变异信息。

        关联分析一般包括6个步骤:群体构建、群体结构和亲缘关系的估测、特定性状的表型鉴定、基因型鉴定、表型和基因型关联、关联结果分析。大概流程如下图所示:

基因表达调控

          既然关联分析的套路步骤已经有了,那我们回到文章,看看作者套路应用如何。

          首先作者构建了一个“99+5”的“mini-mini” 核心花生群体,即99个中国的种质加上5个外来的品种。为什么叫做“mini-mini”呢,是因为作者其实在以前的研究中已经成功构建mini核心群体,但是一方面作者想要定位到更多的分子标记另一方面想要在环境因素可控的情况下鉴定更多的数量性状,所以在含298个种质的mini核心群体中重新筛选得到含104个种质的“mini-mini” 核心群体。随后实验也证明,该群体相较于mini核心群体以及其他研究中构建的群体在随后分析中具有较大优势。

          随后作者对构建的mini-mini核心群体进行了群体结果和亲缘关系分析。在已有的文章中报道的4485个SSR分子标记中,作者挑选554个标记对群体结构进行分析。结果如图,可以发现当K值从2增长到3时,,LnP(D)显著增大,且在K为3时,ΔK到达顶峰,所以将群体分为三个亚群。

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          并对不同群体中的亲缘关系进行了分析(结果下图)。

基因表达调控

          LD作为关联分析的基础,影响整个研究结果,作者对整个群体的LD进行了分析(结果如下表)。作者发现,关联的标记之间的r2相较于不关联的标记更大一些。

基因表达调控

          LD衰减速度,在群体遗传分析中本身是对群体特性的评估,与群体类型的特性(自然

群体还是驯化群体,选择强度大小)是相关的。其研究对于整个群体和物种具有重要的意义。作者也对整个花生群体的LD衰减进行了研究,以r2=0.27为基线水准,得到LD衰减为1cM。且B亚基因衰减速度较A更快。

基因表达定量

          关联分析中重要的在于遗传多样性和表型多样性的鉴定。在遗传多样性鉴定方面,554个SSR分子标记鉴定到了1950个等位基因,平均每个位点3.5个等位基因。每个标记的PIC为0.47。每个群体的遗传多样性差异也较大。结果如下表。

基因表达定量

          而在种子的相关形状方面,作者选取了籽粒长度 (SL),籽粒宽度 (SW), 籽粒长宽比(SL/W) 和百粒重(HSW)四个指标进行研究,并且在武汉2012、2013、2014、以及南充2013、2014五个环境条件下生长以及性状调查。结果如下:

RNA-seq

          有趣的是作者对四个性状进行了分析(结果如下图),发现SL、SW、SL/W与HSW极相关(r = 0.88, 0.90, 0.33, P < 0.01),说明百粒重受粒长、粒宽、长宽比调控。SL与SW正相关,预示着两者可能由同一基因调控。

全基因组甲基化测序

     作者对表型和基因型进行关联,得到了30个表型相关标记(Marker-Trait Associations, MTAs),并对其进行了解读,可以发现对不同表型的贡献在11.22--32.30%之间。AHGA44686标记与粒长与百粒重都上都有所关联。有利等位基因的鉴定对于整个基因的探究以及后续的育种工作都具有重要的意义。

WGBS

          至此整篇文章完成了关于花生籽粒相关性状的关联分析。其出色的完成了关联分析中每个重要的环节的探究。“套路”运用满分。但是不可否认,作者在其中,无论是对于整个群体的构建以及SSR分子标记的选择,依然十分具有创新和突破意义。在套路之中也不乏闪光点的存在,使文章脉络清晰且具有吸引力,是个不可多得的关联分析优秀文章。

          武汉爱基百客生物科技有限公司致力于SSR分子标记服务,绝不套路,脚踏实地为您提供优质的SSR分子标记服务。

(武汉爱基百客原创,转载请注明出处)


本文网址:http://www.igenebook.com/news/367.html

关键词:表观组学技术服务,基因表达定量,基因表达调控

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