關(guān)聯(lián)分析在植物遺傳學(xué)中的應(yīng)用

王云云（黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江 大慶 163319）

關(guān)聯(lián)分析在植物遺傳學(xué)中的應(yīng)用

王云云
（黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江 大慶 163319）

近年來(lái)，關(guān)聯(lián)分析作為一種分析方法，在植物數(shù)量性狀關(guān)聯(lián)作圖、功能基因鑒定和植物育種中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了關(guān)聯(lián)分析的原理、特點(diǎn)、基本策略及在植物遺傳學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)聯(lián)分析；連鎖不平衡；數(shù)量性狀

關(guān)聯(lián)分析，亦稱(chēng)連鎖不平衡作圖或關(guān)聯(lián)作圖，是研究復(fù)雜數(shù)量性狀的遺傳學(xué)方法，以連鎖不平衡（LD）為基礎(chǔ)，鑒定某一群體內(nèi)目標(biāo)性狀與遺傳標(biāo)記或候選基因關(guān)系的分析方法，與QTL定位不同，不需要構(gòu)建作圖群體，就可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)性狀的分析。

1　關(guān)聯(lián)分析的原理和特點(diǎn)

關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)是連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD），亦稱(chēng)為配子相不平衡（gametic phasedisequilibrium）、 配 子 不 平 衡（gametic disequilibrium）或等位基因關(guān)聯(lián)（allelic association），是指群體內(nèi)不同座位等位基因 （可以是標(biāo)記亦可是基因/QTL間與標(biāo)記）間的非隨機(jī)關(guān)聯(lián)［1］。特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：第一，以自然群體為材料，無(wú)須構(gòu)建作圖群體，極大減少了基因定位周期。第二，通過(guò)統(tǒng)計(jì)群體的多個(gè)性狀信息和基因組信息，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)基因定位，而連鎖作圖只能定位一對(duì)相對(duì)性狀。第三，關(guān)聯(lián)分析作圖群體的群體結(jié)構(gòu)具備豐富的遺傳多樣性、有代表性，這樣定位精度和有效性才能得到保障，避免假陽(yáng)性，同時(shí)可以采用去除假陽(yáng)性的方法，提高作圖的準(zhǔn)確性［2］。

2　關(guān)聯(lián)分析的應(yīng)用

2.1關(guān)聯(lián)分析與植物QTL定位的研究

關(guān)聯(lián)分析在植物QTL定位研究中應(yīng)用最多，先后有20余種植物進(jìn)行了產(chǎn)量和質(zhì)量性狀與QTL的關(guān)聯(lián)分析研究，主要有玉米、甜菜、擬南芥、高粱、小麥［3-6］、冬小麥、大麥、馬鈴薯、大豆［7-8］、小豆［8］、芝麻［9］、香菇、水稻［10］、火炬松、甘蔗、桉樹(shù)、燕麥草、珍珠栗、亞麻、西瓜［11］、菊花和繡線菊等［12-14］。2011年，郝德榮等對(duì)大豆基因組中控制大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的功能基因/QTL進(jìn)行了研究，將連鎖作圖同關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合，成功檢測(cè)到40個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與產(chǎn)量相關(guān)性狀顯著關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步增加了大豆基因圖譜的精度［15］；賴(lài)勇［16］利用SSR標(biāo)記分析了113份大麥親本材料的遺傳多樣性及群體遺傳結(jié)構(gòu)，共找到了15個(gè)分別與株高、穗長(zhǎng)、芒長(zhǎng)、穗粒數(shù)和小穗著生密度相關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記，同時(shí)將這些標(biāo)記定位于相應(yīng)的染色體上。關(guān)聯(lián)分析在花卉等觀賞性植物中研究應(yīng)用較少，2012年，李仁偉等在菊花品種表型性狀與SRAP分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析中，利用篩選出的19對(duì)SRAP引物對(duì)58個(gè)典型大菊品種進(jìn)行多位點(diǎn)掃描分析，獲得了18個(gè)菊花重要表型性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有6個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與5個(gè)性狀關(guān)聯(lián)［17］。在野生香菇數(shù)量性狀與SSR分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析的研究中，選擇全國(guó)14個(gè)省份的香菇93個(gè)野生菌株和1個(gè)栽培菌株為研究群體，利用34對(duì)SSR分子標(biāo)記，對(duì)香菇13個(gè)數(shù)量性狀與SSR分子標(biāo)記進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析研究，得到了主要數(shù)量性狀相關(guān)的標(biāo)記，同時(shí)對(duì)野生香菇的遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析［18］。在水稻關(guān)聯(lián)定位群體的構(gòu)建及若干品質(zhì)性狀的管理分析研究中，以粕粳交窄葉青8號(hào)/京系17的加倍單倍體 （DH）群體及其分子圖譜，對(duì)稻米顏色參數(shù)、多酚、類(lèi)黃酮含量及抗氧化能力性狀進(jìn)行了QTL定位分析，總共檢測(cè)出12個(gè)主效QTL并定位到具體的染色體［19］。在水稻苗期稻瘟病抗性的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究中，共檢測(cè)到126個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn)。在秈稻群體內(nèi)共檢測(cè)到51個(gè)與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)；在粳稻群體內(nèi)共檢測(cè)到5個(gè)與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)；在總樣本中共檢測(cè)到72個(gè)與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)，同時(shí)證實(shí)了全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）能夠作為一種高效率挖掘抗性候選基因的方法［20］。

2.2關(guān)聯(lián)分析與基因功能的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證

關(guān)聯(lián)分析中候選基因法相對(duì)全基因組分析所需的工作量小、標(biāo)記數(shù)量較少、成本低，可對(duì)目的基因進(jìn)行功能鑒定，是植物遺傳學(xué)中基因功能鑒定的常用方法。2004年，Wilson［21］等應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)玉米籽粒淀粉代謝途徑中6個(gè)關(guān)鍵酶基因和代謝產(chǎn)物的關(guān)聯(lián)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了4個(gè)基因和籽粒成分及淀粉糊化特性顯著相關(guān)。2008年，Harjes［22］等研究了玉米微生物A的代謝相關(guān)功能基因的開(kāi)發(fā)，發(fā)現(xiàn)了4個(gè)影響胡蘿卜素含量的多態(tài)性位點(diǎn)，豐富了關(guān)聯(lián)分析在植物領(lǐng)域的應(yīng)用。我國(guó)關(guān)聯(lián)分析在功能基因的開(kāi)發(fā)方面，現(xiàn)已在小麥［23］、大豆［24］、玉米［25］、水稻［26］中均有研究。在大豆產(chǎn)量性狀的關(guān)聯(lián)分析中，證明了赤霉素代謝途徑和相關(guān)代謝的變化能夠引起大豆百粒重和產(chǎn)量的變化，并研究了相關(guān)分子機(jī)制［15］。在水稻關(guān)聯(lián)定位群體構(gòu)建和水稻品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)分析研究中，金亮等人將稻米顏色參數(shù)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)性狀與控制種皮顏色的Rc、Ra基因，香味基因、淀粉主效基因位點(diǎn)及100個(gè)SSR標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析研究，結(jié)果證明，Ra、Rc基因是顏色性狀的主效基因［19］。在玉米再生候選基因ZmLEC1與胚性愈傷組織形成能力關(guān)聯(lián)分析研究中，對(duì)ZmLEC1基因的多態(tài)性位點(diǎn)與表型性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)4個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)與胚性愈傷形成能力存在顯著關(guān)聯(lián)［27］。在西瓜核心種質(zhì)枯萎病抗性與SRAP分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析研究中，發(fā)現(xiàn)有1個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與枯萎病抗性顯著關(guān)聯(lián)（P＜0.01），該位點(diǎn)對(duì)表型性狀的解釋率為0.2035，同時(shí)研究表明：SRAP標(biāo)記可以實(shí)現(xiàn)西瓜種質(zhì)資源進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)的有效劃分，并且可以應(yīng)用作為關(guān)聯(lián)分析的分子標(biāo)記。

2.3關(guān)聯(lián)分析與功能性標(biāo)記的開(kāi)發(fā)

功能標(biāo)記是指根據(jù)引起性狀變異基因的功能區(qū)的基因序列多態(tài)性，開(kāi)發(fā)出來(lái)的多態(tài)性標(biāo)記。功能標(biāo)記的開(kāi)發(fā)策略主要有：功能基因的確定、獲取等位基因序列信息、多態(tài)性功能區(qū)域的確定，從而開(kāi)發(fā)多態(tài)性分子標(biāo)記［28-29］。而關(guān)聯(lián)分析方法則是應(yīng)用于分析功能基因的多態(tài)性標(biāo)記和基因功能高效的方法。應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析開(kāi)發(fā)功能標(biāo)記的開(kāi)發(fā)需要滿(mǎn)足2個(gè)條件：首先，確定功能標(biāo)記開(kāi)發(fā)的群體，克隆已知候選基因或功能基因，獲得等位基因序列信息。其次，通過(guò)統(tǒng)計(jì)基因相符應(yīng)的表型性狀數(shù)據(jù)，獲得準(zhǔn)確的群體表型數(shù)據(jù)，將二者結(jié)合，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析［30-31］。最近，在水稻抗稻瘟病基因Pi35功能性分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用中［32］，通過(guò)比對(duì)抗、感品種中Pi35等位基因序列，發(fā)現(xiàn)一個(gè)能檢測(cè)抗、感病性差異的特異SNP（3780 T），并據(jù)此開(kāi)發(fā)了Pi35基因的功能性分子標(biāo)記Pi35-dCAPS，為高效利用Pi35基因進(jìn)行過(guò)水稻品種的改良和稻瘟病抗性研究奠定了基礎(chǔ)。在小麥轉(zhuǎn)錄因子基因W16的功能標(biāo)記作圖和關(guān)聯(lián)分析研究中，開(kāi)發(fā)小麥DREB轉(zhuǎn)錄因子基因W16的功能標(biāo)記，確定了W16所在的染色體位置，鑒定出HapⅡ?yàn)樵黾訂沃晁霐?shù)和籽粒飽滿(mǎn)度的優(yōu)良單倍型，HapⅢ為提高穗粒數(shù)的優(yōu)良單倍型，該基因的功能標(biāo)記和關(guān)聯(lián)分析結(jié)果為小麥分子育種提供了重要信息［33］。在水稻品質(zhì)性狀功能標(biāo)記開(kāi)發(fā)研究中，開(kāi)發(fā)出6個(gè)分別同表觀直鏈淀粉含量（AAC）、淀粉黏滯性（HPv、CPv、BD和SB）、凝膠硬度（HD）、成糊溫度（PT）顯著相關(guān)的重要位點(diǎn)，對(duì)于改良稻米淀粉品質(zhì)、縮短育種年限具有十分重要的意義［19］。宿振起在小麥粒重基因TaGW2的克隆、標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及功能驗(yàn)證研究中，根據(jù)TaGW2-6A等位基因在啟動(dòng)子區(qū)的序列差異，開(kāi)發(fā)了1個(gè)CAPS標(biāo)記，該標(biāo)記是以SNP-593為差異為位點(diǎn)、以TaqI內(nèi)切酶為工具［34］。在小麥TaSnRK2.10基因的克隆、標(biāo)記開(kāi)發(fā)和功能分析研究中，發(fā)現(xiàn)在TaSnRK2.10-4A中存在3個(gè)SNP和1個(gè)InDel變異位點(diǎn)，根據(jù)TaSnRK2.10-4A序列的SNP開(kāi)發(fā)了1個(gè)CAPS功能標(biāo)記［35］。利用功能性分子標(biāo)記可以進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇和植物品種鑒定，對(duì)加快育種世代選擇、縮短育種年限、保護(hù)植物知識(shí)產(chǎn)權(quán)具有重要意義。

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Application of correlation analysis in plant genetics

WANGYun-yun
（DaqingBranch ofHeilongjiangAcademyofSciences，Daqing163319，China）

In recent years，correlation analysis as an analytical method has been widely used in the context of plant quantitative trait correlation mapping，functional gene identification and plant breeding.This paper introduced the principle，characteristics，basic strategy and application of correlation analysisin plant genetics.

Correlation analysis；Linkage disequilibrium；Quantitative trait

Q943

A

1674-8646（2016）11-0001-03

2016-04-10