數量性狀基因座的關聯作圖或連鎖不平衡作圖

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介紹

遺傳作圖是研究遺傳和進化的重要工具。它使我們能夠定位與感興趣性狀相關的基因，例如疾病易感性、作物產量，甚至行為。

現代研究中使用了兩種主要的遺傳作圖型別：

• 關聯作圖。

• 連鎖作圖。

以下文章重點介紹數量性狀基因座（QTL）的關聯作圖和連鎖不平衡（LD）作圖。

我們將解釋這些方法背後的基本原理、優缺點以及它們在當今研究中的應用。

關聯作圖

關聯作圖，也稱為全基因組關聯研究（GWAS），是一種用於識別與群體中感興趣性狀相關的基因組區域的方法。關聯作圖背後的基本原理是尋找遺傳變異與所研究性狀之間的統計學關聯。

關聯研究的第一步是對大量個體進行基因分型，以檢測基因組中數百萬個單核苷酸多型性（SNP）。這些 SNP 被選擇在基因組中均勻分佈，並且已知在不同人群中頻率存在差異。

基因分型完成後，將進行統計檢驗以識別與感興趣性狀顯著相關的 SNP。最常用的統計檢驗是卡方檢驗，它比較具有和不具有該性狀的個體中特定 SNP 的觀察頻率。

如果兩組之間 SNP 的頻率存在顯著差異，則表明該 SNP 與該性狀相關。

關聯作圖的一個優點是它可以用於識別與任何性狀相關的基因組區域，而不管其遺傳方式如何。這使得它適用於研究受多種遺傳和環境因素影響的複雜性狀。

關聯作圖也有助於識別與性狀相關的稀有變異，而這些變異在使用傳統的連鎖作圖時難以檢測。

然而，關聯作圖也有一些侷限性。最大的挑戰之一是控制群體結構，這可能導致假陽性關聯。

群體結構是指較大群體中亞群體之間的遺傳差異。如果研究中的個體來自不同的亞群體，則難以區分真正的關聯和由於祖先差異導致的關聯。已經開發出多種方法來控制群體結構，例如主成分分析（PCA）和結構關聯。

關聯作圖的另一個侷限性在於它無法識別因果變異本身。相反，它識別與該性狀相關的基因組區域。這意味著需要額外的實驗，例如功能研究或精細作圖，以識別導致關聯的特定遺傳變異。

連鎖不平衡作圖

連鎖不平衡（LD）作圖是一種透過利用不同位點等位基因之間的非隨機關聯來識別 QTL 的方法。

LD 是指附近位點等位基因比偶然預期更頻繁地一起遺傳的趨勢。這是因為重組事件相對罕見，並且兩個位點上的等位基因更有可能因突變而不是重組而分離。

LD 作圖背後的基本原理是識別基因組區域，其中特定等位基因的頻率在具有和不具有感興趣性狀的個體之間存在顯著差異。這表明該等位基因與影響該性狀的 QTL 相關聯。

LD 作圖研究的第一步是對大量個體進行基因分型，以檢測一組已知與感興趣的 QTL 處於 LD 狀態的 SNP。這些 SNP 的選擇是基於它們與 QTL 的物理距離及其在群體中的頻率。然後使用基因分型資料來估計 SNP 和 QTL 之間的 LD 強度。

估計 LD 後，將進行統計檢驗以識別與感興趣性狀顯著相關的 SNP。LD 作圖中使用的一種常見的統計檢驗是卡方檢驗，它比較具有和不具有該性狀的個體中特定 SNP 的觀察頻率和預期頻率。

LD 作圖的一個優點是它可以識別因果變異本身，而不僅僅是與該性狀相關的基因組區域。這是因為因果變異更有可能與進行基因分型的 SNP 處於強 LD 狀態。這使得 LD 作圖成為識別複雜性狀遺傳基礎的強大工具。

然而，與關聯作圖一樣，LD 作圖也有一些侷限性。一個主要挑戰是需要大量與 QTL 處於強 LD 狀態的標記。這可能很難實現，尤其是在基因組較大的物種中。

另一個侷限性是 LD 作圖對基因分型資料的質量敏感。基因分型錯誤或缺失資料可能導致假陽性關聯。

關聯作圖和 LD 作圖的比較

關聯作圖和 LD 作圖是兩種用於識別 QTL 的強大方法。這兩種方法都有各自的優缺點，方法的選擇取決於具體的科研問題和所研究群體的特徵。

• 與 LD 作圖相比，關聯作圖的一個優點是它可以用於識別與任何性狀相關的基因組區域，而不管其遺傳方式如何。

• 這使得它適用於研究受多種遺傳和環境因素影響的複雜性狀。關聯作圖也有助於識別與性狀相關的稀有變異，而這些變異在使用傳統的連鎖作圖時難以檢測。

• 另一方面，LD 作圖的優勢在於能夠識別因果變異本身，而不僅僅是與該性狀相關的基因組區域。

• 這使得它成為識別複雜性狀遺傳基礎的強大工具。此外，LD 作圖可能比關聯作圖更能抵抗群體結構的影響，因為它依賴於附近位點等位基因之間的 LD，而不是依賴於亞群體之間等位基因頻率的差異。

結論

總之，關聯作圖和 LD 作圖是兩種用於識別 QTL 的強大方法。這兩種方法都有各自的優缺點，方法的選擇取決於具體的科研問題和所研究群體的特徵。

關聯作圖可用於識別與任何性狀相關的基因組區域，而不管其遺傳方式如何，以及識別與性狀相關的稀有變異，而這些變異在使用傳統的連鎖作圖時難以檢測。但是，在關聯作圖研究中控制群體結構可能是一個挑戰。

LD 作圖的優勢在於能夠識別因果變異本身，而不僅僅是與該性狀相關的基因組區域。這使得它成為識別複雜性狀遺傳基礎的強大工具。此外，LD 作圖可能比關聯作圖更能抵抗群體結構的影響。

總的來說，關聯作圖和 LD 作圖都是強大的遺傳作圖工具，它們的聯合使用可以更好地理解複雜性狀的遺傳基礎。