關(guān)聯(lián)分析在植物遺傳學中的應用

王云云（黑龍江省科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163319）

關(guān)聯(lián)分析在植物遺傳學中的應用

王云云
（黑龍江省科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163319）

近年來，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用。本文介紹了關(guān)聯(lián)分析的原理、特點、基本策略及在植物遺傳學中的應用。

關(guān)聯(lián)分析；連鎖不平衡；數(shù)量性狀

關(guān)聯(lián)分析，亦稱連鎖不平衡作圖或關(guān)聯(lián)作圖，是研究復雜數(shù)量性狀的遺傳學方法，以連鎖不平衡（LD）為基礎，鑒定某一群體內(nèi)目標性狀與遺傳標記或候選基因關(guān)系的分析方法，與QTL定位不同，不需要構(gòu)建作圖群體，就可實現(xiàn)同時對多個性狀的分析。

1　關(guān)聯(lián)分析的原理和特點

關(guān)聯(lián)分析的基礎是連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD），亦稱為配子相不平衡（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 （可以是標記亦可是基因/QTL間與標記）間的非隨機關(guān)聯(lián)［1］。特點和優(yōu)勢：第一，以自然群體為材料，無須構(gòu)建作圖群體，極大減少了基因定位周期。第二，通過統(tǒng)計群體的多個性狀信息和基因組信息，可實現(xiàn)多個基因定位，而連鎖作圖只能定位一對相對性狀。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，避免假陽性，同時可以采用去除假陽性的方法，提高作圖的準確性［2］。

2　關(guān)聯(lián)分析的應用

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定位研究中應用最多，先后有20余種植物進行了產(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、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進行了研究，將連鎖作圖同關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合，成功檢測到40個標記位點與產(chǎn)量相關(guān)性狀顯著關(guān)聯(lián)，進一步增加了大豆基因圖譜的精度［15］；賴勇［16］利用SSR標記分析了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個分別與株高、穗長、芒長、穗粒數(shù)和小穗著生密度相關(guān)聯(lián)的分子標記，同時將這些標記定位于相應的染色體上。關(guān)聯(lián)分析在花卉等觀賞性植物中研究應用較少，2012年，李仁偉等在菊花品種表型性狀與SRAP分子標記的關(guān)聯(lián)分析中，利用篩選出的19對SRAP引物對58個典型大菊品種進行多位點掃描分析，獲得了18個菊花重要表型性狀進行關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有6個標記位點與5個性狀關(guān)聯(lián)［17］。在野生香菇數(shù)量性狀與SSR分子標記的關(guān)聯(lián)分析的研究中，選擇全國14個省份的香菇93個野生菌株和1個栽培菌株為研究群體，利用34對SSR分子標記，對香菇13個數(shù)量性狀與SSR分子標記進行關(guān)聯(lián)分析研究，得到了主要數(shù)量性狀相關(guān)的標記，同時對野生香菇的遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)進行了分析［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/京系17的加倍單倍體 （DH）群體及其分子圖譜，對稻米顏色參數(shù)、多酚、類黃酮含量及抗氧化能力性狀進行了QTL定位分析，總共檢測出12個主效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，共檢測到126個關(guān)聯(lián)位點。在秈稻群體內(nèi)共檢測到51個與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點；在粳稻群體內(nèi)共檢測到5個與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點；在總樣本中共檢測到72個與稻瘟病抗性相關(guān)聯(lián)的SNP位點，同時證實了全基因組關(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發(fā)和驗證

關(guān)聯(lián)分析中候選基因法相對全基因組分析所需的工作量小、標記數(shù)量較少、成本低，可對目的基因進行功能鑒定，是植物遺傳學中基因功能鑒定的常用方法。2004年，Wilson［21］等應用關(guān)聯(lián)分析方法對玉米籽粒淀粉代謝途徑中6個關(guān)鍵酶基因和代謝產(chǎn)物的關(guān)聯(lián)進行研究，發(fā)現(xiàn)了4個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)功能基因的開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了4個影響胡蘿卜素含量的多態(tài)性位點，豐富了關(guān)聯(lián)分析在植物領域的應用。我國關(guān)聯(lián)分析在功能基因的開發(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、淀粉主效基因位點及100個SSR標記位點進行了關(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ZmLEC1基因的多態(tài)性位點與表型性狀進行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)4個多態(tài)性位點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分子標記的關(guān)聯(lián)分析研究中，發(fā)現(xiàn)有1個標記位點與枯萎病抗性顯著關(guān)聯(lián)（P＜0.01），該位點對表型性狀的解釋率為0.2035，同時研究表明：SRAP標記可以實現(xiàn)西瓜種質(zhì)資源進行群體結(jié)構(gòu)的有效劃分，并且可以應用作為關(guān)聯(lián)分析的分子標記。

2.3關(guān)聯(lián)分析與功能性標記的開發(fā)

功能標記是指根據(jù)引起性狀變異基因的功能區(qū)的基因序列多態(tài)性，開發(fā)出來的多態(tài)性標記。功能標記的開發(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，從而開發(fā)多態(tài)性分子標記［28-29］。而關(guān)聯(lián)分析方法則是應用于分析功能基因的多態(tài)性標記和基因功能高效的方法。應用關(guān)聯(lián)分析開發(fā)功能標記的開發(fā)需要滿足2個條件：首先，確定功能標記開發(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，通過統(tǒng)計基因相符應的表型性狀數(shù)據(jù)，獲得準確的群體表型數(shù)據(jù)，將二者結(jié)合，進行關(guān)聯(lián)分析［30-31］。最近，在水稻抗稻瘟病基因Pi35功能性分子標記的開發(fā)及應用中［32］，通過比對抗、感品種中Pi35等位基因序列，發(fā)現(xiàn)一個能檢測抗、感病性差異的特異SNP（3780 T），并據(jù)此開發(fā)了Pi35基因的功能性分子標記Pi35-dCAPS，為高效利用Pi35基因進行過水稻品種的改良和稻瘟病抗性研究奠定了基礎。在小麥轉(zhuǎn)錄因子基因W16的功能標記作圖和關(guān)聯(lián)分析研究中，開發(fā)小麥DREB轉(zhuǎn)錄因子基因W16的功能標記，確定了W16所在的染色體位置，鑒定出HapⅡ為增加單株穗數(shù)和籽粒飽滿度的優(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)性狀功能標記開發(fā)研究中，開發(fā)出6個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，對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、標記的開發(fā)及功能驗證研究中，根據(jù)TaGW2-6A等位基因在啟動子區(qū)的序列差異，開發(fā)了1個CAPS標記，該標記是以SNP-593為差異為位點、以TaqI內(nèi)切酶為工具［34］。在小麥TaSnRK2.10基因的克隆、標記開發(fā)和功能分析研究中，發(fā)現(xiàn)在TaSnRK2.10-4A中存在3個SNP和1個InDel變異位點，根據(jù)TaSnRK2.10-4A序列的SNP開發(fā)了1個CAPS功能標記［35］。利用功能性分子標記可以進行分子標記輔助選擇和植物品種鑒定，對加快育種世代選擇、縮短育種年限、保護植物知識產(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