作物中大多重要的表型性状易受环境影响，是由多基因控制的数量性状，如株高、产量、品质、抗病性等。表型变异遗传机制复杂，基于分子标记构建遗传连锁图谱，以鉴定表型相关数量性状基因座（QTL），是目前寻找表型相关基因的研究方法之一。

数量性状基因座（Quantitative Trait Locus，QTL），是指控制数量性状的基因在基因组中的位置。QTL定位是根据分子标记与目标性状的连锁关系，通过统计方法来定位与目标性状相关染色体区域，这些区域可能包含导致目标性状表型变异的基因。QTL定位是基因精细定位、克隆、表达调控、选择进化研究的基础，对分子标记辅助选择等促进和加速改良作物的发展具有重要意义。

QTL定位通常包含作图群体构建、分子标记开发、遗传连锁图谱的构建、连锁分析等多个步骤。

 作图群体构建

连锁分析需要选择合适的群体材料，不同定位目的需进行不同的群体构建遗传设计。亲本的选择、群体构建方式影响着最终的定位结果。作图群体的划分方式有多种，根据亲本数量可以划分为双亲本群体、多亲本群体等；根据研究目的与定位准确度可以分为初级、次级以及高级定位群体。初级定位群体根据性状的稳定性，又可以分为暂时性分离群体与永久性分离群体。

常见用于QTL定位的作图群体，如回交群体（BC群体，Back crossing）、杂交群体（F2群体）、重组自交系（RILs群体，Recombinant inbreed line）、回交自交系群体（BCRILs，Backcross inbred line）等，具体构建方式及特点如下所示。

图1 群体构建过程

注：BC群体(左上)、F2群体(左下)、RILs群体(右)

 分子标记开发

采集双亲本及子代群体样本进行基因型检测，根据亲本基因型来开发亲本间纯和、多态标记。然后依据亲本基因型进行子代基因分型，筛选出符合作图要求的标记位点，为遗传图谱构建做准备。

 遗传连锁图谱的构建

连锁遗传图又称遗传图谱（Genetic linkage map），是指基因或 DNA 分子标记在染色体上的相对位置与遗传距离，通常以基因或 DNA 片段在染色体交换过程中的重组频率厘摩（cM）表示。1cM 表示两位点在减数分裂中的重组频率为 1％，重组率的值（cM）越高表明两位点之间遗传距离越远，越低表示遗传距离越近。两个基因遗传距离越远，它们之间发生重组事件的概率越高，遗传图谱常用于数量性状位点（Quantitative trait loci , QTLs）定位，遗传图谱示例如下。

图2 玉米遗传连锁图谱（Badu-Apraku B et al., 2018）

 QTL定位分析

QTL 常用作图方法包括：单标记或单点分析、区间作图（Interval Mapping, 简称IM）、复合区间作图法（Composite Interval Mapping，简称CIM）、完备区间作图方法（Inclusive Composite Interval Mapping, 简称ICIM）等。常用的 QTL 作图软件有 QTL Icimapping，Map QTL，Win QTL cartographer，R\qtl 等。常用 LOD（likelihood of odd）值作为检验 QTL 是否存在的标准，LOD = 3表示在特定区间内出现QTL的概率比在该区间内不存在QTL的零假设高1000倍以上，QTL定位结果可视化如下图所示。

图3 水稻粒长GL的QTL定位及候选基因预测（Li F et al., 2018）

基于连锁关系，QTL定位到的区间往往包含较多候选基因，可以采用辅助研究如构建次级分离群体、结合公共数据库查看功能注释信息、同源基因、转录组、基因编辑等方式辅助筛选、验证区间候选基因。

参考文献

[1]Mauricio R. Mapping quantitative trait loci in plants: uses and caveats for evolutionary biology. Nat Rev Genet. 2001 May;2(5):370-81.

[2]李慧慧,张鲁燕,王建康.数量性状基因定位研究中若干常见问题的分析与解答[J].作物学报,2010,36(06):918-931.

[3]Wang J-K(王建康). Inclusive composite interval mapping of quantitative trait genes. Acta Agron Sin (作物学报), 2009, 35(2): 239–245 (in Chinese with English abstract).

[4]A Guide to QTL Mapping with R/qtl, Karl W. Broman, Saunak Sen. 2009 ISBN : 978-0-387-92124-2.

[5]Badu-Apraku B, Adewale S, Paterne A ,et al. Mapping quantitative trait loci and predicting candidate genes for Striga resistance in maize using resistance donor line derived from Zea diploperennis. Front Genet. 2023 Jan 12;14:1012460.

[6]Li F, Han Z, Qiao W ,et al. High-Quality Genomes and High-Density Genetic Map Facilitate the Identification of Genes From a Weedy Rice. Front Plant Sci. 2021 Nov 19;12:775051.

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