作物分子设计育种(4)

　　实践中，可根据不同研究目的选择  LOD  临界值去判定  QTL  的存在，如果研究目的在于  QTL  的克隆和功能分析，则判定  QTL  存在时应选择较高的  LOD  临界值，如3.0或更高，以避免假阳性；如果目的在于预测基因型，则假阳性不会对结果造成较大的负面影响，此时可选择较低的  LOD  临界值，如1.0，以保证效应较小的  QTL  也能鉴定出来。在上面的实例中，当采用0.83的临界值时(对应于显著性水平0.05)，我们一共鉴定出13个控制粒长的  QTL，8个控制粒宽的  QTL，同时也鉴定出一些上位性  QTL。

4.2  结合育种目标设计目标基因型

　　这一过程利用已经鉴定出的各种重要育种性状  QTL  的信息，包括  QTL  在染色体上的位置、遗传效应、QTL  之间的互作、QTL  与背景亲本和环境之间的互作等，模拟预测各种可能基因型的表现型，从中选择符合特定育种目标的基因型。

　　在我们的例子中，Asominori  是短粒和宽粒型品种，IR24  是长粒和窄粒型品种，但它们的  CSSL  后代在2个性状4个方向上均有超亲分离现象，因此2个性状的增效  QTL  和减效  QTL  在2个亲本中应该分散分布。通过对粒长的  QTL  作图，发现在染色体片段  M6、M12、M14、M23  和  M25  上的5个  QTL  具有正效效应，即对于这些座位上的  QTL  来说，来自  IR24  的等位基因使粒长增加；对于粒宽，只有一个  QTL  具有正效效应，说明增加粒宽的大多数基因来自  Asominori。除此之外还发现一些染色体片段如  M10、M12、M14  和  M23，同时携带有既控制粒长又控制粒宽的  QTL；在片段  M10  上，QTL  对粒长和粒宽效应都是正向的；在其他片段上，QTL  对粒长和粒宽效应却相反。这一点与根据表型估计的相关系数  r=-0.34**一致。

　　根据上面的信息，可以预测各种可能的基因型的表现型(图2)，发现最小和最大粒长基因型的粒长分别是4.20  mm  和6.21  mm，最小和最大粒宽基因型的粒宽分别是2.12  mm  和3.07  mm。假定育种目标是长粒和宽粒型，由于一些  QTL  在2个性状上有负向的一因多效现象，不可能获得一个基因型既具有图2中最大粒长又具有最大粒宽。经模拟我们发现一个设计基因型，其粒长为6.05  mm，粒宽为3.00  mm，接近最大粒长6.21  mm  和最大粒宽3.07mm(图2)。至此我们设计出一个最符合长粒和宽粒型这一育种目标的基因型。

4.3  达到目标基因型的途径分析

　　获得图2中的设计基因型，需要  IR24  的4个染色体片段，即  M1、M6、M23  和  M25。在65个  CSSL  中，CSSL5  包含片段  M6；CSSL16  包含片段  M1  和  M23；CSSL19  包含片段  M25；因此可以作为产生设计基因型的亲本材料。但  CSSL19  包含有我们不需要的片段  M12，在选择过程中需要将其替换为  Asominori  的片段。

　　3个亲本间的三交(又称顶交)组合有可能将我们需要的染色体片段聚合在一起，产生三交组合的方式有3种，即三交组合1:(CSSL5×CSSL16)×CSSL19；三交组合2:(CSSL5×CSSL19)×CSSL16和三交组合3:(CSSL16  ×  CSSL19)×CSSL5。假定采用标记辅助方法选择目标基因型，可供选择的方案有很多，这里只考虑其中的2种，标记选择方案1:产生100个三交  F1  个体，每个产生30个  F2  个体，利用单粒传共产生3000个  F8  家系，然后从中选择目标基因型；标记选择方案2:产生100个三交  F1  个体，通过标记辅助选择只保留含有目标染色体片段的个体，每个中选个体产生30个  F2  个体，利用单粒传产生  F8  家系，然后从中选择目标基因型。以上过程借助遗传育种模拟工具  QuCim  实现。

　　对每个三交组合，2种标记选择方案得到的  F8  家系数相等(表1)。从三交组合1平均获得7.6个目标基因型  F8  家系，三交组合2平均获得23.8个，三交组合3平均获得11.8个(表1)。但从2种标记选择方案需要测试的  DNA  样品数和每个中选的  F8  家系需要测试的  DNA  样品数来看，2种标记选择方案有着巨大的差异。以三交组合1为例，利用标记选择方案1需要测试3000个  DNA  样品，而利用标记选择方案2需要测试459个  DNA  样品；对标记选择方案1来说，每个中选的  F8  家系需要测试的  DNA  样品数是395，对标记选择方案2来说，这个数字只有60。因此，包含两个阶段标记选择的方案2在基因聚合过程中可以大大地降低实验室测定标记的花费。

　　不同三交组合获得目标基因型的几率有显著差异。三交组合2的几率最高，达0.81％，组合1的几率最低，只有0.25％。因此三交组合2结合标记选择方案2是最佳的实现目标基因型的途径。   (责任编辑：泉水)

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