WikiDer > Сопоставление вложенных ассоциаций

Nested association mapping

Сопоставление вложенных ассоциаций (NAM) - методика, разработанная лабораториями Эдвард Баклер, Джеймс Холланд, и Майкл МакМаллен для выявления и анализа генетической архитектуры сложные черты в кукурузе (Zea Mays). Важно отметить, что отображение вложенных ассоциаций (в отличие от сопоставление ассоциаций) - это особый метод, который нельзя применять за пределами специально созданной популяции, такой как популяция кукурузы NAM,[1] детали которого описаны ниже.

Теория NAM

NAM был создан как средство объединения преимуществ и устранения недостатков двух традиционных методов идентификации локусы количественных признаков: анализ связей и сопоставление ассоциаций. Анализ связей зависит от недавних генетическая рекомбинация между двумя разными линиями растений (в результате генетического скрещивания) для определения общих областей, представляющих интерес, с тем преимуществом, что требуется несколько генетические маркеры для обеспечения широкого охвата генома и высокой статистической мощности на аллель. Однако анализ сцепления имеет недостатки: низкое разрешение картирования и низкое богатство аллелей. Сопоставление ассоциаций, напротив, использует историческую рекомбинацию и выполняется путем сканирования генома на предмет SNP в нарушение равновесия по сцеплению с чертой интереса. Ассоциативное картирование имеет преимущества перед анализом сцепления в том, что оно может картироваться с высоким разрешением и имеет высокое аллельное богатство, однако оно также требует обширных знаний о SNP в геноме и, таким образом, только сейчас становится возможным для различных видов, таких как кукуруза.

NAM использует преимущества как исторических, так и недавних событий рекомбинации, чтобы иметь преимущества: низкие требования к плотности маркеров, высокое богатство аллелей, высокое разрешение картирования и высокую статистическую мощность, без каких-либо недостатков анализа сцепления или сопоставления ассоциаций.[1][2] В этом отношении подход NAM в принципе аналогичен линиям MAGIC и AMPRIL у Arabidopsis и Collaborative Cross у мыши.

Создание популяции кукурузы NAM

Двадцать пять разнообразных линий кукурузы были выбраны в качестве родительских линий для популяции NAM, чтобы охватить замечательное разнообразие кукурузы и сохранить историческое неравновесие по сцеплению. Каждая родительская линия была скрещена с инбредом кукурузы B73 (выбранной в качестве контрольной линии из-за ее использования в публичный проект по секвенированию кукурузы и широкое распространение как одна из самых успешных коммерческих инбредных линий) для создания F1 численность населения. Затем растения F1 самоопылялись в течение шести поколений, чтобы создать в общей сложности 200 гомозиготных рекомбинантных инбредных линий (RIL) на семью, всего 5000 RIL в популяции NAM. Линии публично доступны через Центр запасов кукурузы USDA-ARS.

Каждый RIL был тогда генотипированный с теми же 1106 молекулярными маркерами (для этого исследователи выбрали маркеры, для которых B73 имел редкий аллель), чтобы идентифицировать блоки рекомбинации. После генотипирования с помощью маркеров 1106 каждая из родительских линий была либо последовательный или с высокой плотностью генотипирования, и результаты этого секвенирования / генотипирования накладываются на блоки рекомбинации, идентифицированные для каждого RIL. В результате было получено 5000 RIL, которые были либо полностью секвенированы, либо генотипированы с высокой плотностью, которые, благодаря генотипированию с помощью общих маркеров 1106, все можно было сравнить друг с другом и проанализировать вместе (Рисунок 1).[1][2]

Рисунок 1. Создание популяции NAM.

Второй аспект характеристики популяции NAM - это секвенирование родительских линий. Это фиксирует информацию о естественной изменчивости, которая вошла в популяцию, и запись обширной рекомбинации, зафиксированную в истории изменчивости кукурузы. Первая фаза этого секвенирования заключалась в секвенировании с уменьшенным представлением с использованием технологии секвенирования следующего поколения, как сообщается в Gore, Chia et al. в 2009.[3] Это первоначальное секвенирование обнаружило 1,6 миллиона вариабельных областей кукурузы, что теперь облегчает анализ широкого спектра признаков.

Процесс

Как и в случае с традиционными QTL отображение Стратегии, общая цель картирования вложенных ассоциаций состоит в том, чтобы соотнести интересующий фенотип с конкретными генотипами. Одна из целей, поставленных создателями для населения ДН, заключалась в том, чтобы иметь возможность выполнять полногеномные ассоциации исследований кукурузы путем поиска ассоциаций между SNP в популяции NAM и интересующими количественными признаками (например, время цветения, высота растения, содержание каротина).[1] Однако по состоянию на 2009 г. секвенирование исходных родительских линий еще не было завершено в той степени, которая необходима для выполнения этих анализов. Однако популяция NAM успешно использовалась для анализа сцепления. В опубликованном исследовании взаимосвязей уникальная структура популяции ДН, описанная в предыдущем разделе, позволила объединить пошаговая регрессия и совместный инклюзивный композит отображение интервалов объединенных семейств NAM для определения QTL для времени цветения.[4]

Текущее использование

Первая публикация, в которой NAM использовалась для идентификации QTL, была написана лабораторией Баклера на генетическая архитектура времени цветения кукурузы и опубликован летом 2009 г.[4] В этом новаторском исследовании авторы набрали дни, чтобы шелковистый, дней до цветения и интервал шелушения-цветения почти для одного миллиона растений, затем выполняли одиночную и совместную ступенчатую регрессию и инклюзивное составное отображение интервалов (ICIM), чтобы идентифицировать 39 QTL, объясняющих 89% дисперсии в днях до шелушения и дней до цветения, и 29 QTL, объясняющих 64% дисперсии в интервале шелковистости и цветения.[4]

Было обнаружено, что 98% QTL времени цветения, идентифицированных в этой статье, влияют на время цветения менее чем на один день (по сравнению с эталоном B73). Эти относительно небольшие эффекты QTL, однако, также были показаны в сумме для каждой семьи, чтобы равняться большим различиям и изменениям в днях до шелушения. Более того, было замечено, что хотя большинство QTL были общими для семей, каждая семья, по-видимому, имеет функционально различные аллели для большинства QTL. Эти наблюдения привели авторов к предложению модели «Общие гены с необычными вариантами».[4] для объяснения разнообразия времени цветения кукурузы. Они проверили свою модель, задокументировав ряд аллелей в ранее изученном времени цветения кукурузы QTL Vgt1 (от вегетации к переходу1).[5] путем контроля генетического фона и оценки эффектов vgt1 в каждой семье. Затем они продолжили идентифицировать конкретные варианты последовательностей, которые соответствовали аллельному ряду, включая один аллель, содержащий миниатюрный транспозон сильно связаны с ранним цветением, а другие аллели, содержащие SNP, связаны с более поздним цветением.[4]

Подразумеваемое

Картирование гнездовых ассоциаций имеет огромный потенциал для исследования агрономических признаков кукурузы и других видов. Как показывает первоначальное исследование времени цветения, NAM обладает способностью определять QTL для сельскохозяйственных признаков и связывать эти QTL с гомологами и гены-кандидаты у видов, не относящихся к кукурузе. Кроме того, линии NAM становятся мощным общественным ресурсом для кукурузного сообщества и возможностью для обмена зародышевой плазмой кукурузы, а также результатами исследований кукурузы через общие базы данных (см. Внешние ссылки), что еще больше облегчит будущие исследования сельскохозяйственных характеристик кукурузы. Учитывая, что кукуруза является одной из самых важных сельскохозяйственных культур во всем мире, такие исследования имеют большое значение для генетического улучшения сельскохозяйственных культур, а впоследствии и во всем мире. Продовольственная безопасность.[4]

Подобные дизайны также создаются для пшеница, ячмень, сорго, и Arabidopsis thaliana.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Ю., Дж., Холланд, Дж. Б., Макмаллен, М. Д., Баклер, Э. С. (2008). «Генетический дизайн и статистическая мощность картирования вложенных ассоциаций кукурузы». Генетика. 178 (1): 539–551. Дои:10.1534 / генетика.107.074245. ЧВК 2206100. PMID 18202393.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ а б Майкл Д. Макмаллен; Стивен Кресович; Эктор Санчес Вильеда; Питер Брэдбери; Хуэйхуэй Ли; Ци Сунь; Шерри Флинт-Гарсия; Джеффри Торнсберри; Шарлотта Ачарья; Кристофер Боттомс; Патрик Браун; Крис Браун; Маген Эллер; Кейт Гилл; Карлос Харджес; Даллас Кроон; Ник Лепак; Шэрон Э. Митчелл; Брук Петерсон; Гаэль Прессуар; Сьюзан Ромеро; Марко Оропеса Росас; Стелла Сальво; Хизер Йетс; Марк Хэнсон; Элизабет Джонс; Стивен Смит; Джеффри С. Глаубиц; Майор Гудман; Дорин Уэр; Джеймс Б. Холланд; Эдвард С. Баклер (2009). «Генетические свойства картирующей популяции гнездовой ассоциации кукурузы». Наука. 325 (737): 737–740. Дои:10.1126 / science.1174320. PMID 19661427.
  3. ^ Гор М.А., Чиа Дж. М., Эльшир Р. Дж. И др. (Ноябрь 2009 г.). «Карта гаплотипов кукурузы первого поколения». Наука. 326 (5956): 1115–7. Дои:10.1126 / science.1177837. PMID 19965431.
  4. ^ а б c d е ж Эдвард С. Баклер; Джеймс Б. Холланд; Питер Дж. Брэдбери; Шарлотта Б. Ачарья; Патрик Дж. Браун; Крис Браун; Эльхан Эрсоз; Шерри Флинт-Гарсия; Артуро Гарсия; Джеффри С. Глаубиц; Майор М. Гудман; Карлос Харджес; Кейт Гилл; Даллас Э. Кроон; Сара Ларссон; Николай К. Лепак; Хуэйхуэй Ли; Шэрон Э. Митчелл; Гаэль Прессуар; Джейсон А. Пайффер; Марко Оропеса Росас; Торберт Р. Рошфорд; М. Синта Ромай; Сьюзан Ромеро; Стелла Сальво; Эктор Санчес Вильеда; Х. София да Силва; Ци Сунь; Фэн Тянь; Нарасимхам Упадьяюла; Дорин Уэр; Хизер Йетс; Цзяньмин Юй; Чживу Чжан; Стивен Кресович; Майкл Д. Макмаллен (2009). «Генетическая архитектура времени цветения кукурузы». Наука. 325 (5941): 714–718. Дои:10.1126 / science.1174276. PMID 19661422.
  5. ^ Salvi S, Sponza G, Morgante M и др. (Июль 2007 г.). «Консервированные некодирующие геномные последовательности, связанные с локусом количественного признака времени цветения кукурузы». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 104 (27): 11376–81. Дои:10.1073 / pnas.0704145104. ЧВК 2040906. PMID 17595297.

внешняя ссылка

Базы данных по кукурузе: