是什麼決定基因的定位精度？

在電泳時代，基因定位的精度一個限速因素之一是分子標記密度。不過隨著高通量測序的廣泛應用，分子標記的數量對於基因定位來說不但足夠，簡直就是過剩。那麼材料本身的特性——染色體片段的重組程度，就成為了基因定位精度的決定性因素。

在表型和基因型的相關性分析中，表型的最小單位是某個性狀，而基因型的最小單位不是鹼基，不是基因，而是染色體片段。如果某個染色體片段在這個群體中沒有重組，那麼就是這個片段就是這個群體表型-基因型相關性分析的最小片段。

例如，下圖5是某個群體（個體數為10）某條染色體基因型的示意圖。我們可以注意到大括弧標註的染色體1號和2號區域內，在這個群體中都沒有重組（個體要麼這個片段是紅色，要麼是藍色，所以在這個區間沒有重組發生）。

圖1染色體重組最小片段

這個染色體片段是群體中基因型的最小單位，因此在開展連鎖/關聯分析的時候，理論上這個區域內所有分子標記的顯著性都是相似的。這也解釋了，基因定位結果是個有寬度的峰（圖2），而不是一個單一點。這個染色體片段的區間大小，就是這個群體QTL定位精度的極限。

依賴於初級雜交作圖群體的BSA或QTL定位，幾乎不可能把基因定位到厘摩爾級別（或1Mb以內），因為人工群體難以在有限的群體規模或雜交代數的情形下創造足夠多的重組（或者說足夠小的最小重組片段）。按照我們的經驗，在一個群體大小在100~300大小的初級作圖群體中，1個QTL區間可以跨越的範圍大概是5~10cM。1cM在水稻中平均大概是300kb，在玉米中平均大概是1.3Mb，所以你可以估算一下10cM的定位區間大概對應多大的範圍。

圖2 連鎖分析（左圖）和關聯分析（右圖）結果是個有寬度的峰（區間），不是一個點

當然，你也注意到了在圖1中，不同區域的最小重組片段大小不同。

那是因為染色體不同區域的重組頻率不同。通常，染色體著絲粒區（常常在染色體中段）重組較少，端粒區（常常在染色體末端）重組更加頻繁。

來個圖形，你的理解會更加清晰。下圖來自我們公司玉米遺傳圖譜合作文章[1]。

圖3 玉米3號染色體的遺傳/物理累積圖距示意圖

圖中X軸是物理坐標，Y軸是遺傳坐標，藍色原點和紅色三角形分別代表兩個不同作圖群體的分子標記數據。總體而言隨著物理坐標的增加，遺傳坐標也是對應增加，這條曲線的斜率就代表遺傳/物理距離比，即單位物理距離（Mb）可以產生多少重組。

我們可以看到這條曲線的斜率並非穩定的，在染色體兩側陡峭（這些區域重組率高），而在中心區域平坦（重組率低）。尤其在著絲粒附近（就是那條黑色豎虛線的位置），你可以注意到從30Mb~100Mb的範圍內，物理坐標變化了70Mb，而遺傳坐標幾乎沒有變化。這意味著，這個區域幾乎沒有重組。

所以 QTL定位過程中，如果目標基因落在這類區域，你可以會看到一個跨度達到幾十Mb的峰，這形中也增加了定位的難度。SO，對於科研，我覺得人品和實力同樣重要 。

因此，對於基因定位來說，基於某個群體的定位精度極限是群體本身的特性決定的。要儘可能減少最小重組片段的大小，提高定位精度，就只能創造條件讓染色體有更多重組，這就需要從以下3個方面入手：

（1）增加群體規模。當群體足夠大，哪怕萬分之一概率的重組事件也能發生；

（2）增加雜交世代數。即使雜交一代不重組，多代總是可以提高概率的。

（3）減少其他信號的干擾。在連鎖分析中，很重要的是減少背景QTL的干擾（在複合區間作圖中討論過），最有效的方法就是通過回交純化遺傳背景。在關聯分析中，更重要的是減少群體結構的影響（在下個章節我們會介紹）。

關於經典的QTL定位過程是如何進行的，之前小師兄解讀過一篇經典的文章：《大牛是這樣玩轉遺傳圖譜的》，可以供大家參考。在這篇文章中，作者採用回交的方法純化了遺傳背景（對於數量性狀，這非常重要），然後使用大群體有效地加大了重組頻次，使目標基因定位到了一個非常小的範圍。

當然，隨著其他各類技術的發展，我們QTL定位不需要再定位到一個非常狹窄的區間才能確認目標基因。其實只要定位到一個大概的範圍，然後結合其他信息、技術也足以幫助我們從一堆候選基因中命中目標。我們擁有的技術、信息包括：

（1）良好的基因組，本身有良好的注釋信息，有助於我們從較大的區間範圍篩選候選基因；

（2）合理的實驗設計，例如連鎖分析和關聯分析的結合，親本的合理選擇等，也有助於加速定位效率；

（3）結合其他組學技術，尤其是基於轉錄組數據的表達差異，以及更高端的調控網路分析，有助於我們篩選候選基因；

（4）分子實驗技術的發展，尤其是基因編輯技術（例如，Crisper技術）的發展，也為大規模的功能實驗奠定而來基礎。

儘管如此，除了遺傳背景高度簡單的人工突變（例如，試劑ems誘變），可以使用mutmap類似的策略實現快速定位和基因篩定。如果是自然材料，sorry，基因定位的過程還是有很多不確定的因素，還是需要慢慢來。

今天的內容就到這裡啦，聖誕快樂~

聖誕快樂~

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