干货！盘点不同群体的遗传图谱构建

遗传图谱（Genetic map），也称为遗传连锁图（Genetic linkage map），是通过分析遗传标记之间的连锁关系而建立起来的染色体图谱。在植物遗传学研究中，遗传图谱帮助揭示基因在染色体上的相对位置和遗传连锁关系。

遗传图谱的构建基于遗传连锁现象，即两个位点（通常是遗传标记）在染色体上的相对距离越近，它们之间的连锁频率越高。通过对不同个体的遗传标记进行测定，例如分子标记（如微卫星标记、SNP标记）或生物学标记（如形态特征、生化性状），可以统计它们之间的连锁关系。

通过分析大量的遗传标记和亲本间的连锁频率，研究者可以绘制出遗传图谱，如连锁群体图谱（Linkage group map）或物理图谱（Physical map）。遗传图谱以染色体上的遗传距离（通常以遗传单位 centimorgan 或 map）表示位点之间的距离。根据连锁频率的不同，可以确定位点在染色体上的相对位置，并帮助确定基因的排序和定位。

植物遗传图谱广泛应用于基因组研究、品种改良和基因定位等领域。它们提供了理解植物基因组结构和遗传特性的重要工具，为研究者深入了解植物性状的遗传基础和进行分子育种提供指导。

• 植物遗传作图可以提供以下信息

遗传连锁关系：植物遗传作图可以确定基因之间的连锁关系，即它们在染色体上的相对位置。通过分析多个遗传标记（如分子标记或遗传标记），可以构建遗传连锁图，揭示基因之间的连锁关系。

基因定位：遗传作图可以帮助确定感兴趣的基因在染色体上的位置。通过分析基因型数据和表型数据，可以将染色体区域与感兴趣的性状相关联，从而精确定位特定基因。

基因定向：通过遗传作图，可以确定基因的传递方向，即基因转移的来源和目标。这对于了解基因在群体中的传播模式、基因流动和亲缘关系具有重要意义。

亲缘关系和家系分析：通过遗传作图，可以分析不同个体之间的亲缘关系和家系，如父子关系、兄弟关系和祖先关系等。这对于种质资源的管理、育种策略的制定和亲本选择具有重要意义。

突变和多态性：遗传作图可以揭示植物种群中的突变和多态性。通过分析不同基因座上的遗传变异，可以评估群体的遗传多样性和变异程度，为种质资源保护和遗传改良提供重要信息。

综上所述，植物遗传作图能够提供关于基因连锁关系、基因定位、基因定向、亲缘关系、家系分析以及突变和多态性等方面的信息，为植物遗传学和育种研究提供有价值的数据和指导。

• 作图群体

常见的作图群体有F1代作图群体、F2群体、RIL（Recombinant Inbred Line）群体、DH（Doubled Haploid）群体等作图群体等。F1代作图群体是遗传作图中常用的一种种群类型，用于构建遗传连锁图谱。它是由两个亲本进行杂交后所得到的第一代后代。F1代个体通常具有一些显性性状的表现，这意味着这些性状更容易被观察和测量。另外，由于F1代个体的基因组中包含了两个亲本的等量基因，因此在遗传作图中，可以通过分析F1代个体的后代来确定标记位点之间的连锁关系。相比于亲本的复杂杂合基因型，F1代个体的基因型较为简化，这有助于减少分析中的复杂性并提高遗传作图的稳定性。

F2代作图群体是由F1代个体进行自交或互交（交叉杂交）而获得的第二代后代。在F2代作图群体中，F1代个体通常是由两个亲本进行杂交而获得。F2代个体则是由F1代个体之间进行自交或互交得到的。自交指的是同一F1代个体之间的交配，而互交则是不同F1代个体之间的交配。F2代个体的基因组由四个祖父母的等量基因构成，因为F1代个体是两个亲本的杂交后代。因此，F2代个体的基因型更为复杂，具有更多的遗传变异。

F2代作图群体的特点包括：

1. 存在隐性性状的表达：由于F2代个体的基因型更为复杂，相比F1代个体，F2代个体可能会表现出一些隐性性状，这需要更仔细的观察和测量。

2. 更高的遗传多样性：与F1代相比，F2代个体的基因型有更多的遗传变异，因此可以更好地探索和分析基因座之间的连锁关系。

3. 基因型和表型的个体差异增加：F2代作图群体中的个体差异更大，这在遗传作图中提供了更多的可变性和信息。

RIL作图群体是通过使用连续自交方法从两个杂交亲本中得到的自交纯合群体，用于构建遗传连锁图谱。它是遗传学研究中常用的群体类型之一。

RIL作图群体的构建和使用包括以下步骤：

1.初始杂交：选择两个不同的自交纯合株系或品系作为亲本进行杂交，得到F1代后代。

2. 连续自交：从F1代开始，连续进行自交操作。每一代个体都进行自花授粉或者自交交配，以产生自交纯合的个体。

3. 群体建立：经过多个自交代数后，个体间的基因型开始趋于稳定并固定。这样便可以得到一个构成RIL作图群体的大量自交纯合个体。

4. 标记分析：对RIL群体中的个体进行基因型分析，通常使用DNA标记或其他分子标记进行基因分型。这些标记可以是SNP（Single Nucleotide Polymorphism）标记、SSR（Simple Sequence Repeat）标记、位点特异序列等。

5. 构建遗传连锁图谱：通过分析RIL群体中个体的基因型和相关表型数据，使用计算方法和统计模型，可以推断不同标记位点之间的连锁关系和距离，从而构建遗传连锁图谱。通过RIL作图群体的遗传连锁图谱构建，可以帮助确定基因座的位置、连锁关系和分离度。这在研究复杂性状的遗传基础、基因定位和相关性分析等方面都具有重要应用价值。

DH作图群体是遗传学研究中常用的一种群体类型，用于构建遗传连锁图谱。DH群体通过诱导细胞的无性生殖和染色体纯化，产生自交纯合的植株或动物个体。

DH作图群体的构建和使用包括以下步骤：

1. 初始杂交：选择两个亲本个体进行杂交，通常是两个高亲和性的自交纯合个体。

2. 无性生殖：对杂交后的个体进行适当的无性生殖处理，如花粉培养、胚培养、单倍体诱导、离体培养等方法。这些方法可以产生无性繁殖个体，即只含有一个亲本个体的遗传物质，且基因组中的配子染色体数量为单倍体。

3. 染色体纯化：通过染色体纯化技术，将单倍体个体的染色体数目翻倍，使其成为双倍体（doubled haploid）个体。常用的染色体纯化方法包括染色体加倍、雄性不育向雄性育性恢复、花粉治疗等。群体建立：经过染色体纯化后，得到一批自交纯合的双倍体个体。这些个体即为构成DH作图群体的样本。

4. 标记分析：对DH群体中的个体进行基因型分析，通常使用分子标记技术，比如SNP（Single Nucleotide Polymorphism）标记、SSR（Simple Sequence Repeat）标记等。基因型数据的获取可以通过基因芯片、PCR扩增等方法。

5. 构建遗传连锁图谱：通过分析DH群体中个体的基因型和相关表型数据，使用计算方法和统计模型，可以推断不同标记位点之间的连锁关系和距离，从而构建遗传连锁图谱。DH作图群体的构建方法可以有效地缩短自交纯化的时间，并且在群体中得到了较高的纯合性。这使得DH作图群体成为构建遗传连锁图谱和快速基因定位的有力工具。

利用这些家系群体，基于高通量测序对群体进行基因分型，得到数以万计的SNP标记，构建高密度遗传图谱，用于定位控制重要农艺性状的QTL，是基因定位最有效且最常用的方法之一。接来下我们看一下这些群体在文献中的示例吧。

蒲公英第一个高密度SNP遗传图谱的构建及天然橡胶含量QTL的鉴定

英文题目：Construction of the first high-density SNP genetic map and identification of QTLs for the natural rubber content in Taraxacum kok-saghyz Rodin

发表期刊：BMC Genomics

影响因子：4.547

蒲公英（TKS）是一种很有前景的商业替代天然橡胶（NR）生产植物。培育高NR含量的TKS是一个重要的育种目标，开发与NR含量相关的分子标记可以有效地加快TKS的育种进程。

为了构建高密度SNP遗传图谱并揭示TKS中与NR含量相关的基因组区域，通过杂交两个NR含量显著差异的亲本（l66和X51）构建了TKS的F1作图群体。F1植株NR含量在0.30～15.14%之间，呈正态分布，变异系数为47.61%，表明数量性状遗传。然后，采用全基因组重测序（WGR），生成了12680个bin标记的TKS遗传连锁图，该标记包含322439个SNPs。

根据F1群体的遗传图谱和NR含量，在LG01/Chr01和LG06/Cr06上鉴定出6个LOD>4.0的NR含量的数量性状位点。其中，ChrA06上qHRC-C6-1和qHRC-C6-2之间的2.17Mb基因组区是主要的QTL区，总PVE为65.62%。此外，这6个QTL对NR含量具有显著的加性遗传效应，可用于开发高NR含量TKS的标记辅助选择（MAS）标记。本研究构建了第一个高密度TKS遗传图谱，并鉴定了控制NR含量的QTL和基因组区域，为TKS的精细定位、基于图谱的克隆和MAS提供了有用的信息。

图：用bin标记构建TKS遗传图谱

图：与NR含量相关的QTL的位置

芝麻超密集SNP遗传图谱的构建和与生长习性相关的SiDt基因鉴定

英文题目：Ultra-dense SNP genetic map construction and identification of SiDt gene controlling the determinate growth habit in Sesamum indicum L.

发表期刊：Scientific Reports

影响因子：4.996

芝麻（Sesamum indicum L.）是一种重要的油料作物，具有不确定的生长习性。在这里，作者对Yuzhi 11（不确定，Dt）和Yuzhi DS899（确定，dt1）杂交的F2群体的亲本和120个后代的基因组进行了重测序，并构建了芝麻的超密集SNP图谱，该图谱由3041个bins组成，包括13个连锁群（LGs）中的30193个SNPs，平均标记密度为0.10cM。结果表明，同一隐性基因控制着dt1和第二个决定系dt2（08TP092）的决定性状。决定性性状的QDt1基因座位于LG8的18.0 cM–19.2 cM区间。

基于遗传图谱和基因组关联分析，在Yuzhi11参考基因组的Scaffold 00170中鉴定了靶SNP SiDt27-1和决定性基因DS899s0170.023（此处命名为SiDt）。与dt1基因型中的G397A SNP变化不同，dt2系中的SiDt等位基因从基因组中丢失。这个在芝麻中基于图谱的基因克隆的例子提供了超密集SNP图谱在芝麻精确基因组研究中的实用性的概念证明。

图：芝麻超密SNP图谱的13个连锁群中的分布

图：芝麻SiDt及其等位基因的图谱克隆

利用全基因组DNA测序对豌豆RIL群体进行基因分型的SNP鉴定和遗传作图

英文题目：SNP discovery and genetic mapping using genotyping by sequencing of whole genome genomic DNA from a pea RIL population

发表期刊：BMC Genomics

影响因子：4.547

作者使用四个豌豆系的HiSeq全基因组测序，共发现419024个SNPs，然后使用discoSnp工具在没有组装的情况下直接鉴定SNP标记。随后的过滤鉴定出131850个高度可设计的SNPs，在四个豌豆系中的至少两个之间具有多态性。64754个SNPs的亚群被称为“Baccara”x“PI180693”的48个RIL的亚群，并通过短读测序进行基因分型。该数据用于构建包含64263个标记的WGGBS衍生的豌豆遗传图谱。

该图谱与以前的豌豆共有图谱共线，因此与截茎苜蓿基因组共线。对另外四个豌豆品系的测序表明，根据所考虑的品系对，33%至64%的映射SNPs是多态的，因此可以用于其他杂交。随后对1000个SNPs的子集进行基因分型，使用KASP对其定位进行选择™ 分析表明，几乎所有产生的SNP都是高度可设计的，并且大多数（95%）提供了高度定性的基因分型结果。在SNP发现和SNP推断中使用相当低的测序覆盖率并没有阻碍数十万高质量SNP的鉴定。

图：豌豆遗传图谱

一个异六倍体芸苔属双单倍体群体的高密度遗传图谱揭示了花粉活力和育性的数量性状位点

英文题目：A High-Density Genetic Map of an Allohexaploid Brassica Doubled Haploid Population Reveals Quantitative Trait Loci for Pollen Viability and Fertility

发表期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：5.6

从两个新近合成的异六倍体芸苔属品系的杂交后代中获得了一个双单倍体（DH）定位群体。作者使用RAD测序的SNP遗传变异构建了该群体的高密度遗传连锁图。RAD文库由双亲和146个DH后代的基因组DNA构建。在亲本和后代中总共获得了2.87 G数据，平均测序深度为2.59×。从RAD聚类中总共鉴定了290422个SNP，作者从中开发了7950个在群体中正常分离（1:1）的高质量SNP标记。该连锁图包含来自亲本A、B和C基因组的所有27条染色体，总遗传距离为5725.19 cM，相邻标记之间的平均遗传距离为0.75 cM。非整合连锁群的遗传距离为1534.23cM，占总遗传距离的21%。

在146个DH后代中，91个具有一套完整的27条染色体，正如六倍体物种所期望的那样，27条染色体中有21条在物理图谱和连锁图谱之间显示出高度共线性。DH群体中染色体或染色体片段的缺失与花粉活力的降低有关。25个附加QTL与花粉活力和育性相关性状（种子数量、种子产量、荚长、株高、1000粒重）相关。此外，4个表型性状共检测到44个基因组内和18个基因组间上位性QTL对。这为DH群体的选择提供了信心，以提高未来异六倍体芸苔属物种的花粉活力和生育能力。

图：异六倍体芸苔属遗传图谱及QTL定位

通常群体遗传图谱的构建需要大规模测序，我们拥有高通量的测序仪DNB-seq T7，能够在短时间内低成本高效地测序大量的DNA样本，满足群体遗传图谱构建的要求。针对高通量测序，爱基百客拥有全基因重测序、全外显子测序、宏基因组和RAD/GBS等产品，有相关研究需求的老师欢迎和我们的区域销售工程师联系。

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文献链接：https://pan.baidu.com/s/16MOulV70_lpH4nDzLPuJAw?pwd=24jx

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• 参考文献：

[1] Yang Y, Qin B, Chen Q, Nie Q, Zhang J, Zhang L, Liu S. Construction of the first high-density SNP genetic map and identification of QTLs for the natural rubber content in Taraxacum kok-saghyz Rodin. BMC Genomics. 2023 Jan 10;24(1):13. doi: 10.1186/s12864-022-09105-3. PMID: 36627555; PMCID: PMC9830913.

[2] Zhang H, Miao H, Li C, Wei L, Duan Y, Ma Q, Kong J, Xu F, Chang S. Ultra-dense SNP genetic map construction and identification of SiDt gene controlling the determinate growth habit in Sesamum indicum L. Sci Rep. 2016 Aug 16;6:31556. doi: 10.1038/srep31556. PMID: 27527492; PMCID: PMC4985745.

[3] Boutet G, Alves Carvalho S, Falque M, Peterlongo P, Lhuillier E, Bouchez O, Lavaud C, Pilet-Nayel ML, Rivière N, Baranger A. SNP discovery and genetic mapping using genotyping by sequencing of whole genome genomic DNA from a pea RIL population. BMC Genomics. 2016 Feb 18;17:121. doi: 10.1186/s12864-016-2447-2. PMID: 26892170; PMCID: PMC4758021.

[4] Yang S, Chen S, Zhang K, Li L, Yin Y, Gill RA, Yan G, Meng J, Cowling WA, Zhou W. A High-Density Genetic Map of an Allohexaploid Brassica Doubled Haploid Population Reveals Quantitative Trait Loci for Pollen Viability and Fertility. Front Plant Sci. 2018 Aug 28;9:1161. doi: 10.3389/fpls.2018.01161. PMID: 30210508; PMCID: PMC6123574.