全基因組關(guān)聯(lián)分析 （Genome-Wide Association Study，GWAS）在動植物的研究中對于重要性狀特別是復(fù)雜性狀的定位有著快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)?；诟咄繙y序?qū)δ撤N農(nóng)作物或禽畜的代表性品種、地方種或野生種進(jìn)行基因分型，結(jié)合準(zhǔn)確的表型數(shù)據(jù)可對農(nóng)作物或禽畜重要復(fù)雜性性狀進(jìn)行定位。特別是在包含了野生種、馴化種和改良種的群體中，結(jié)合群體進(jìn)化分析對收到馴化和改良的重要基因進(jìn)行定位，是研究作物或禽畜微進(jìn)化及馴化改良表型的重要思路。
全基因組關(guān)聯(lián)分析快速定位影響水稻農(nóng)藝性狀的新基因
Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies new genes influencing agronomic traits in rice
期 刊：Nature Genetics 發(fā)表時(shí)間：2016.06 發(fā)表單位：日本名古屋大學(xué)
影響因子：29.352
對于鑒定未知基因與QTL的關(guān)聯(lián)存在較大困難的原因在于：1、具有豐富多態(tài)性的作物群體材料常常存在強(qiáng)烈的群體結(jié)構(gòu)效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致表型與分子標(biāo)記之間的假陽性關(guān)聯(lián)結(jié)果。2、LD衰減距離過長導(dǎo)致未知基因鑒定困難，特別是當(dāng)單個(gè)LD衰減范圍內(nèi)存在多個(gè)候選基因表現(xiàn)出顯著信號時(shí)，對于與目標(biāo)基因關(guān)聯(lián)的真實(shí)基因需要通過額外的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。
材料：選取了沒有較高群體結(jié)構(gòu)、彼此之間有一定血緣關(guān)系的176日本粳稻品種，同時(shí)群體又表現(xiàn)出很高的群體多態(tài)性
建庫：DNA小片段文庫
測序：二代測序，PE100，5.8X
分析：群體結(jié)構(gòu)分析，LD分析，關(guān)聯(lián)分析
群體表型鑒定
選擇表型呈正太分布且組間存在豐富差異的材料；基于樣本間SNPs多態(tài)性的群體結(jié)構(gòu)分析則表明在這些表型差異豐富的材料之間不存在明顯的群體分層。群體的LD衰減物理距離在445kb（r2=0.2），與已報(bào)道的具有更高表型多態(tài)性的群體相比，LD衰減比較一致，說明材料的選擇對控制LD衰減有一定的幫助。
圖1 群體表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與主成分分析
GWAS快速鑒定性狀關(guān)聯(lián)基因及驗(yàn)證
文章通過使用混合線性模型進(jìn)行GWAS關(guān)聯(lián)分析，鑒定到了26個(gè)LOD值大于4.77的位點(diǎn)，其中有3個(gè)最高的信號位點(diǎn)分別位于染色體1,6,11，兩個(gè)峰點(diǎn)的位置與已報(bào)道的抽穗期相關(guān)基因Hd6和Hd2的QTL定位結(jié)果一致，分別定位于染色體3和染色體7。對于GWAS定位結(jié)果的驗(yàn)證，采用已報(bào)道的QTL來驗(yàn)證是最具說服力的。
圖2 與水稻拔節(jié)相關(guān)的QTL定位結(jié)果
新基因的鑒定
對于未經(jīng)報(bào)道的QTL定位信號，其中位于染色體1的候選區(qū)域被錨定在36.30 Mb到36.65 Mb之間（346 Kb），該候選區(qū)域包括了91個(gè)與抽穗期顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)和7個(gè)基因，其中基因LOC_Os01g62780與擬南芥的HESO1基因同源，該基因在擬南芥中表現(xiàn)為延遲開花。同樣，位于第11號染色體上也挖掘到了與水稻抽穗期相關(guān)的候選基因LOC_Os11g08410。研究者也對水稻的分蘗數(shù)、葉寬等性狀進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，獲得了許多控制上述農(nóng)藝性狀的候選基因。
為保證GWAS分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，文章在材料選擇方面選擇了群體結(jié)構(gòu)分層不明顯的水稻材料?；诨虻年P(guān)聯(lián)分析對農(nóng)藝性狀GWAS分析檢測的假陽性結(jié)果有很好控制效果。
Yano K, Yamamoto E, Aya K, et al. Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifies new genes influencing agronomic traits in rice[J]. Nature Genetics, 2016.
