QTL原理和统计分析方法及其在果树上的研究进展

赵慧

摘 要：本文对QTL作图的原理、定位的必要条件及其常用统计方法做了简单介绍，综述了6种分子标记在果树上的应用和近年来国内外在果树数量性状遗传的研究进展

关键词：果树，数量性状，研究进展，QTL，应用

果树的抗逆性 、抗虫性、抗病性 、产量、果色 、品质 、熟期、树冠等重要农艺性状均表现为数量遗传，控制数量性状的基因称为多基因或微效基因，它们在染色体上的位置称为数量性状基因座（quantitative trait locus，QTL）。

近年来，对果树QTL已进行了大量的研究，取得了不少成果和進展。本文就有关这方面的研究现状作一简要综述。

一、QTL定位策略

1.QTL作图原理及QTL定位的必要条件

QTL作图是通过分析整个染色体组的DNA标记和数量性状表型值的关系，将QTL逐一定位到连锁群的相应位置，并估计其遗传效应。一般步骤包括：（1）构建遗传连锁图;（2）选择具有相对性状的纯系进行杂交，获得适宜的作图群体;（3）检测分离世代群体中每一个体的标记基因型和数量性状值;（4）分析标记基因型和数量性状值的相互关联，确定QTL在染色体上的相对位置，估计QTL的有关遗传参数。

2.QTL定位的统计分析方法

利用分子标记正确进行QTL定位及其效应的估计，主要依赖于QTL作图的统计模型和方法，20世纪80年代以来，先后发展了20多种QTL作图的统计方法，应用比较广泛的主要有以下几种：

（1） 单一标记分析法。单标记分析法就是通过方差分析、回归分析或似然比检验，比较不同标记基因型数量性状均值的差异。如存在显著差异，则说明控制该数量性状的QTL与标记有连锁。

（2）区间作图法。区间作图法即通过利用相邻的一对遗传标记来检测该遗传连锁区间与数量性状观测值之间的相关是否显著。该方法已广泛应用于包括植物的遗传研究中，并曾被认为是构建QTL图谱的标准方法。

（3）复合区间作图法。为了克服区间作图法的上述缺陷以及能利用多个遗传标记的信息，Zeng等发展了复合区间作图法，并将多元回归分析引入区间作图，实现了同时利用多个遗传标记信息对基因组的多个区间进行多个QTL的同步检验。该方法要点是，对某一特定标记区间进行检测时，将与其他QTL连锁的标记也拟合在模型中以控制背景遗传效应。

（4） QTL定位的混合线性模型方法。朱军等于1999年提出了包括加性效应、显性效应及其与环境互作效应的混合线性模型复合区间作图方法和可以分析包括上位性的各项遗传主效应及其与环境互作效应的QTL作图方法。该方法把群体均值、QTL的各项遗传主效应（包括加性效应、显性效应和上位性效应）作为固定效应，而把环境效应、QTL与环境互作效应、分子标记效应及其与环境的互作效应以及残差作为随机效应，将效应估计和定位分析结合起来，进行多环境下的联合QTL定位分析，提高了作图的精度和效率。

二、果树分子遗传作图所利用的分子标记

果树的抗逆性 、抗虫性、抗病性 、产量、果色 、品质 、熟期、树冠等重要农艺性状均表现为数量遗传。最早证实遗传标记与 QTL连锁遗传关系的是 Sax， 他用菜豆作试材时发现种皮颜色与种子平均大小有密切关系。要构建 QTL图谱首先必须建立起与QTL相连锁的分子标记，分子标记数目越多并与 QTL连锁越紧密 ， 就越有可能准确地估计QTL的位置。

1.同工酶技术 （isoenzym et echnology）

同工酶标记是显性标记，父母本的基因型在后代都可检测出来，在遗传背景不十分清楚的条件下，同工酶标记的确不失为一种好的标记。果树植物在遗传背景不十分清楚的情况下，将同工酶标记和其他分子标记相结合进行，其准确性会提高。

2.RFLP技术 （restrictionfragment lengt hpolymorphism ，RFLP）

基因组 DNA经特定的限制性内切酶消化后，会产生大量的 DNA片段，通过 Southern杂交技术，就可以将与特定探针杂交的DNA片段识别出来。两个亲本间的 DNA片段的差异 （多态性 DNA片段）会在后代中发生分离，所以 RFLP获得的多态性 DNA片段可用于分子遗传作图。RFLP是一种用于分子遗传作图较好的共显性标记。Wang等利用 RFLP 技术构建了甜樱桃 （RSXEB） 的连锁图 ， 母本 RS图谱有 126个 RFLP标记 ， 由 19 个连锁群组成，总长 461.6 cm;父本 EB图谱有 95 个 RFLP标记，由 16个连锁群组成，总长 279.2 cm。

3.RAPD技术 （randomamplifiedpolymor phicDNA，R APD）

RAPD技术是 由美 国的 Williams和 W elsh。两 个 研究小 组 于 1990年 同时 发展 起 来 的技 术 ，它 以PCR反应为基础，采用 1Obp的寡核苷酸为引物进行模板 DNA多态片段的随机扩增和检测 。由于 RAPD技术不需要事先获得模板 DNA序列信息，省略了 RFLP所需的克隆探针制备、同位素操作 和 Southern印迹 杂 交 等 步 骤 ，而 且 所 需DNA样品量小、设备及技术简单 、周期短 、扩增没有特异性、合成一套引物可用于不同物种基因组的分析，因而受到研究者的普遍青睐。Hemmat等利用 RAPD并结合 BSA技术 ， 获得了与抗苹果虎皮病 （scab）基因紧密连续的 RAPD标记。西北农林科技大学园艺学院利用该技术 ， 成功获得了分别与抗葡萄 5 种主要真菌病基因连锁的 RAPD标记 8个。

4.AFLP 技术 （amplificationfragm entlengthpolymor phism，AFLP）

AFIP是 1993年 由荷 兰 Keygene公 司Zabeau等 发 明 的一种 DNA 分子 标记 技 术。主要 过 程 是 限 制 性 酶 切 片 段 的 选 择 性 扩 增，AFLP结合 了 RFLP的稳定性和 PCR技术高效性 的特点 ，不 需 Southern杂交 。AFLP多 态性高，可 检 测 5O～ 100甚 至 更 多 的 扩 增 片 段。AFLP是一种十分理想有效 的分子标记 ，现已应用于核果类果树 的遗传作 图、DNA指纹 图谱鉴定、遗传多样性分析 、基因标记等许多研究领域。但因试剂盒成本较贵 ， 果树植物应用该技术进行遗传作图不多见。

5.SSR 技术 （simplesequencer epeat ，SSR）

SSR 称为简单串联重复序列， 或称为简单串联重复序列多态性 （shorttandemrepeatpolymorphism，STRP） ， 或称为微卫星序列 （microsatellite）。高等生物的基因组 DNA中 ， 普遍存在 1～6 个碱基对组成的简单重复序列， 而且发现植物中 AT和 CAT是一种较普遍的重复。

三、QTL在果树上的研究现状

目前， 已在核果類果树分子连锁图谱上发现许多数量性状位点，Dirlewanger等利用桃 FefialouJalousia与油桃Fantasia杂交 获得 的 63株 F2群 体，使用 同工酶、RFLP、RAPD和 AFLP技术构建了一个遗传 图谱 ，并分析了果实鲜重、pH值、可滴定酸、糖 （蔗糖、山梨醇 糖、果糖 ）、有机酸（苹果酸、柠檬酸、奎尼酸）的QTLs，并发现它们集中分布在 2个连锁群上。

四、展望

对于果树育种而言， 验证在某个杂交组合里发现的QTLs在不同组合和不同遗传背景下的稳定性是极其重要的，也就是说我们需要发现那些“通用”的QTLs。 然而由于缺乏合适的标记系统，验证不同遗传背景下QTLs的效应在目前构建的遗传图谱的基础上很难进行。 如果能够利用QTLs位点本身作为标记，即利用控制性状表达的基因作为遗传标记，连锁平衡带来的问题就会大大减少， 同时标记辅助选择的效率也会得到提高。

参考文献：

[1] 朱军.复杂数量性状基因定位的混合线性模型方法[A].王连铮，戴景瑞（主编）：全国作物育种学术讨论会论文集[C].

基金项目：甜樱桃新品种创制与节本提质增效技术研究（2018J12SN081），大连市科技创新基金项目;甜樱桃果实大小相关基因的筛选与验证（**），大连市青年科技之星项目。