Loading article…
量的形質遺伝子座マッピング（QTLマッピング）とは、重要な経済的、健康的、または環境的特性に関与する遺伝子を含む可能性のあるゲノム領域を特定するプロセスです。QTLマッピングは、植物育種家や遺伝学者が関心のある表現型と潜在的な原因遺伝子を関連付けるために日常的に行う重要な活動です。家系ベースのQTLマッピングは、複数の家系を用いるQTLマッピングの一種です。
家系図情報には、祖先に関する情報が含まれます。家系図の記録は、何世紀にもわたる伝統です。家系図は、遺伝子マーカーデータを用いて検証することもできます。
この方法は、植物育種集団の文脈で議論されてきた。[ 1 ]植物育種家は系譜記録を保持しており、系譜に基づく選抜はいくつかの植物種で人気がある。植物の系譜は人間の系譜とは異なり、特に植物は雌雄同体であるため、個体は雄または雌になり、交配は近親交配ループを伴うランダムな組み合わせで行われる。また、植物の系譜には「自家受粉」によって生じた子孫、すなわち「自家受粉個体」が含まれる場合がある。
シンプルな十字記号の例 / 一次交配 SON 64/KLRE //、2次クロスIR 64/KLRE // CIAN0 /3/、3次交配 TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/、第4次交配 TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/ SEE /n/、n次クロス バッククロスシンボル *nn バッククロス親が使用された回数 左側のシンプルな十字のシンボル、 バッククロス親は雌で、 右側 – 男性、 例: SEE/3*ANE、TOBS*6/CIAN0
家族ベースのQTLマッピングのアイデアは、マーカーアレルの遺伝と関心のある形質との関連性から来ており[ 1 ]は、植物育種家系で家族ベースの関連性を使用する方法を示しています。
従来のマッピング集団は、2 組または 3 組の親の交配からなる単一の家系で構成され、多くの場合、それらの親は遠縁です。従来のマッピング方法にはいくつかの重要な制限があります。その中には、多型率が限られていることや、複数の遺伝的背景におけるマーカーの有効性が示されていないことなどが含まれます。多くの場合、QTL マッピング集団が開発されマッピングされる頃には、育種家は従来の育種および選抜方法を使用して新しい QTL を導入しています。これにより、MAS (マーカー支援選抜) が最も有用となる時期 (つまり、新しい QTL が特定された直後) に、育種プログラム内での MAS の有用性が低下する可能性があります。[ 2 ]家系ベースの QTL マッピングは、既存の植物育種家系を使用することで、この制限を取り除きます。
大まかに言って、研究デザインには3つの種類があります。拡大家族や核家族から多数の親族をサンプリングする研究デザイン、親族のペア（例えば兄弟姉妹）をサンプリングする研究デザイン、そして血縁関係のない個人をサンプリングする研究デザインです。
血縁関係が不明な個体（無関係と考えられる）の自然な集合が、マッピング集団を構成します。集団ベースの関連マッピング技術は、この種の集団に基づいています。植物の文脈では、ほとんどの個体が何らかの形で関連しているため、このような集団を見つけるのは困難です。この方法のもう1つの欠点は、たとえそのような集団を見つけることができたとしても、そのような状況では、目的の対立遺伝子（通常は突然変異）の高い対立遺伝子頻度を見つけるのが難しいことです。対立遺伝子頻度のバランスを取るために、通常は症例対照研究が行われます。
このようなデザインには、複数の独立した家族から選ばれた兄弟姉妹のペアが含まれます。各兄弟姉妹ペアのメンバーはランダムに選ばれるわけではなく、多くの場合、両方の兄弟姉妹がQT分布の片方の裾（上側または下側）から選ばれる（一致する兄弟姉妹）、または一方の兄弟姉妹が上側の裾から選ばれ、もう一方の兄弟姉妹が下側の裾から選ばれる（不一致の兄弟姉妹）といった方法があります。別のサンプリングデザインとしては、兄弟姉妹のペアがあり、一方は分布の上側または下側の裾から選ばれ、もう一方は残りの兄弟姉妹の中からランダムに選ばれるという方法もあります。
トリオとは、両親と1人の子ども（最も影響を受ける子ども）からなるグループです。トリオは、関連研究でよく用いられます。関連マッピングの概念では、各トリオは互いに無関係ですが、トリオ自体は関連していると考えられています。
核家族は、2世代からなる単純な家系図で構成される。
拡張家系図には、複数世代の家系図が含まれます。家系図の深さや幅は、利用可能な家系図情報に応じて決まります。拡張家系図は、連鎖解析に適しています。
連鎖解析と関連解析は、遺伝子発見、局在、機能解析のための主要なツールです。[ 3 ] [ 4 ]これらのアプローチの概念的基盤は長い間知られていましたが、近年の分子遺伝学の進歩、効率的なアルゴリズムの開発、計算能力の向上により、これらの方法の大規模な適用が可能になりました。連鎖研究では、家族内で形質と共分離する遺伝子座を特定しようとしますが、関連研究では、集団レベルで表現型と関連する特定の変異を特定しようとします。これらは相補的な方法であり、一緒にゲノムを調査し、複雑な形質の病因を説明する手段を提供します。連鎖研究では、家族内で多型マーカーによってタグ付けされた特定のゲノム領域と共分離する遺伝子座を特定しようとします。対照的に、関連研究では、個体のサンプルで特定の遺伝的変異と形質の変異の間の相関関係を探し、変異の因果的役割を示唆します。
遺伝的連鎖とは、異なる遺伝子座の対立遺伝子が家族内で共分離する現象です。共分離の強さは、組換え率θ、つまり奇数回の組換えの確率によって測定されます。複雑な家系図ほど検出力が高くなります。同一祖先由来（IBD）行列の推定は、分散成分モデルを使用した量的形質遺伝子座（QTL）のマッピングにおける中心的な要素です。対立遺伝子は、表現型効果が同じである場合、タイプ同一（IBT）となります。タイプ同一である対立遺伝子は、2つのグループに分類されます。1つは、前の世代で同じ対立遺伝子から生じたため、同一祖先由来（IBD）である対立遺伝子、もう1つは、別々の突然変異から生じたため、非同一祖先由来（NIBD）または同一状態（IBS）である対立遺伝子です。親子のペアは遺伝子の50%をIBDで共有し、一卵性双生児は100%をIBDで共有します。連鎖解析において重要なのは、隣接する遺伝子座における対立遺伝子の遺伝（または共遺伝）です。したがって、対立遺伝子が同一祖先由来（つまり、同じ親の対立遺伝子のコピー）なのか、それとも状態のみ同一（つまり、見た目は同じだが、2つの異なる対立遺伝子のコピーに由来）なのかを判断することが極めて重要です。そのため、家族ベースの連鎖解析には、強力なモデル化（従来のロッドスコアモデル）、弱いモデル化（分散成分法）、またはモデルフリーの3つのカテゴリーがあります。分散成分法は、ハイブリッドと見なすことができます。
連鎖不平衡（LD）と関連マッピングは、既存の遺伝資源コレクションを利用して量的形質遺伝子座（QTL）を精密にマッピングし、候補遺伝子を検証し、関心のある対立遺伝子を特定できる可能性から、植物遺伝学コミュニティで大きな注目を集めている（Yu and Buckler、2006）。関連マッピングを実施したり、結果を解釈したりする上で特に重要な3つの要素は以下のとおりである。
集団ベースの関連性検査とは対照的に、家族ベースの関連性検査がますます普及しつつある。
家族ベースのトランス不均衡検定 (TDT) は近年広く普及しており、この方法も影響を受ける子孫に伝達される対立遺伝子に焦点を当てていますが、関連性の根底にある連鎖と不均衡の両方を考慮するように定式化されています。この検定では、影響を受けた子供と両方の生物学的親の 3 人の個体の遺伝子型情報が必要であり、検定が有益であるためには、少なくとも一方の親がヘテロ接合体である必要があります。提案されている検定統計量は実際にはMcNemar のカイ二乗統計量であり、推定される疾患関連対立遺伝子がヘテロ接合体の親から 50% の確率で伝達されるという帰無仮説を、形質陽性対立遺伝子関連対立遺伝子がより頻繁に伝達されるという対立仮説に対して検定します。TDT は集団構造や混合の影響を受けません。家族ベースの関連性検定の概念は量的形質にも拡張されています。
TDTは量的形質および核家族または拡大家系図の文脈で拡張されています。一般化されたテストにより、あらゆるタイプの家族をテストに使用できます。QTDTはハプロタイプベースの関連マッピングにも拡張されています。ハプロタイプとは、同じ染色体上に近接して位置し、一緒に遺伝する傾向があるマーカーアレルの組み合わせを指します。高密度SNPマーカーが利用可能になったことで、ハプロタイプは関連研究において重要な役割を果たしています。第一に、ハプロタイプはゲノム全体にわたるLDパターンを理解する上で重要であり、これは関連研究に不可欠です。実際、LDパターンを理解するには、ハプロタイプ自体を知ること以上に良い方法はありません。ハプロタイプは、染色体に沿ってアレルがどのように組織化されているかを示し、評価全体にわたる遺伝パターンを反映します。第二に、ハプロタイプに基づく方法は、複雑形質遺伝子のマッピングの関連研究において、単一マーカーに基づく方法よりも強力になる可能性があります。
ヒト遺伝学の分野では、COPE (COllaborative Pedigree drawing Environment)、CYRILLIC、FTM (Family Tree Maker)、FTREE、KINDRED、PED (PEdigree Drawing software)、PEDHUNTER、PEDIGRAPH、PEDIGREE/DRAW、PEDIGREE-VISUALIZER、PEDPLOT、PEDRAW/WPEDRAW (Pedigree Drawing/ Window Pedigree Drawing (MS-Window および X-Window 版の PEDRAW))、PROGENY (Progeny Software, LLC) など、いくつかの系統図作成ソフトウェアが利用可能です。しかし、植物の系統図作成には、近親交配、自家受粉、突然変異、倍数性など、Pedimapでサポートされている追加機能が必要です。 pedimapは、二倍体と四倍体の両方のあらゆる種類の植物系統図において、表現型、遺伝子型、およびibd確率データとともに系統図の可視化に使用できます。