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混合分组分析(BSA)的各种方法技术总结综述与文献

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迅猛龙

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发表于 2016.5.26 17:56:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
       混合分组分析(BSA)是一种将多个同类型个体的DNA混合后测序,然后通过计算混合DNA池中变异位点(通常为SNP)的变异频率,以达到特定分析目标的方法。BSA由于其便宜的优势,目前已在基因定位研究上被大量应用。因此,研究动植物基因定位的童鞋,一定要搞清楚BSA的方法。关于BSA的入门与应用,我们在另一个帖子中放上了周老师解读的一篇综述,大家可以先去看看:http://www.omicshare.com/forum/thread-494-1-1.html

今天分享给大家的是介绍BSA各种方法的综述和相应的文章,这些文章都是出自日本同一个实验室之手(这个实验室好高产)。


BSA有各种方法,包括:QTL-seq、MutMap、MutMap+、MutMap-Gap。


1. QTL-seq
       QTL-seq方法是基于混合分组分析进行QTL定位的方法,也就是大家听得最多的BSA方法。该方法通过选择两个性状差异较大的亲本进行杂交,如抗病与感病、矮杆与高杆,构建F2群体或RIL群体。在这些子代群体中,性状会分离。但由于我们研究的是数量性状,因此性状分离并不会非黑即白,而是会有不同程度的灰。选择表现出极端性状的20~30株进行混池DNA测序,比如极端感病和极端抗病株、最矮的和最高的植株(图a)。然后将两个混池的测序reads比对到其中一个亲本的参考序列(通常选择我们要研究的性状的亲本,如选择抗病亲本),计算SNP-index,并且比较两个极端混池的SNP-index(图b)。在基因组的大部分区域,因为基因的遗传是随机,因此SNP-index大概会在0.5附近。但是在与所研究性状相关的QTL区域,两个性状相反极端混池的SNP-index应该是差异非常大的,通过比较两个极端混池的SNP-index图(△SNP-index),我们可以将与性状相关的QTL大致定位到基因组某一区域(图c)。


2. MutMap
        MutMap方法其实是一种特殊的BSA,通过化学诱变剂EMS制造各种各样的突变体,然后选择与目的性状相关的突变体与亲本杂交(比如我们要研究与株高相关的基因,从诱变得到的一大堆突变体中,我们可以挑选矮株),得到F2代,从F2代中选择突变表型个体进行混池测序。然后将测序得到的reads比对到亲本基因组上,计算SNP-index。由于F2子代个体应该是所研究性状突变位点的纯合个体,因此SNP-index应该为1。而其他与性状无关的SNP位点,SNP-index大约为0.5。与突变位点邻近的SNP位点,由于连锁效应,SNP-index也会增加,即>0.5。因此我们从SNP-index图可以看到一个峰,性状相关候选基因就位于该区域内。


3. MutMap+
MutMap+是MutMap的一种特殊形式,因为MutMap需要用成年的突变株和亲本回交,因此对于早期致死突变或者无法异交的突变株,MutMap并不适用。MutMap+不需要成年纯合突变株与亲本回交,而是采取表型为野生型,但突变基因型为杂合的个体自交的方法,因此适用于这两种情况。
        MutMap+的具体方法如下图。EMS诱变产生的M1自交产生M2,若所研究突变性状是由一个隐性基因控制的,那么选择杂合突变基因型的野生型M2自交,产生M3。M3发生性状分离,选择M3子代中野生型和突变型各20株个体,混池测序。然后将测序得到的reads分别比对到亲本基因组上,计算SNP-index。由于M2许多突变位点已经纯合,导致M2自交产生的M3子代基因组上很多区域的SNP-index都为1。但是突变位点SNP-index为1是只有突变池才有的(下图D)。因此,通过比较突变池和野生池的SNP-index图,计算△SNP-index,去除背景噪音,我们可以找出突变所在的基因区域,定位突变基因(下图E)。


4. MutMap-Gap
       以上的MutMap和MutMap+方法,我们都需要知道亲本的参考序列。但是在大多数情况下,我们研究的品系可能与数据库中该物种的参考基因组有一些区别。如文章中这个日本实验室团队,他们研究的水稻品种是“Hitomebore”,但是水稻的参考基因组来自品种“Nipponbare”。由于计算SNP-index时需要比对到亲本的参考序列上,如果EMS诱导的突变发生在一个参考基因组没有的基因上,那么用上述的MutMap和MutMap+就无法找出该候选基因。MutMap-Gap方法就是结合了MutMap和de novo组装的一种基因定位方法。在这个方法中,首先通过将所研究品系的野生型和参考基因组比对,得到所研究品系的参考基因组。然后进行EMS诱变,进行MutMap分析,得到SNP-index图。对位于SNP-index图peak区域内的基因进行分析,如果在这个区域内找不到跟突变性状相关的基因,那么突变位点很有可能就在品系特有基因区域内(图A)。这时候我们将之前比对不上参考基因组的野生型亲本unmapped reads,和位于这个peak区域的野生型亲本mapped reads一起进行de novo组装,得到潜在的新基因,再以此为参考计算SNP-index(图B)。利用MutMap-Gap方法,这个日本实验室成功鉴定了水稻Hitomebore品系的抗性基因Pii上的一个SNP,这个抗性基因Pii在Nipponbare参考基因组上是不存在的。因此,MutMap-Gap方法在定位快速变异的基因,如植物抗病基因上,是非常有效的。

图A


图B

查看这几种方法的综述介绍,请从下面链接下载:

这四种方法相应的文章,请从下面链接下载:
QTL-seq:
Mutmap:
Mutmap+:
Mutmap-Gap:

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功夫熊猫

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灌水之王


发表于 2016.5.26 21:15:33 来自手机 | 显示全部楼层
我们学农学的用的上。谢楼主
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迅猛龙

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 楼主| 发表于 2016.5.27 13:42:10 | 显示全部楼层
chai1986 发表于 2016.5.26 21:15
我们学农学的用的上。谢楼主

你们满意我们就开心
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发表于 2016.5.28 22:13:07 | 显示全部楼层
好腻害!
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中华鲟

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发表于 2016.6.7 09:16:00 | 显示全部楼层
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钵水母

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楼主分享给力
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帝王蝶

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发表于 2016.9.27 21:36:29 | 显示全部楼层
如此全面,Mark留下
加油啊
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钵水母

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发表于 2016.9.28 19:39:50 | 显示全部楼层
多看综述,总能学到很多
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中华鲟

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发表于 2016.10.4 23:26:37 | 显示全部楼层
很有用
新的一天加油!
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钵水母

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发表于 2016.10.8 16:49:10 | 显示全部楼层
不错 这个得好好看看
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帝王蝶

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发表于 2016.11.22 23:07:52 来自手机 | 显示全部楼层
收下了
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