前世今生 • BSA ❷

2022-08-12 02:48:08, NTLx 上海欧易生物医学科技有限公司

原文

Zou C, Wang P, Xu Y. Bulked sample analysis in genetics, genomics and crop improvement[J]. Plant biotechnology journal, 2016.

Bulks: segregants and variants

如前文所述(前世今生 • BSA ❶)，在任何群体中，BSA可于表型有显著差异的个体（同一性状的个体混池）中鉴定目的基因，而非目的基因在具有差异的两样本（即两个混池）之间是随机变化的。样本可从两种遗传背景的群体中收集：（i）双亲本或多亲本分离群体中的分离子，或者（ii）一个物种的任何类型群体中不同遗传变异背景的部分。

Segregants

BSA当中的“分离”（segregant）可能来源于具有双亲本或者三向、四向杂交等多亲本群体的分离子，包括一些特殊设计的群体，例如diallel design、North Carolina Design（NCD）^[1]、multiparent advanced generation intercross^[2]和nested association mapping^[3]等。

Figure 1 | Plant populations and their relationships.

H&D, chromosome haploidization and doubling; BC, backcross; BIL, backcross inbred line; DH, double haploid; IM, intermating; MAGIC, multiparent advance generation intercross; CP, common parent; NAM, nested association mapping; NIL, near-isogenic line; RIL, recombinant inbred line; TC, testcross; TTC, triple testcross; sTTC, simplified triple testcross; NCD, North Carolina Design.

利用BSA做极端差异的分离子或表型时常用双亲本群体，包括F₂，F_2:3，BC₁，RILs（recombinant inbred lines）和DHs（doubled haploids）等。RIL和DH群体中包括纯合个体，这些个体能够以自交保持并可在不同地域、时间进行评估。

作为两种主要的多亲本群体之一，NAM是经过将一个通用品系与其他不同品系杂交后产生一个RIL群体的过程开发而来。与NAM不同，MAGIC群体以多个双亲杂交开始，衍生出一个包含所有亲本系的复合杂种，最后从其中开发一组RIL或DH群体。

通过将一个群体中的每个个体与其亲本系、F₁或测交子杂交，双亲本或多亲本群体可以产生某些类型的测交群体。在这种情况下，对用于测交的个体进行基因分型，而对交配后代进行表型分型。为构建测交群体，可探索几种交配设计，包括diallel、NCD（I、II、III）、triple test cross等。

研究中发现的一些重要现象可构建测交群体来分析，有助于理解其遗传机制，例如杂交性能（hybrid performance）、组合能力（combining ability）和杂种优势（heterosis）等。

Variants

本系列中用“变种”（variants）来指代纯合或经过固定（Fixed）的个体，同时也代表目标位点的全部变化，但不包括群体内非目标性状的随机变化。与直接来自两个或多个亲本系的一组分离子不同，变体来自天然存在的群体（自然群体），每个突变体文库包含一组突变体或来自不同来源的一组变种（Figure 1）。利用这些群体的差异个体进行分析可以绕过构建大型群体的需求。

自然群体由来自特定物种的一组个体（比方说品种、近交系、种质、生态型、种族等）组成，代表目标性状的全谱变异。这种类型的群体通常涉及广泛的遗传背景，具有可被靶向的几种性状。由于非目标性状的多样性变化，优选受控或受控环境下的表型^[4]。自然种群已广泛用于植物，包括75个野生种、地方品种和改良的玉米品系^[5]；278个玉米自交系^[6]、285个玉米近交系及其与两个测交子杂交产生的570个测交后代^[7]、517个水稻地方品种^[8]、950个水稻变种^[9]、971个高粱种质^[10]等。

使用靶向诱导的局部损伤（TILLING）策略产生大量突变后，为了覆盖所有突变位点，需要开发出大量的突变体，这不但耗时而且费用很高。突变体文库已被用于发现水稻广泛富集的DNA（extensively pooled DNA）中的罕见突变^[11]、玉米发育中生殖核miRNA的鉴定与功能分析^[12]、甲磺酸乙酯（EMS）诱导的水稻和小麦基因组突变的检测和编目^[13]、筛选增强烟草产量和相关代谢性状的突变体^[14]等。

BSA可选择不同来源但在相同目标性状上具有变化的一组变种进行混池，这种混池的样本可以来自不同来源的群体或者来自多个亲本作为供体的突变体，还可能包含分离子与不同来源变种的混合样本。

Reference

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