2021-10-19
一. GWAS與群體結構
（1）群(qun)體(ti)(ti)遺(yi)傳(chuan)結構(gou)：群(qun)體(ti)(ti)水平大尺(chi)度遺(yi)傳(chuan)差異，亞群(qun)水平等位基(ji)因頻率差異，不同祖先來源(yuan)，個體(ti)(ti)間親緣(yuan)關系，家系等不同的(de)群(qun)體(ti)(ti)結構(gou)。 圖1 群體結構類型 （2）群(qun)(qun)體(ti)結(jie)(jie)構對(dui)(dui)GWAS的(de)(de)影響：GWAS的(de)(de)研究對(dui)(dui)象包括自然(ran)群(qun)(qun)體(ti)、種(zhong)質資源，半同(tong)胞家(jia)(jia)(jia)系(xi)，混(hun)合家(jia)(jia)(jia)系(xi)，MAGIC/NAM家(jia)(jia)(jia)系(xi)等(deng)。自然(ran)群(qun)(qun)體(ti)內性狀變(bian)(bian)異(yi)和(he)遺傳(chuan)(chuan)變(bian)(bian)異(yi)豐富，群(qun)(qun)體(ti)內積累許多重組和(he)突(tu)變(bian)(bian)信(xin)息(xi)，使用GWAS定位(wei)(wei)的(de)(de)分(fen)(fen)辨率大大提高；使用人工設(she)計(ji)群(qun)(qun)體(ti)進行GWAS一方(fang)面(mian)降低群(qun)(qun)體(ti)內分(fen)(fen)化情況(kuang)，另(ling)一方(fang)面(mian)避免稀有等(deng)位(wei)(wei)變(bian)(bian)異(yi)的(de)(de)丟失。但是，GWAS分(fen)(fen)析時也存在困(kun)難，每個亞群(qun)(qun)樣(yang)本(ben)共享(xiang)一種(zhong)生活方(fang)式，導(dao)致許多目標性狀直接與(yu)亞群(qun)(qun)或世系(xi)相關；亞群(qun)(qun)間(jian)本(ben)身的(de)(de)表型差(cha)異(yi)；群(qun)(qun)體(ti)內等(deng)位(wei)(wei)基因頻率差(cha)異(yi)大的(de)(de)位(wei)(wei)點(dian)與(yu)表型關聯，導(dao)致出現假陽性。所以，GWAS需要選(xuan)擇(ze)統計(ji)學模型（如GLM、MLM）校(xiao)正群(qun)(qun)體(ti)結(jie)(jie)構，我們在選(xuan)擇(ze)材料(liao)時，保持群(qun)(qun)體(ti)豐富遺傳(chuan)(chuan)變(bian)(bian)異(yi)的(de)(de)同(tong)時，也要盡量避免過于復雜的(de)(de)群(qun)(qun)體(ti)結(jie)(jie)構。 二. 群體結構分析 （1）主成分分析 通過正交交換將一組(zu)可(ke)能存在相關(guan)(guan)性的變(bian)(bian)量轉換為一組(zu)線性不(bu)相關(guan)(guan)的變(bian)(bian)量，PCA分析展示比較能區分群體(ti)的2-3個主成分。 （2）系統進化樹 表示(shi)生物的進(jin)化歷程和親緣關系，基于不同算法(fa)可以構建(jian)NJ樹（MEGA）、ML樹（RAxML）、貝葉斯樹（ExaBayes）等(deng)。 （3）structure 反映遺傳(chuan)變(bian)異在物(wu)種或群體的分布，推斷(duan)群體數目(mu)，判斷(duan)某個體屬于哪個群體，基(ji)于不同算法的分析軟件有STRUCTURE、ADMIXTURE、fastSTRUCTURE、TeraStructue等。 （4）遺傳關系矩陣 包括血緣，共(gong)同祖先及其(qi)他共(gong)同特(te)征的關(guan)系，可以根據系譜關(guan)系、標(biao)記(ji)基(ji)因型（AA、Aa、aa）、標(biao)記(ji)歐氏距離（ED值(zhi)）等方法推斷，MLM可以作為協方差控制假陽性。 圖2 群體結構分析 三. 經典文獻——GWAS解析二倍體棉關鍵農藝性狀的遺傳基礎 （1）實驗材(cai)料： 重測序230份亞洲棉材料（G. arboreum）和13份草棉材料（G. herbaceum），收集來自華南（SC）、長江流域（YZR）和黃河流域（YER），代表中國二倍體棉的表型和地理多樣性。 （2）測序方(fang)案： Illumina HiSeq 2500，PE125，每份材料~6.0×，過濾得到72419 SNPs。 （3）部分結論： 雷德蒙氏棉（G. raimondii）作為外類群構建NJ樹發現亞洲棉和草棉分成兩個獨立枝，亞洲棉劃分出SC、YZR、YER等地理分組，PCA分析進一步驗證，說明亞洲棉和草棉從不同野生祖先獨立馴化。SC分組核苷酸多態性更高（π=0.211×10?3），說明亞洲棉最初在SC栽培然后傳播到YZR和YER，亞洲棉（r2=0.40）和草棉（r2=0.39）LD值相似于大豆和水稻地方品種，明顯高于玉米栽培品種。Model-based 群體結構分析發現YER顯著區別于SC、YER，說明人工選擇在作物馴化中起重要作用。11個重要性狀GWAS發現98個顯著關聯信號，25個在基因區域，農藝性狀相關的主效GWAS信號在形態上表現地理分化，如花期、棉鈴重和抗病性等，所以成熟度、產量和抗病性狀一直處于強烈的人工/地理選擇。 圖3 二倍體棉基因組與地理差異
