BSA分析(一)——原理及發(fā)展史

背景及原理

BSA(Bulk Segregation Analysis)最早是由Michelmore等人(Michelmore et al., 1991)提出,該實驗室起初是為了鑒定F2群體中和Dm5/8(生菜霜霉病抗性位點)連鎖的分子標記叠赦。該實驗通過對極端表型分組(每組內(nèi)20個左右單株形成混池),然后基于分子標記(AFLP鳍征,RAPD掌猛,SCAR熔脂,SSR等)觀察混池中的條帶多態(tài)性情況,從而鎖定與目標位點連鎖的分子標記铜犬。


BSA的基本原理:如果某個標記在同一個分組內(nèi)所有混池中的條帶有差異舞终,且兩極端性狀分組混池的條帶一致,則說明該標記和目標序列區(qū)段不連鎖癣猾;如果一個混池中條帶無差異敛劝,且在兩極端混池條帶呈現(xiàn)多態(tài)性,則說明該標記和目標序列區(qū)段連鎖纷宇。即在兩個混池之間夸盟,與目標性狀相關的等位基因以及與其連鎖的等位基因頻率存在差異,而其他等位基因的頻率大致相同呐粘。因此满俗,BSA單次也只能研究1個目標性狀转捕,考慮到遺傳背景較復雜,可能導致定位結果不理想唆垃,所以不太推薦使用自然群體進行BSA研究五芝。

分析流程

BSA的分析流程一般包括以下幾步:
1、選擇合適親本辕万,構建遺傳群體枢步;
2、調(diào)查表型渐尿,選取極端表型的個體構建親本及極端混池醉途;
3、對極端混池及親本進行高通量測序砖茸,選擇合適的算法進行數(shù)據(jù)分析隘擎;
4、結合物種的參考基因組序列凉夯,對定位區(qū)間基因做功能注釋货葬,做進一步的分析。
>⒐弧U鹜啊!好的開頭可以事半功倍征绎,BSA分析的關鍵就是前期群體構建蹲姐、表型選擇測定及測序數(shù)據(jù)的完整性。

BSA分析流程示意圖(Xu et al., 2022)

發(fā)展史

時間軸主要參考2022年發(fā)表的關于BSA的萬字綜述(Xu et al., 2022)人柿,并對后續(xù)時間線做了些許補充柴墩。


BSA分析方法發(fā)展時間軸

相關工具及工具包含算法
該圖也是在Li & Xu發(fā)表的綜述(Xu et al., 2022)的基礎上做了后續(xù)時間點的一點補充。主要說明了不同群體一般適用的算法顷扩,以及已發(fā)表的工具所包含的算法種類拐邪。后續(xù)推文中會詳細介紹一些常見軟件的下載安裝使用慰毅,這里不再贅述隘截。


BSA分析材料,適用算法及可利用軟件(包括R語言包等)

適用群體

BSA定位性狀適用的群體包括遺傳分離群體汹胃、自然群體婶芭、多家系群體等。
遺傳分離群體包括F1着饥、F2或F2:3衍生群體犀农、回交BC(back crossing)群體、重組自交系RIL(recombined inbred lines)群體宰掉、近等基因系NIL(near isogenic lines)群體呵哨、雙單倍體DH(doubled haploid)群體以及多親本的NAM群體赁濒,MAGIC(Multiparent Advanced Generation Intercross)群體,ROAM(Random-Open-Parent Association Mapping)群體等孟害。另外拒炎,還包括一些次級分離群體,比如染色體片段代換系(Chromosome Segment Substitution Lines挨务,CSSL)击你,剩余雜合系(Residual Heterozygous Line,RHL)等等谎柄。理論上只要是一個雙親的分離群體丁侄,均可以進行BSA分析。
Pool-GWAS適合于多家系的材料朝巫;XP-GWAS適用于自然群體鸿摇,依據(jù)感興趣的表型進行極端混池的構建,與遺傳分離群體類似劈猿。

常見遺傳分離群體構建

暫時性分離群體:如F1户辱、F2、BC1等糙臼,這類群體可以在短期內(nèi)構建庐镐,其分離單位是個體,不穩(wěn)定变逃,一經(jīng)自交或近交其遺傳組成就會發(fā)生變化必逆,無法永久使用。
永久性分離群體:如RIL揽乱、DH群體等名眉,這類群體構建費時費力,其分離單位是株系凰棉,不同株系之間存在基因型的差異损拢,而株系內(nèi)個體間的基因型是相同且純合的,是自交不分離的撒犀。這類群體可通過自交或近交繁殖后代福压,而不會改變?nèi)后w的遺傳組成,可以永久使用或舞。


普通分離群體構建(a)和 突變?nèi)后w構建(b)

參考文獻

Michelmore RW, Paran I, Kesseli RV. Identification of markers linked to disease-resistance genes by bulked segregant analysis: a rapid method to detect markers in specific genomic regions by using segregating populations. Proc Natl Acad Sci U S A. 1991 Nov 1;88(21):9828-32. doi: 10.1073/pnas.88.21.9828. PMID: 1682921; PMCID: PMC52814.
Zou C, Wang P, Xu Y. Bulked sample analysis in genetics, genomics and crop improvement. Plant Biotechnol J. 2016 Oct;14(10):1941-55. doi: 10.1111/pbi.12559. Epub 2016 Apr 28. PMID: 26990124; PMCID: PMC5043468.
Li Z, Xu Y. Bulk segregation analysis in the NGS era: a review of its teenage years. Plant J. 2022 Mar;109(6):1355-1374. doi: 10.1111/tpj.15646. Epub 2022 Feb 14. PMID: 34931728.

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