在我校計(jì)算生物學(xué)中心一個(gè)由鄔榮領(lǐng)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì),將表型可塑性與其首創(chuàng)的功能作圖理論相結(jié)合,為表型可塑性研究提出了一套全新的分析方法。這一成果近期在線發(fā)表在國(guó)際著名生物信息學(xué)期刊 Briefings in Bioinformatics上。
表型可塑性是生物個(gè)體對(duì)環(huán)境變化所表現(xiàn)出來(lái)的適應(yīng)性,是生物進(jìn)化的一個(gè)有利因素。但是針對(duì)某個(gè)生物性狀,如何定量描述表型可塑性對(duì)環(huán)境的反應(yīng)規(guī)則,如何定位其調(diào)控基因,一直是數(shù)量生物學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。這一近期發(fā)表的論文就是從這兩個(gè)問題入手,詳細(xì)闡述可塑性的量化方法,并借助于功能作圖理論,建立了一個(gè)研究基因與環(huán)境互作的QTL定位模型。
論文首先將基因與環(huán)境互作這個(gè)概念用表型可塑性進(jìn)行量化表達(dá)。基于這一表達(dá),把每組基因型的多環(huán)境表型數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成一個(gè)由環(huán)境因子導(dǎo)向的連續(xù)縱向數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,利用功能作圖理論,定位那些對(duì)環(huán)境變化敏感的QTL;這些QTL被稱為可塑性QTL,是決定生物適應(yīng)性的原動(dòng)力。
功能作圖(Functional Mapping) 是鄔榮領(lǐng)教授在2002年針對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)性狀而提出的定位理論,尤其在解決多時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的連續(xù)表型數(shù)據(jù)方面,具有重要應(yīng)用價(jià)值。鄔教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)挖掘了功能作圖模型內(nèi)部所存在的統(tǒng)計(jì)問題,探討了多種生物性狀曲線,同時(shí)也將之應(yīng)用到生物遺傳領(lǐng)域的各個(gè)方面,如遺傳印跡、表觀遺傳學(xué)與藥物動(dòng)力學(xué)等等。這個(gè)理論后來(lái)發(fā)表在自然科學(xué)領(lǐng)域最高級(jí)別的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature Reviews Genetics》上,引起國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。
據(jù)悉,這一新模型用來(lái)研究一個(gè)栽植在菲律賓、泰國(guó)、印度與中國(guó)共十一個(gè)不同環(huán)境的水稻重組自交系群體,成功發(fā)現(xiàn)影響水稻植株高度生長(zhǎng)表型可塑性的QTL。所找到的一些可塑性QTL驗(yàn)證了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所黎志康教授早期的發(fā)現(xiàn);不僅如此,新模型還發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)模型沒有發(fā)現(xiàn)的QTL,同時(shí)還對(duì)發(fā)現(xiàn)的基因與環(huán)境互作的機(jī)理做出深入的生物學(xué)解釋。
這項(xiàng)工作是來(lái)自美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的計(jì)算遺傳學(xué)家王忠博士在我校做訪問學(xué)者期間與計(jì)算生物學(xué)中心副教授龐曉明博士共同完成的。計(jì)算生物學(xué)中心研究生呂亞非、徐放、周韜、李鑫、馮思思和美國(guó)圣母大學(xué)李嘉涵博士等參與了模型推導(dǎo)、計(jì)算機(jī)模擬及數(shù)據(jù)分析工作。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院黎志康教授提供實(shí)際數(shù)據(jù)檢測(cè)模型的生物學(xué)功效。
據(jù)悉,論文通訊作者鄔榮領(lǐng)教授正在我校計(jì)算生物學(xué)中心利用這一新模型設(shè)計(jì)出一個(gè)生態(tài)遺傳研究課題,試圖從表型可塑性的遺傳機(jī)理層面探討氣候變化及環(huán)境污染對(duì)林木生長(zhǎng)發(fā)育的影響。
名詞解釋:
QTL:影響數(shù)量性狀變異的遺傳位點(diǎn),是Quantitative Trait Loci的縮寫
表型可塑性:同一基因型在不同環(huán)境條件下產(chǎn)生多種表型的特性
功能作圖:一個(gè)定位影響數(shù)量性狀表型形成過程的QTL的統(tǒng)計(jì)模型。功能作圖首次將發(fā)育生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的原理引入QTL定位的統(tǒng)計(jì)框架,提升了QTL定位的生物學(xué)意義。
論文鏈接:
“A dynamic framework for quantifying the genetic architecture of phenotypic plasticity” http://bib.oxfordjournals.org/contet/early/2012/03/05/bib.bbs009.long
2013年1月15日
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