在我校計算生物學中心一個由鄔榮領(lǐng)教授領(lǐng)導的團隊，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)表在國際著名生物信息學期刊 Briefings in Bioinformatics上。
表型可塑性是生物個體對環(huán)境變化所表現(xiàn)出來的適應(yīng)性，是生物進化的一個有利因素。但是針對某個生物性狀，如何定量描述表型可塑性對環(huán)境的反應(yīng)規(guī)則，如何定位其調(diào)控基因，一直是數(shù)量生物學研究領(lǐng)域的熱點問題。這一近期發(fā)表的論文就是從這兩個問題入手，詳細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)境互作這個概念用表型可塑性進行量化表達?；谶@一表達，把每組基因型的多環(huán)境表型數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成一個由環(huán)境因子導向的連續(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)性的原動力。
功能作圖(Functional Mapping) 是鄔榮領(lǐng)教授在2002年針對復雜動態(tài)性狀而提出的定位理論，尤其在解決多時間點測量的連續(xù)表型數(shù)據(jù)方面，具有重要應(yīng)用價值。鄔教授帶領(lǐng)團隊挖掘了功能作圖模型內(nèi)部所存在的統(tǒng)計問題，探討了多種生物性狀曲線，同時也將之應(yīng)用到生物遺傳領(lǐng)域的各個方面，如遺傳印跡、表觀遺傳學與藥物動力學等等。這個理論后來發(fā)表在自然科學領(lǐng)域最高級別的國際學術(shù)期刊《Nature Reviews Genetics》上，引起國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。
據(jù)悉，這一新模型用來研究一個栽植在菲律賓、泰國、印度與中國共十一個不同環(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表型可塑性的QTL。所找到的一些可塑性QTL驗證了中國農(nóng)業(yè)科學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，同時還對發(fā)現(xiàn)的基因與環(huán)境互作的機理做出深入的生物學解釋。
這項工作是來自美國賓夕法尼亞州立大學的計算遺傳學家王忠博士在我校做訪問學者期間與計算生物學中心副教授龐曉明博士共同完成的。計算生物學中心研究生呂亞非、徐放、周韜、李鑫、馮思思和美國圣母大學李嘉涵博士等參與了模型推導、計算機模擬及數(shù)據(jù)分析工作。中國農(nóng)業(yè)科學院黎志康教授提供實際數(shù)據(jù)檢測模型的生物學功效。
據(jù)悉，論文通訊作者鄔榮領(lǐng)教授正在我校計算生物學中心利用這一新模型設(shè)計出一個生態(tài)遺傳研究課題，試圖從表型可塑性的遺傳機理層面探討氣候變化及環(huán)境污染對林木生長發(fā)育的影響。
名詞解釋：
QTL：影響數(shù)量性狀變異的遺傳位點，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：一個定位影響數(shù)量性狀表型形成過程的QTL的統(tǒng)計模型。功能作圖首次將發(fā)育生物學和系統(tǒng)生物學的原理引入QTL定位的統(tǒng)計框架，提升了QTL定位的生物學意義。
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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