​F2:3家系那些事儿 | 群体遗传

正向遗传学进行基因定位和克隆是植物功能基因组学研究的重要组成部分。基于传统的BC群体，RIL群体或者NIL群体定位并克隆基因具有定位准确，分辨率高（Austin et al., 1996），利于回交转育育种等优势，但是也具有耗费时间长的不利之处。最近几年以来，随着NGS技术在功能基因定位应用的普及，研究者更加青睐基于一个耗时更短的F2群体进行初定位，或者用一个超大规模的F2群体（数千株）直接实现精细定位的目标（Huo et al., 2017; Xu et al., 2018; Liu et al., 2019; Wang et al., 2019），而耗时更短意味着在和国际同行竞争过程中处于更有利位置。

然而，F2群体构建虽然耗时短，容易形成规模，但是也存在着表型鉴定不够准确的问题。F2群体由一个个单株组成，每个单株基因型都不一样，也就意味着每个个体的表型只有一次，没有生物学重复。针对某些单基因或者受环境影响不大的性状而言，比如株型类表型，F2单株表型往往比较准确和稳定，但是对于某些性状，比如品质、产量、抗性等等数量性状表型而言，F2单株表型鉴定可能不够准确，QTL定位时就可能影响定位的准确性。为了克服这个困难，研究者提出了F2:3家系的策略。F2:3家系能基于F2单株后代的家系表型（多个单株），并进行平均值处理，以平均值来代表F2代的表型。基于F2:3家系表型的QTL定位结果和F2代的表型QTL定位结果吻合，则说明QTL非常robust。靠谱er之前跟客户合作的两篇paper审稿人都不约而同的关注了F2:3家系的问题（Liu et al., 2019; Xie et al., 2019）。

F2:3家系构建的流程如下

另有一些极端情况，比如要进行F2代的遗传图谱构建、BSA分析或者Gradedseq分析，而在F2代时忘记取样或者样品放置时间太长导致DNA严重降解了该怎么办？由于F2:3家系是由上一代的一个F2单株自交而来，理论上所有F2:3家系DNA混合起来就是上一代F2单株的基因型。某些物种F2:3家系可以有几百到几千单株（依赖于该物种的单株结实数量），真正在混合F2:3家系的时候需要有个数量上的取舍，那么到底F2:3家系需要混合多少株才能代表上一代F2的基因型呢？这里有篇paper做了介绍：一个F2:3家系混合至少10个单株就可以代表F2的基因型（Liu et al, 2016）。所以可以根据我们的实验条件/投入进行，如果试验用地或者占用资源较多，靠谱er建议可以取10株混合，如果占用资源不大（比如直接种子培养皿发苗），可以酌情混合15-20株。

参考文献

Austin D F, Lee M. Comparative mapping in F 2: 3 and F 6:7 generations of quantitative trait loci for grain yield and yield components in maize. Theoretical and Applied Genetics, 1996, 92(7): 817-826.

Huo X, Wu S, Zhu Z, et al. NOG1 increases grain production in rice. Nature communications, 2017, 8(1): 1497.

Liu Y H, Yi Q, Hou X B, et al. Comparative quantitative trait locus mapping of maize flowering-related traits in an F2: 3 and recombinant inbred line population. Genetics and molecular research: GMR, 2016, 15(2).

Liu G, Zhao T, You X, et al. Molecular mapping of the Cf-10 gene by combining SNP/InDel-index and linkage analysis in tomato (Solanum lycopersicum). BMC plant biology, 2019, 19(1): 15.

Wang C, Tang S, Zhan Q, et al. Dissecting a heterotic gene through GradedPool-Seq mapping informs a rice-improvement strategy. Nature communications, 2019, 10(1): 1-12.

Xu X, Ji J, Xu Q, et al. The major-effect QTL CsARN6. 1 encodes an AAA-ATPase domain-containing protein that is associated with waterlogging stress tolerance through promoting adventitious root formation. Plant J, 2018, 93(10.1111).

Xie Y, Wang X, Ren X, et al. A SNP-Based High-Density Genetic Map Reveals Reproducible QTLs for Tassel-Related Traits in Maize (Zea mays L.). Tropical Plant Biology, 2019: 1-11.

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