第2期 莫惠栋：数霞性状传基础研究的回网与思专 25 将来建立个人化医疗保健基迪档案等，都是必不可缺的，数量性状与人举生活的关联，要比诸如皮、毛榜色或其一结征的 有无等非连续的质量性状里为广泛，更为密切.笔者鸟做100多年来数量遗传学的发展，特别悬20世纪0年代以后的发 展，并探讨数量性状遗传研究在后基因组时代所面临的任务和捷战。熟砖引玉，以维同好 传统数量遗传学对数量性状的遗传基础缺乏必需的了解 数量性状的遗传研究可追到19世纪。 个后的身高关系 ,其后，Pc 13 异的分布 是数量遗传研究的先行者，但当时并没有遗传学 理论作指导 发现，数量传 表米上的室，提出了母 说，认为数 无尔方式遗传的。其后，E 在玉米和烟上也得到类 出献的英者则有 下的 不 bc在1941年别出多基因(ol ),按着又表述了多基因理论4。这一理论的基本点包括：O连续性变异的 的，该系统由很多各具相等微效且对环境反应版感的等位基因组成，②多基因系绕可 的各个微因仍都条舌徽分 方式遗传，虽然个别微装基因的遗传效应不能识别或追宗，但作为多基因系统整体，其遭传特征是明显的，可研 影其因理论的提出，有力地很进了生物转计兰与海传学的你复知结合，清就了0世纪四五十年代颜量清传研农的 一个繁零希盛时扇，并延续到六七十华代，它的突出贡献是，通过一些精妙的遗传设计和统计模型，将数服性状表型的总 狡应、总方差，分解为属于基因型的、环境的、加性的、是性的、上位性的以及多效性的等分量，并在此其础上估计了资化 率，显性度，透传进度（选择响应）、造传相关等参数，使-个数量性状的表型遗传特征得到较全面的描述。由此建立了传 统的数盘遗传学。其详细内容可从数量遗传学历次金议的论文集 中檐索。在此期问，数量清传学也对动.抽物的合 件作出了重大或献。中图科学能已故院士，著名玉米育种家李竞埃以管指出：靠了数量透传学的发展，才使育种方法的 创新和武化有了深厚的限基：没有数量遗传学，就没有玉米的杂种优势利用。传统数量流传学对于动、植物的育种实践 迄今仍有相当大的应用空间。 但是，以上研究只是一种“爆箱”的结果，它没有或几乎没有涉及数最性状的遵传基础，即数最性状基因的变异。一个 数量性状受多少个基因控制，它们位于何处，如何发生作用等，人们不清楚，也无法精清楚.因为按网多基因理论，个别数 量基因的效应小到难以度量，当然更不可能分折它对表型变异的作用。所以，当质量性状的遗传研究，从孟德尔的个休水 ,到细水 染色体水平，基因水平分子水平，步步深人时，数量性状的遗传研究却处于“迷茫“之中，不能同步跟上 说明 个问题：科学习 论可以促进科学的发展，但如果不能与时俱进，到了一定阶段，它的某些缺陷或不足就可能限制 或阻碍科学的 步发展 上·多基 、等教应理论并非未曾受过质疑，Robert 在1967年就曾提出：数量基因效应的分布更可能是近 于指数 即少 具有大应，能 说明该性状的大部分变异，其余基因则随着其效应减 少，济因数目愈来多。但当附并未引起数流传学界的足注意 2DNA分子多态性标记的发现推动了数量性状遗传基硒研究的迅速发展 20世纪80年代，由于生物技术的发展，特别是人类基因组计划的起动(1991)，基因组的DNA序列在分子水平上的 遗传变异，即分子多态性，被大量开发出来.限制性片晰长度多态性(RFLP),随机扩增多态DNA(RAPD)等分子标记 在一个生物种内一般都能达到数百个甚至上千个，并適布于整个基因组)，这些分子标记是基因组上位置的参照点，现 如公路上的里程碑，为将数量性状座位(QTL)落实到基因组的相应位登上建立了基础.20世纪末的最后10多年，数最性 状透传基础研究的主要发展，可以说就是QTL分析，包括构建QTL图谱、分析QTL效应和研究QTL作用特征等。由 QTL分析而得的对于数量性状透传的一些新认识，笔者曾作过简要报道细 ,现在又过去？年，据检累，作过QTL分析的 生物种至少已达68个。根据在此期间出版的代表性著作 和有关研究报告，其主要发展可补充归纳如下。 2.」关于构建QTL图潜的方法 DNA分子标记在基因组上的位置和基因型（孩称为类别，因为标记通常不是基因）是已知的，数量性状表型是可观 暴或测傲的，面QTL的位置和效应则为未知。构建QTL图谱，就是根据标记基因型和数量表型，虚用一定的统计方法 在遗传连锁图上标定有关QTL的位置，并估计其效应。这简称为QTL作图。其善本统计方法称为标记性状关联分析 (markerratoayis),基本原遵是：如果在某标记座位M附近有着一个影响某性状数量大小的QTL,则在 万方数据 第2期 莫惠栋：数量性状遗传基础研究的回顾与思考 25 将来建立个人化医疗保健基础档案等，都是必不可缺的。数量性状与人类生活的关联，要比诸如皮、毛颜色或某一特征的 有无等非连续的质量性状更为广泛、更为密切。笔者鸟瞰100多年来数量遗传学的发展，特别是20世纪80年代以后的发 展，井探讨数量性状遗传研究在后基因组时代所面临的任务和挑战。抛砖引玉，以飨同好。 1传统数量遗传学对数量性状的遗传基础缺乏必需的了解 数量性状的遗传研究可追溯到19世纪。1885年Gahon…报道了205对父母与其930个后裔的身高关系。其后．Pcar— son”叫1陆续提出了13种密度函数，用以描述数量变异的分布。他们可算是数量遗传研究的先行者，但当时并没有遗传学 理论作指导，人们也没有把他们看作是数量遗传学家。 l 900年，盂德尔遗传定律在尘封35年后被重新发现，数量遗传研究开始迅速发展。1 909年，Nilsso㈣Ehl㈣根据在 麦类上的研究，提出了数量性状遗传的多因子学说，认为数量性状受多个具有累加作用的因子控制，而这些因子也是按 盂德尔方式遗传的。其后，Emerson等”1和East”1在玉米和烟草上也得到类同的实验验证。而在数量遗传理论上作出杰 出贡献的奠基者则有Fisher【8棚、Wright[1““1和Haldane【l 21等人。当时，数量性状的遗传研究，并不落后于质量性状。 在总结前人研究的基础上，Mather“”在1941年提出多基因(polygene)一词．以区别于盂德尔式的寡基因(oligo gene)；接着又表述了多基因理论[1“”]。这一理论的基本点包括：①连续性变异的数量性状是由一个多基因系统控制 的，该系统由很多各具相等微效且对环境反应敏感的等位基因组成；②多基因系统中的各个微效基因仍都遵循盂德尔 方式遗传．虽然个别微效基因的遗传效应不能识别或追踪，但作为多基因系统整体，其遗传特征是明显的，可研究的。 多基因理论的提出，有力地促进了生物统计学与遗传学的交叉和结合，造就了20世纪四五十年代数量遗传研究的 一个繁荣鼎盛时期，并延续到六七十年代。它的突出贡献是，通过一些精妙的遗传设计和统计模型，将数量性状表型的总 效应、总方差，分解为属于基因型的、环境的、加性的、显性的、上位性的以及多效性的等分量，并在此基础上估计了遗传 率、显性度、遗传进度(选择响应)、遗传相关等参数，使一个数量性状的表型遗传特征得到较全面的描述。由此建立了传 统的数量遗传学。其详细内容可从数量遗传学历次会议的论文集“卜“1中检索。在此期间，数量遗传学也对动、植物的育 种作出了重大贡献。中国科学院已故院士、著名玉米育种家李竞雄“”曾指出：靠了数量遗传学的发展，才使育种方法的 创新和演化有了深厚的根基；没有数量遗传学，就没有玉米的杂种优势利用。传统数量遗传学对于动、植物的育种实践， 迄今仍有相当大的应用空间。 但是，以上研究只是一种“黑箱”的结果，它没有或几乎没有涉及数量性状的遗传基础，即数量性状基因的变异。一个 数量性状受多少个基因控制，它们位于何处，如何发生作用等，人们不清楚，也无法搞清楚。因为按照多基因理论，个别数 量基因的效应小到难以度量，当然更不可能分析它对表型变异的作用。所以，当质量性状的遗传研究，从盂德尔的个体水 平，到细胞水平、染色体水平、基因水平、分子水平，步步深人时，数量性状的遗传研究却处于“迷茫”之中，不能同步跟上。 这说明一个问题：科学理论可以促进科学的发展，但如果不能与时俱进，到了一定阶段，它的某些缺陷或不足就可能限制 或阻碍科学的进一步发展。 事实上，多基因、等效应理论并非未曾受过质疑。Robertson[2”在1967年就曾提出：数量基因效应的分布更可能是近 于指数式的，即少数基因座的等位基因对数量性状具有大效应，能说明该性状的大部分变异，其余基因则随着其效应减 少，基因数目愈来愈多。但当时并未引起数量遗传学界的足够注意。 2 DNA分子多态性标记的发现推动了数量性状遗传基础研究的迅速发展 20世纪80年代，由于生物技术的发展，特别是人类基因组计划的起动(1991)，基因组的DNA序列在分子水平上的 遗传变异，即分子多态性，被大量开发出来。限制性片断长度多态性(RFLP)、随机扩增多态DNA(RAPD)等分子标记． 在一个生物种内一般都能达到数百个甚至上千个，并遍布于整个基因组““。这些分子标记是基因组上位置的参照点，犹 如公路上的里程碑，为将数量性状座位(QTL)落实到基因组的相应位置上建立了基础。20世纪末的最后10多年，数量性 状遗传基础研究的主要发展，可以说就是QTL分析，包括构建QTL图谱、分析QTL效应和研究QTL作用特征等。由 QTL分析而得的对于数量性状遗传的一些新认识，笔者曾作过简要报道““。现在又过去7年，据检索．作过QTI，分析的 生物种至少已达68个。根据在此期间出版的代表性著作o…”和有关研究报告，其主要发展可补充归纳如下。 2．1关于构建QTL图谱的方法 DNA分子标记在基因组上的位置和基因型(或称为类别，因为标记通常不是基因)是已知的，数量性状表型是可观 察或泓量的，而QTL的位置和效应则为未知。构建QTL图谱，就是根据标记基因型和数量表型，应用一定的统计方法， 在遗传连锁图上标定有关QTL的位置，并估计其效应。这简称为QTL作图。其基本统计方法称为标记一性状关联分析 (marker trait association analysm)。基本原理是：如果在某标记座位．!If附近有着一个影响某性状数量大小的QTL，则在 万方数据