gwas原理方法.doc

全基因组关联剖析方法原理与方法全基因组关联剖析(Genome-wideassociationstudy;GWAS)是应用基因组中数以百万计单核苷酸多态性(singlenucleotideploymorphism,SNP)为分子遗传标记,进行全基因组水平上对照剖析或相关性剖析,通过比较发现影响复杂性状基因变异一种新策略。随着基因组学研究以及基因芯片技术发展,人们已通过GWAS方法发现并鉴定了大量与复杂性状相关联遗传变异。近年来,这种方法在农业动物重要经济性状主效基因筛查与鉴定中得到了应用。全基因组关联方法首先在人类医学领域研究中得到了极大重视与应用,尤其是其在复杂疾病研究领域中应用,使许多重要复杂疾病研究取得了突破性进展,因而,全基因组关联剖析研究方法设计原理得到重视。人类疾病分为单基因疾病与复杂性疾病。单基因疾病是指由于单个基因突变导致疾病,通过家系连锁剖析定位克隆方法,人们已发现了囊性纤维化、亨廷顿病等大量单基因疾病致病基因,这些单基因突变改变了相应编码蛋白氨基酸序列或者产量,从而产生了符合孟德尔遗传方式疾病表型。复杂性疾病是指由于遗传与环境因素共同作用引起疾病。目前已经鉴定出与人类复杂性疾病相关联SNP位点有439个。全基因组关联剖析技术重大革新及其应用,极大地推动了基因组医学发展。动物重要经济性状即复杂性状GWAS剖析方法原理是,借助于SNP分子遗传标记,进行总体关联剖析,在全基因组范围内选择遗传变异进行基因分型,比较异常与对照组之间每个遗传变异及其频率差异,统计剖析每个变异与目标性状之间关联性大小,选出最相关遗传变异进行验证,并根据验证结果最终确认其与目标性状之间相关性。GWAS具体研究方法与传统候选基因法相类似。最早主要是用单阶段方法,即选择足够多样本,一次性地在所有研究对象中对目标SNP进行基因分型,然后剖析每个SNP与目标性状关联,统计剖析关联强度。目前GWAS研究主要采用两阶段或多阶段方法。在第一阶段用覆盖全基因组范围SNP进行对照剖析,统计剖析后筛选出较少数量阳性SNP进行第二阶段或随后多阶段中采用更大样本对照样本群进行基因分型,然后结合两阶段或多阶段结果进行剖析。这种设计需要保证第一阶段筛选与目标性状相关SNP敏感性与特异性,尽量减少剖析假阳性或假阴性,并在第二阶段应用大量样本群进行基因分型验证。虽然GWAS结果在很大程度上增加了对复杂性状分子遗传机制理解,但也显现出很大局限性。首先,通过统计剖析遗传因素与复杂性状关系,确定与特定复杂性状关联功能性位点存在一定难度。通过GWAS发现许多SNP位点并不影响蛋白质中氨基酸,甚至许多SNP位点不在蛋白编码开放阅读框(openreadingframe,ORF)内,这为解释SNP位点与复杂性状之间关系造成了困难。但是,由于复杂性状很大程度上是由数量性状微效多基因决定,SNP位点可能通过影响基因表达量对这些数量性状产生轻微作用,它们在RNA转录或翻译效率上发挥作用,可能在基因表达上产生短暂或依赖时空多种影响,刺激调节基因转录表达或影响其RNA剪接方式。因此,在找寻相关变异时应同时注意到编码区与调控区位点变异重要性。其次,等位基因结构(数