Linkage analysis and QTL mapping in simulated populations - Alves, Alexandre Alonso (2010)
Como os recentes avanços na tecnologia têm levado ao desenvolvimento de novas tecnologias de genotipagem, no futuro, é mais provável que os mapas de ligação de alta densidade serão construídos a partir de marcadores dominantes e co-dominantes. Recentemente, uma abordagem estritamente genética foi proposta para a estimação da freqüência de recombinação (r) entre marcadores co-dominantes em famílias de irmãos completos. O conjunto completo de estimadores quase foi obtido, mas infelizmente, uma configuração envolvendo a estimativa da distância entre os marcadores dominantes, que segregam na proporção 3:1 e marcadores co-dominantes, não foi levada em consideração. Aqui novos nove estimadores são acrescentados ao conjunto previamente publicado, tornando possível cobrir todas as combinações de marcadores moleculares com dois a quatro alelos (sem epistasia) em uma família de irmãos completos. Isso inclui a segregação em um ou ambos os genitores, dominância e todas as configurações de fases de ligação. Como populações de retrocruzamentos (RC) são frequentemente utilizadas como populações de mapeamento, tanto em espécies autógamas, quanto em espécies alógamas foi conduzido um estudo de simulação para testar as implicações do tamanho da população, herdabilidade da característica, propriedades do QTL (r2, a e posição) e densidade de marcadores no poder de detecção e precisão do mapeamento de QTLs. Para tanto foram simuladas populações com diferentes tamanhos, com diferentes características (h2, número de QTLs e posição) e os dados analisados com dois métodos de mapeamento de QTLs comumente utilizados (mapeamento por intervalo simples (MIS) e mapeamento por intervalo composto (MIC)). Verificou-se que o tamanho da amostra tem uma grande implicação no poder de detecção e como conseqüência na estimação da magnitude da variação explicada pelo QTL e no efeito genético, em função de populações pequenas não permitirem o mapeamento de QTLs de pequeno efeito, principalmente quando esses estão envolvidos no controle genético de características de baixa herdabilidade. Também foi verificado que o posicionamento de QTLs baseados em MIC é mais acurado que MIS e que em média os QTLs mapeados estavam próximos as suas posições simuladas. Um resultado interessante é que o MIC tende a subestimar os valores de magnitude (r2) especialmente em populações grandes/ características de baixa herdabilidade e superestimá-la em populações pequenas, o que pode ser um reflexo do pequeno coeficiente de variação do erro utilizado, ou devido ao fato de quando os marcadores não se encontram na exata posição do QTL, esse parâmetro é de fato esperado ser subestimado. Destaca-se também, o fato que quando marcadores estão amplamente distribuídos ao longo do genoma (~10cM), e desse modo cobrindo a região do QTL, se um dos marcadores já estiver próximo ao QTL, um maior número de marcadores (~1cM) não melhora a precisão do mapeamento do QTL em populações suficientemente grandes. Baseado nesses resultados recomenda-se o uso de populações de tamanho adequado, ≥500, se a intenção é mapear QTLs em populações de RC, porque nessa situação, mesmo mapas de média densidade podem ser usados para mapear QTLs de grande ou pequeno efeito com grande confiabilidade. Finalmente, como os procedimentos de mapeamento de ligação e mapeamento de QTLs em famílias de irmãos completos (FIC) de espécies alógamas são bastante diversos, foi conduzido um estudo comparando o método de mapeamento por pseudo-testcross modificado (PST) (usando microsatélites), com o método de mapeamento baseado na FIC; em termos de ordenamento dos marcadores, distância entre os marcadores, comprimento total do mapa, variância das estimativas de distância e estresse. Investigou-se também o poder de detecção e a precisão de métodos de mapeamento de QTLs por intervalos baseados nos mapas PST ou no mapa para a FIC. Verificou-se que em geral as duas estratégias geram mapas altamente correlacionados com comprimentos dos grupos de ligação proporcionais. Verificou-se também que independentemente da abordagem de mapeamento de QTLs utilizadas, o poder de detecção é reduzido em populações pequenas, especialmente em situações onde a herdabilidade da característica ou magnitude do QTL é pequena. Também foi verificado que apesar dos dois métodos serem aparentemente equivalentes em termos de posicionamento do QTL para características de alta herdabilidade/ QTLs de grande efeito, o MIC baseado nos mapas pseudo-testcross prove dados mais acurados para características de baixa herdabilidade/QTLs de pequeno efeito. Como relação à magnitude dos QTLs, notou-se que ambos os métodos parecem ser equivalentes, sendo os valores superestimados para características de alta herdabilidade e subestimados para características de baixa herdabilidade, independentemente do tamanho amostral. Assim para espécies alógamas com médio nível de recursos genômicos, propõem-se que tanto a abordagem de PST quanto a abordagem baseada na FIC, e métodos de mapeamento de QTLs relacionados, possam ser utilizados para gerar mapas genéticos e mapear QTLs com alta confiabilidade. É importante ressaltar, entretanto, que outros estudos, usando diferentes cenários, i.e. diferentes coeficientes de variação do erro, diferentes números de QTLs, diferentes distribuições de marcadores, que coletivamente podem tornar a simulação um pouco mais realística, são necessários para verificar que os resultados deste trabalho se mantêm em todas as situações.