[论文解读] The dissection of expression quantitative trait locus hotspots

Jianan Tian, Mark P. Keller+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2015

Genetic Mapping and Diversity in Plants and Animals被引用 4

一句话总结

本文提出了图形化和基于似然比的方法，用于区分表达数量性状位点（eQTL）热点是否由单一遗传调控因子（完全多效性）引起，或由多个紧密连锁的eQTL引起。通过使用线性判别分析和单一位点与两位点模型的似然比检验，分析效应方向、显性程度以及非重组与重组基因型模式，作者证明在小鼠互交群体中，一个298 kb的反式eQTL热点由多个致病多态性引起，而非单一基因。

ABSTRACT

Studies of the genetic loci that contribute to variation in gene expression frequently identify loci with broad effect on gene expression: expression quantitative trait locus (eQTL) hotspots. We describe a set of exploratory graphical methods as well as a formal likelihood-based test for assessing whether a given hotspot is due to one or multiple polymorphisms. We first look at the pattern of effects of the locus on the expression traits that map to the locus: the direction of the effects, as well as the degree of dominance. A second technique is to focus on the individuals that exhibit no recombination event in the region, apply dimensionality reduction (such as with linear discriminant analysis) and compare the phenotype distribution in the non-recombinants to that in the recombinant individuals: If the recombinant individuals display a different expression pattern than the non-recombinants, this indicates the presence of multiple causal polymorphisms. In the formal likelihood-based test, we compare a two-locus model, with each expression trait affected by one or the other locus, to a single-locus model. We apply our methods to a large mouse intercross with gene expression microarray data on six tissues.

研究动机与目标

• 解决反式eQTL热点是否由一个调控基因（多效性）引起，或由多个紧密连锁的eQTL引起。
• 开发可扩展的方法，用于在高维基因表达数据中测试多效性与多个紧密连锁QTL的关系。
• 在微阵列研究中区分真正的生物eQTL热点与批次效应或技术伪影。
• 为精细定位eQTL热点以识别真正致病变异提供工具。
• 在包含六个组织基因表达谱的大规模小鼠互交数据集中验证方法。

提出的方法

• 使用带符号的LOD分数可视化映射到热点的表达特征中eQTL效应的方向和大小。
• 绘制加性效应与显性效应，评估特征响应是否符合单一位点模型。
• 对非重组个体应用线性判别分析（LDA），检测表明存在多个致病变异的表型聚类。
• 通过似然比检验比较两位点模型（每个特征受两个位点之一影响）与单一位点模型。
• 使用Haley-Knott回归在全基因组范围内进行初始QTL扫描，以识别热点。
• 排除靠近热点的顺式eQTL，以聚焦于反式eQTL效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 反式eQTL热点是由单一致病多态性还是多个紧密连锁的多态性引起？
• RQ2 图形化方法能否揭示效应方向和显性模式的模式，提示存在多个eQTL？
• RQ3 非重组个体的表达谱是否与重组个体明显不同，表明存在多个致病变异？
• RQ4 比较单一位点与两位点模型的似然比检验是否能为多个eQTL提供统计证据？
• RQ5 这些方法能否在高通量基因表达数据中区分真正的eQTL热点与批次效应？

主要发现

• 在B6 x BTBR小鼠互交群体的第10号染色体上，298 kb的反式eQTL热点由多个致病多态性引起，而非单一基因。
• 图形化分析显示，不同特征的效应方向和显性模式不一致，提示存在多个潜在位点。
• 对非重组个体进行LDA分析显示存在明显的表达聚类，表明存在多个致病变异。
• 似然比检验强烈支持两位点模型而非单一位点模型，为多个eQTL的存在提供了统计证据。
• 排除少量异常转录本可改善模型拟合度并降低分析中的噪声。
• 这些方法成功区分了真正的eQTL热点与潜在的批次效应，即使在存在强烈关联（LOD > 100）的情况下也成立。