合并印記效應(yīng)和母體效應(yīng)的廣義不平衡檢驗(yàn)分析方法研究.pdf

1、背景:
　　關(guān)聯(lián)分析是一種通過(guò)標(biāo)記位點(diǎn)來(lái)定位疾病位點(diǎn)的方法，被廣泛應(yīng)用于病例對(duì)照數(shù)據(jù)和家系數(shù)據(jù)。如果標(biāo)記位點(diǎn)距離疾病位點(diǎn)很近，這樣就會(huì)導(dǎo)致連鎖不平衡，關(guān)聯(lián)分析就是以位點(diǎn)間連鎖不平衡為基礎(chǔ)，在獲得群體表型數(shù)據(jù)與基因型數(shù)據(jù)后，采用統(tǒng)計(jì)分析方法檢測(cè)遺傳多態(tài)性與性狀可遺傳變異之間的關(guān)聯(lián)，目的是利用標(biāo)記位點(diǎn)與疾病位點(diǎn)之間位置的關(guān)系來(lái)定位變異基因。在諸多針對(duì)雙等位基因位點(diǎn)的關(guān)聯(lián)分析方法中，基于家系數(shù)據(jù)的廣義不平衡檢驗(yàn)(GDT)是一種穩(wěn)健有效的

2、方法。因?yàn)槭褂昧思蚁祪?nèi)所有親屬對(duì)基因型差異的信息，所以GDT方法比其他現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)分析方法檢驗(yàn)效能更高，但是GDT不能直接被用于存在基因型缺失的家系數(shù)據(jù)。遺傳印記效應(yīng)(genomic imprinting effects)是一種重要的表觀(guān)遺傳學(xué)現(xiàn)象，對(duì)研究基因?qū)Ρ硇偷挠绊懹兄浅Ｖ匾淖饔?。該效?yīng)表現(xiàn)在后代基因的表達(dá)程度取決于此基因所在染色體來(lái)自父親還是母親。如果來(lái)自父親染色體上的基因表達(dá)，而來(lái)自母親的基因沒(méi)有表達(dá)，則稱(chēng)為母源印記;相反，

3、來(lái)自母親染色體上的基因表達(dá)了，而來(lái)自父親的沒(méi)有表達(dá)，則稱(chēng)為父源印記。存在遺傳印記效應(yīng)時(shí)，兩種有序雜合子基因型的外顯率是不同的。常染色體上常見(jiàn)的與印記基因有關(guān)的疾病有:Beckwith-Wiedemann綜合征、Silver-Russell綜合征、假性甲狀旁腺功能減退癥和暫時(shí)性新生兒糖尿病。因此，將印記效應(yīng)合并到關(guān)聯(lián)分析中就變得越來(lái)越重要。另外，合并印記效應(yīng)的家系傳遞不平衡檢驗(yàn)(PDTI)及適用于不完整家系數(shù)據(jù)基于Monte Carlo(

4、MC)重抽樣方法的MCPDTI方法明顯比沒(méi)有合并以及效應(yīng)信息的家系傳遞不平衡檢驗(yàn)(PDT)的檢驗(yàn)效能高。這也說(shuō)明在關(guān)聯(lián)分析過(guò)程中有必要合并印記效應(yīng)的信息。但是與GDT相比，PDTI和MCPDTI都僅僅運(yùn)用了家系內(nèi)一級(jí)親屬對(duì)基因型差異的信息，這可能會(huì)降低兩種方法的檢驗(yàn)效能。
　　另外一種常見(jiàn)的表觀(guān)遺傳學(xué)現(xiàn)象為母體效應(yīng)(maternal effect)，此效應(yīng)是指生物的表現(xiàn)型不僅由其本身的基因和環(huán)境決定，而且還會(huì)受到其母親基因型和表型

5、的影響。在遺傳學(xué)中，母體效應(yīng)之所以關(guān)注的是個(gè)體的表現(xiàn)型預(yù)期受到母親基因型的影響，而無(wú)論個(gè)體本身的基因型是什么，通常是因?yàn)槟赣H將mRNA或者蛋白質(zhì)傳遞給了胚胎?；谀阁w效應(yīng)的作用機(jī)制，許多疾病，特別是那些與妊娠結(jié)局有關(guān)的疾病，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)會(huì)受到母體效應(yīng)的影響，比如兒童癌癥的脊柱部、精神分裂癥和高血壓。雖然遺傳印記效應(yīng)和母體效應(yīng)有不同的生理過(guò)程，但是它們可能會(huì)產(chǎn)生相同的表型變異。因此，將遺傳印記效應(yīng)和母體效應(yīng)同時(shí)合并到現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)分析的方法中是十

6、分有價(jià)值的。然而，現(xiàn)有的GDT方法沒(méi)有合并遺傳印記效應(yīng)與母體效應(yīng)。
　　目的：
　　本文的研究目的主要有以下三點(diǎn):(1)基于Monte Carlo重抽樣方法對(duì)GDT方法進(jìn)行推廣，提出適用于某些個(gè)體基因型缺失的不完整家系數(shù)據(jù)的MCGDT方法;(2)在完整家系數(shù)據(jù)的情況下，提出合并印記效應(yīng)的廣義不平衡檢驗(yàn)(GDTI)，在不完整家系數(shù)據(jù)的情況下，使用Monte Carlo重抽樣方法對(duì)GDTI方法進(jìn)行推廣并提出MCGDTI方法;(3

7、)提出完整家系數(shù)據(jù)下同時(shí)合并印記效應(yīng)和母體效應(yīng)的廣義不平衡檢驗(yàn)(GDTIM)及適用于不完整家系數(shù)據(jù)基于MonteCarlo重抽樣方法的MCGDTIM方法。
　　方法:
　　(1)對(duì)于存在基因型缺失的家系數(shù)據(jù)，通過(guò)使用MC重抽樣方法根據(jù)給定的或者觀(guān)測(cè)到的固個(gè)體基因型對(duì)缺失基因型進(jìn)行反推，并提出MCGDT方法。進(jìn)一步使用模擬出的第一類(lèi)錯(cuò)誤率來(lái)評(píng)價(jià)MCGDT的有效性，并通過(guò)檢驗(yàn)效能的比較來(lái)說(shuō)明其能夠準(zhǔn)確地反推出缺失基因型。

8、　　(2)對(duì)于完整的家系數(shù)據(jù)，為了將遺傳印記效應(yīng)合并到關(guān)聯(lián)分析中，根據(jù)等位基因來(lái)自父親還是母親，將等位基因得分分解為兩個(gè)等位基因得分之和，即XiJ=X(p)ij+X(m)lj，其中X(p)ij∈(0，0.5，1)為來(lái)自父親等位基因得分;x(m)ij∈(0，0.5，1)為來(lái)自母親等位基因得分。基于分解后的等位基因得分，提出合并遺傳印記效應(yīng)的廣義不平衡檢驗(yàn)(GDTI)。當(dāng)家系中某些個(gè)體基因型缺失的時(shí)候，根據(jù)每個(gè)家系中觀(guān)測(cè)到的基因型，運(yùn)用MC

9、重抽樣方法來(lái)對(duì)缺失的基因型進(jìn)行反推，并在此基礎(chǔ)上提出MCGDTI方法。使用模擬出的第一類(lèi)錯(cuò)誤率來(lái)評(píng)價(jià)GDTI和MCGDTI的有效性，并通過(guò)比較新提出方法與現(xiàn)有的考慮所有親屬對(duì)基因型差異信息但并未合并印記效應(yīng)的GDT方法以及合并了印記效應(yīng)但僅利用了家系內(nèi)一級(jí)親屬對(duì)基因型差異信息的MCPDTI方法的檢驗(yàn)效能來(lái)說(shuō)明兩種方法的優(yōu)勢(shì)。真實(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)用方面，將新提出的方法運(yùn)用于來(lái)自北美的類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的基因數(shù)據(jù)。
　　(3)對(duì)于完整的家系數(shù)據(jù)，將母

10、親的基因型得分納入回歸模型中，并提出同時(shí)合并印記效應(yīng)和母體效應(yīng)的廣義不平衡檢驗(yàn)(GDTIM)。對(duì)于存在基因型缺失的家系數(shù)據(jù)，提出MCGDTIM方法。此方法基于給定的或者根據(jù)觀(guān)測(cè)到的奠基者的基因型信息來(lái)估計(jì)人群中等位基因頻率，并使用MC重抽樣方法反推家系中缺失的基因型。通過(guò)模擬出的第一類(lèi)錯(cuò)誤率來(lái)評(píng)價(jià)GDTIM和MCGDTIM方法的有效性，并基于檢驗(yàn)效能的差異來(lái)說(shuō)明GDTIM和MCGDTIM方法的優(yōu)勢(shì)。
　　結(jié)果:
　　(1)在

11、不同的樣本量、基因型缺失和多種家系結(jié)構(gòu)等情況下，對(duì)所提出的MCGDT方法進(jìn)行模擬研究。模擬結(jié)果顯示，在沒(méi)有關(guān)聯(lián)的原假設(shè)情況下，MCGDT方法能夠很好地控制第一類(lèi)錯(cuò)誤率。同時(shí)，MCGDT方法能夠捕獲大部分缺失基因型信息。
　　(2)在不同的樣本量、基因型缺失、家系結(jié)構(gòu)和遺傳印記效應(yīng)模型等情況下，對(duì)所提出的方法進(jìn)行模擬研究。模擬結(jié)果顯示，在沒(méi)有關(guān)聯(lián)和沒(méi)有遺傳印記效應(yīng)的原假設(shè)情況下，GDTI、MCGDTI和MCGDT都能夠很好地控制第一

12、類(lèi)錯(cuò)誤率。檢驗(yàn)效能的模擬結(jié)果表明，在遺傳印記效應(yīng)存在的情況下（完全遺傳印記效應(yīng)模型和不完全遺傳印記效應(yīng)模型），GDTI和MCGDTI方法的檢驗(yàn)效能明顯比現(xiàn)有方法高。當(dāng)遺傳印記效應(yīng)不存在時(shí)，GDTI和MCGDTI方法的檢驗(yàn)效能與GDT方法的檢驗(yàn)效能很接近但仍比MCPDTI方法檢驗(yàn)效能高。真實(shí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，與現(xiàn)有方法相比，MCGDTI方法能夠識(shí)別出更多與類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)。
　　(3)基于遺傳印記效應(yīng)與母體效應(yīng)

13、（存在和不存在）的不同組合、不同的樣本量、多種家系結(jié)構(gòu)及疾病類(lèi)型（常見(jiàn)疾病和罕見(jiàn)疾?。?，對(duì)所提出的方法進(jìn)行模擬研究。研究結(jié)果顯示，當(dāng)沒(méi)有關(guān)聯(lián)、沒(méi)有遺傳印記效應(yīng)和沒(méi)有母體效應(yīng)時(shí)，新提出的GDTIM和MCGDTIM方法能夠很好地控制第一類(lèi)錯(cuò)誤率。檢驗(yàn)效能的模擬結(jié)果表明，在兩種表觀(guān)遺傳學(xué)現(xiàn)象都存在或者僅有母體效應(yīng)存在情況下，本研究提出的GDTIM和MCGDTIM方法在檢驗(yàn)效能上有較明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)遺傳印記效應(yīng)存在而母體效應(yīng)不存在時(shí)，雖然MCGD

14、TIM方法的檢驗(yàn)效能與MCGDTI方法的檢驗(yàn)效能很接近，但是與MCGDT方法的檢驗(yàn)效能相比，MCGDTIM方法的檢驗(yàn)效能高很多。在兩種表觀(guān)遺傳學(xué)現(xiàn)象均不存在時(shí)，MCGDTIM和MCGDTI方法均有與GDT很接近的檢驗(yàn)效能。
　　結(jié)論:
　　(1)為了能夠?qū)DT應(yīng)用于某些個(gè)體基因型缺失的不完整家系數(shù)據(jù)，使用MC重抽樣方法對(duì)GDT進(jìn)行推廣，并提出了MCGDT方法。模擬結(jié)果說(shuō)明，MCGDT能夠反推出大部分的缺失信息。因此，在實(shí)際

15、應(yīng)用中推薦使用MCGDT。
　　(2)本研究通過(guò)將個(gè)體的基因型得分分解為來(lái)自父親等位基因得分與來(lái)自母親等位基因得分之和的形式，將遺傳印記效應(yīng)信息合并到關(guān)聯(lián)分析中。與僅使用家系內(nèi)一級(jí)親屬對(duì)基因型差異信息的MCPDTI方法相比，GDTI方法充分使用了家系中所有親屬對(duì)基因型差異的信息，因而有更高的檢驗(yàn)效能。針對(duì)不完整家系數(shù)據(jù)，通過(guò)使用MC重抽樣方法對(duì)GDTI進(jìn)行了推廣，并提出MCGDTI方法。模擬結(jié)果說(shuō)明，由于合并了遺傳印記效應(yīng)的信息，

16、GDTI和MCGDTI比現(xiàn)有方法擁有更高的檢驗(yàn)效能。類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎數(shù)據(jù)的分析進(jìn)一步說(shuō)明MCGDTI比其他方法更有優(yōu)勢(shì)。因此，GDTI和MCGDTI有更強(qiáng)的實(shí)用性。
　　(3)在本研究中，將遺傳印記效應(yīng)和母體效應(yīng)同時(shí)合并到GDT過(guò)程中，并提出GDTIM方法。在合并遺傳印記效應(yīng)信息時(shí)，采取與GDTI相同的處理方式，根據(jù)等位基因來(lái)自父親還是來(lái)自母親對(duì)個(gè)體基因型得分進(jìn)行分解，并定義了新的等位基因得分。在合并母體效應(yīng)信息時(shí)，選擇將個(gè)體母親基因

17、型得分納入模型中。針對(duì)家系中出現(xiàn)某些個(gè)體基因型缺失的情況，根據(jù)MC過(guò)程對(duì)GDTIM方法進(jìn)一步推廣，并提出了MCGDTIM方法。模擬結(jié)果顯示，在沒(méi)有關(guān)聯(lián)、沒(méi)有遺傳印記效應(yīng)和沒(méi)有母體效應(yīng)的原假設(shè)下，GDTIM方法和MCGDTIM方法能夠很好地控制第一類(lèi)錯(cuò)誤率。在遺傳印記效應(yīng)和母體效應(yīng)均存在的情況下或者僅有母體效應(yīng)存在的情況下，由于合并了遺傳印記效應(yīng)和母體效應(yīng)并使用所有親屬對(duì)基因型差異信息，所以在所有檢驗(yàn)的關(guān)聯(lián)分析方法中MCGDTIM方法有最