Efficiency of quantitative trait loci mapping under genotype x environment interaction

Abstract

Quantitative trait loci (QTL) mapping using simulation gives an opportunity to actually determine the number and positions of QTLs which cannot be done using field data. This study was carried out to assess the efficiency of quantitative trait loci mapping under genotype by environment interaction. In this investigation, we simulated 50 samples of 300 recombinant inbred lines (RILs) in six environments which were genotyped for 1000 single nucleotide polymorphism (SNPs) and phenotyped for grain yield. A total of six major and 190 minor QTLs (19 in each chromosome) were randomly distributed in the regions covered by the SNPs along ten chromosomes. The chromosome length was 200 cM and the average density was 2 cM. The average degree of dominance was 0.6. There were basically two scenarios for comparison in this investigation. The first (with genotype x environment effect) and the second (without genotype x environment effect). The QTL heritabilities ranged from 2.1 to 14% and the trait heritability across environments was within the range of 23 to 85%. The results across environments for the first scenario showed that QTL power of detection was 82% while bias and false positive rate (FPR) were 2.1 cM and 4.5% respectively. In the second scenario, power of detection was 86% while bias and FPR were 2.2 cM and 4.4% respectively. In the joint QTL mapping analysis, power of detection increased with higher QTL heritability and there was an effective control of false positive rate in the two scenarios. These results depict a real field data and shows the effectiveness of mapping QTLs across environment and its role in expression of quantitative traits. Keywords: Power of QTL detection, false positive rate, mapping precision, genotype by environment interaction.O mapeamento de loci de traços quantitativos (QTL) usando simulação oferece uma oportunidade para realmente determinar o número e as posições dos QTLs, o que não pode ser feito usando dados de campo. Este estudo foi realizado para avaliar a eficiência do mapeamento quantitativo de locos de caracteres sob interação genótipo por ambiente. Nesta investigação, simulamos 50 amostras de 300 linhagens endogâmicas recombinantes (RILs) que foram genotipadas para 1000 polimorfismo de nucleotídeo único (SNPs) e fenotipadas para rendimento de grãos em seis ambientes. Um total de seis e 190 QTL de efeitos maiores e menores (19 em cada cromossomo), respectivamente, foram distribuídos aleatoriamente nas regiões cobertas pelos SNPs ao longo de dez cromossomos. O comprimento do cromossomo foi de 200 cM e a densidade média foi de 2 cM. O grau médio de dominância foi de 0,6. Havia basicamente dois cenários para comparação nesta investigação. A primeira (com efeito genótipo x ambiente) e a segunda (sem efeito genótipo x ambiente). As herdabilidades de QTL variaram de 2,1 a 14% e a herdabilidade de características entre os ambientes estava dentro da faixa de 23 a 85%. Os resultados entre ambientes para o primeiro cenário mostraram que o poder de detecção de QTL foi de 82%, enquanto o viés e a taxa de falsos positivos (FPR) foram de 2,1 cM e 4,5%, respectivamente. No segundo cenário, o poder de detecção foi de 86%, enquanto o viés e o FPR foram de 2,2 cM e 4,4%, respectivamente. Na análise conjunta do mapeamento de QTL, o poder de detecção aumentou com maior herdabilidade de QTL e houve um controle efetivo da taxa de falsos positivos nos dois cenários. Esses resultados retratam dados de campo reais e mostram a eficácia do mapeamento de QTLs sobre o ambiente e seu papel na expressão de caracteres quantitativos. Palavras-chave: Poder de detecção de QTL, taxa de falsos positivos, precisão de mapeamento, interação genótipo por ambiente.