การทำแผนที่ความสัมพันธ์แบบซ้อน ( NAM ) เป็นเทคนิคที่ออกแบบโดยห้องปฏิบัติการของEdward Buckler , James HollandและMichael McMullenเพื่อระบุและวิเคราะห์โครงสร้างทางพันธุกรรมของลักษณะที่ซับซ้อนในข้าวโพด ( Zea mays ) การทำแผนที่ความสัมพันธ์แบบซ้อน (ซึ่งแตกต่างจากการทำแผนที่ความสัมพันธ์ ) เป็นเทคนิคเฉพาะที่ไม่สามารถดำเนินการได้นอกประชากรที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เช่น ประชากรข้าวโพด NAM ^{[ 1 ]} รายละเอียดจะอธิบายไว้ด้านล่าง

NAM ถูกสร้างขึ้นเพื่อรวมข้อดีและขจัดข้อเสียของสองวิธีดั้งเดิมในการระบุตำแหน่งยีนควบคุมลักษณะเชิงปริมาณได้แก่การวิเคราะห์การเชื่อมโยงยีนและการทำแผนที่ความสัมพันธ์การวิเคราะห์การเชื่อมโยงยีนอาศัยการรวมตัวทางพันธุกรรม ล่าสุด ระหว่างสายพันธุ์พืชสองสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน (อันเป็นผลมาจากการผสมข้ามพันธุ์) เพื่อระบุบริเวณที่สนใจโดยทั่วไป โดยมีข้อดีคือต้องการเครื่องหมายทางพันธุกรรม น้อย เพื่อให้ครอบคลุมทั่วทั้งจีโนมและมีกำลังทางสถิติสูงต่ออัลลีล อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์การเชื่อมโยงยีนมีข้อเสียคือความละเอียดในการทำแผนที่ต่ำและความหลากหลายของอัลลีลต่ำ ในทางตรงกันข้าม การทำแผนที่ความสัมพันธ์ใช้ประโยชน์จากการรวมตัวทางพันธุกรรมในอดีต และดำเนินการโดยการสแกนจีโนมเพื่อหาSNP ที่อยู่ในภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงกับลักษณะที่สนใจ การทำแผนที่ความสัมพันธ์มีข้อดีเหนือกว่าการวิเคราะห์การเชื่อมโยงยีนตรงที่สามารถทำแผนที่ด้วยความละเอียดสูงและมีความหลากหลายของอัลลีลสูง อย่างไรก็ตาม ยังต้องการความรู้ที่กว้างขวางเกี่ยวกับ SNP ภายในจีโนม และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่งเป็นไปได้ในสายพันธุ์ที่หลากหลาย เช่น ข้าวโพด

NAM ใช้ประโยชน์จากเหตุการณ์การรวมตัวใหม่ทั้งในอดีตและปัจจุบัน เพื่อให้ได้ข้อดีของความต้องการความหนาแน่นของเครื่องหมายต่ำ ความหลากหลายของอัลลีลสูง ความละเอียดในการทำแผนที่สูง และพลังทางสถิติสูง โดยไม่มีข้อเสียของการวิเคราะห์การเชื่อมโยงหรือการทำแผนที่ความสัมพันธ์^{[ 1 ] [ 2 ]}ในแง่เหล่านี้ แนวทาง NAM มีหลักการคล้ายคลึงกับสายพันธุ์ MAGIC และ AMPRIL ใน Arabidopsis และ Collaborative Cross ในหนู

มีการคัดเลือกสายพันธุ์ข้าวโพดที่หลากหลายจำนวน 25 สายพันธุ์มาใช้เป็นสายพันธุ์พ่อแม่สำหรับประชากร NAM เพื่อให้ครอบคลุมความหลากหลายที่โดดเด่นของข้าวโพดและรักษาสมดุลการเชื่อมโยงทางพันธุกรรมในอดีต แต่ละสายพันธุ์พ่อแม่ถูกผสมกับข้าวโพดสายพันธุ์แท้ B73 (ซึ่งถูกเลือกเป็นสายพันธุ์อ้างอิงเนื่องจากมีการใช้ในโครงการลำดับดีเอ็นเอข้าวโพดสาธารณะและมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในฐานะหนึ่งในสายพันธุ์แท้เชิงพาณิชย์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด) เพื่อสร้าง ประชากร F1จากนั้นต้น F1 จะถูกผสมตัวเองเป็นเวลา 6 รุ่น เพื่อสร้างสายพันธุ์ลูกผสมแบบโฮโมไซกัส (RILs) จำนวน 200 สายพันธุ์ต่อครอบครัว รวมเป็น RILs ทั้งหมด 5,000 สายพันธุ์ในประชากร NAM สายพันธุ์เหล่านี้สามารถเข้าถึงได้โดยสาธารณะผ่านทาง ศูนย์เก็บรักษาสายพันธุ์ ข้าวโพด USDA-ARS

จากนั้น RIL แต่ละตัวจะถูกตรวจสอบจีโนไทป์ด้วยเครื่องหมายโมเลกุล 1106 ตัวเดียวกัน (เพื่อให้เป็นไปได้ นักวิจัยได้เลือกเครื่องหมายที่ B73 มีอัลลีลที่หายาก) เพื่อระบุบล็อกการรวมตัวใหม่ หลังจากตรวจสอบจีโนไทป์ด้วยเครื่องหมาย 1106 ตัวแล้ว สายพันธุ์พ่อแม่แต่ละสายพันธุ์จะถูกจัดลำดับหรือตรวจสอบจีโนไทป์ความหนาแน่นสูง และผลลัพธ์ของการจัดลำดับ/ตรวจสอบจีโนไทป์นั้นจะถูกนำมาซ้อนทับกับบล็อกการรวมตัวใหม่ที่ระบุสำหรับ RIL แต่ละตัว ผลลัพธ์คือ RIL จำนวน 5000 ตัวที่ได้รับการจัดลำดับอย่างสมบูรณ์หรือตรวจสอบจีโนไทป์ความหนาแน่นสูง ซึ่งเนื่องจากการตรวจสอบจีโนไทป์ด้วยเครื่องหมาย 1106 ตัวทั่วไป จึงสามารถนำมาเปรียบเทียบและวิเคราะห์ร่วมกันได้ (รูปที่ 1) ^{[ 1 ] [ 2 ]}

ลักษณะประการที่สองของการกำหนดลักษณะประชากร NAM คือการจัดลำดับสายพันธุ์พ่อแม่ ซึ่งจะบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับความแปรผันตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นในประชากร และบันทึกการรวมตัวใหม่ที่เกิดขึ้นอย่างกว้างขวางในประวัติศาสตร์ของความแปรผันของข้าวโพด ขั้นตอนแรกของการจัดลำดับนี้คือการจัดลำดับแบบลดการแสดงผลโดยใช้เทคโนโลยีการจัดลำดับรุ่นใหม่ ดังที่รายงานไว้ใน Gore, Chia et al. ในปี 2009 ^{[ 3 ]} การจัดลำดับเบื้องต้นนี้ค้นพบพื้นที่แปรผัน 1.6 ล้านแห่งในข้าวโพด ซึ่งขณะนี้กำลังอำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์ลักษณะต่างๆ มากมาย

เช่นเดียวกับ กลยุทธ์ การทำแผนที่ QTL แบบดั้งเดิม เป้าหมายทั่วไปในการทำแผนที่ความสัมพันธ์แบบซ้อน (Nested Association Mapping) คือการหาความสัมพันธ์ระหว่างฟีโนไทป์ที่สนใจกับจีโนไทป์ที่เฉพาะเจาะจง หนึ่งในเป้าหมายที่ผู้สร้างระบุไว้สำหรับประชากร NAM คือการสามารถทำการศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนมในข้าวโพดโดยการมองหาความสัมพันธ์ระหว่าง SNP ภายในประชากร NAM และลักษณะเชิงปริมาณที่สนใจ (เช่น เวลาออกดอก ความสูงของต้นปริมาณแคโรทีน ) ^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม ณ ปี 2552 การจัดลำดับของสายพันธุ์พ่อแม่ดั้งเดิมยังไม่เสร็จสมบูรณ์ในระดับที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์เหล่านี้ แต่ประชากร NAM ก็ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์การเชื่อมโยงได้สำเร็จ ในการศึกษาการเชื่อมโยงที่เผยแพร่ โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของประชากร NAM ที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ ทำให้สามารถทำการถดถอยแบบขั้นตอน ร่วมกันและ การทำแผนที่ช่วงเวลาแบบผสมรวมร่วมกันของครอบครัว NAM ที่รวมกันเพื่อระบุ QTL สำหรับเวลาออกดอก^{[ 4 ]}

สิ่งพิมพ์ฉบับแรกที่ใช้ NAM ในการระบุ QTL นั้นเขียนโดยห้องปฏิบัติการ Buckler เกี่ยวกับโครงสร้างทางพันธุกรรมของเวลาออกดอกของข้าวโพด และตีพิมพ์ในฤดูร้อนปี 2552 ^{[ 4 ]}ในการศึกษาที่ก้าวล้ำนี้ ผู้เขียนได้ให้คะแนนจำนวนวันจนถึงการออกไหมจำนวนวันจนถึงการออกดอก และช่วงเวลาระหว่างการออกไหมและการออกดอกสำหรับพืชเกือบหนึ่งล้านต้น จากนั้นจึงทำการถดถอยแบบขั้นตอนเดี่ยวและแบบร่วม และการทำแผนที่ช่วงเวลาแบบผสมที่ครอบคลุม (ICIM) เพื่อระบุ QTL จำนวน 39 ตัวที่อธิบายความแปรปรวนของจำนวนวันจนถึงการออกไหมและจำนวนวันจนถึงการออกดอกได้ 89% และ QTL จำนวน 29 ตัวที่อธิบายความแปรปรวนของช่วงเวลาระหว่างการออกไหมและการออกดอกได้ 64% ^{[ 4 ]}

ร้อยละ 98 ของ QTL เวลาออกดอกที่ระบุในเอกสารนี้พบว่ามีผลต่อเวลาออกดอกน้อยกว่า 1 วัน (เมื่อเทียบกับสายพันธุ์อ้างอิง B73) อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของ QTL ที่ค่อนข้างเล็กเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นว่าเมื่อรวมกันแล้วสำหรับแต่ละตระกูลจะเท่ากับความแตกต่างและการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากในจำนวนวันจนถึงการออกไหม นอกจากนี้ยังพบว่าในขณะที่ QTL ส่วนใหญ่มีร่วมกันระหว่างตระกูล แต่ละตระกูลดูเหมือนจะมีอัลลีลที่แตกต่างกันในเชิงหน้าที่สำหรับ QTL ส่วนใหญ่ การสังเกตเหล่านี้ทำให้ผู้เขียนเสนอแบบจำลอง "ยีนทั่วไปที่มีตัวแปรที่ไม่ธรรมดา" ^{[ 4 ]}เพื่ออธิบายความหลากหลายของเวลาออกดอกในข้าวโพด พวกเขาทดสอบแบบจำลองของพวกเขาโดยการบันทึกชุดอัลลีลใน QTL เวลาออกดอกของข้าวโพด Vgt1 (vegetation-to-transition1) ที่ศึกษาไว้ก่อนหน้านี้^{[ 5 ]}โดยควบคุมพื้นฐานทางพันธุกรรมและประเมินผลกระทบของ vgt1 ในแต่ละตระกูล จากนั้นพวกเขาจึงระบุตัวแปรลำดับเฉพาะที่สอดคล้องกับชุดอัลลีล รวมถึงอัลลีลหนึ่งที่มีทรานสโพซอน ขนาดเล็ก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการออกดอกเร็วอย่างมาก และอัลลีลอื่นๆ ที่มี SNP ที่เกี่ยวข้องกับการออกดอกช้า^{[ 4 ]}

NAM ของข้าวโพดช่วยในการทำแผนที่ลักษณะที่ยากต่อการระบุซึ่งถ่ายทอดความต้านทานต่อเชื้อรารวมถึง Kump et al 2011 สำหรับ ความต้านทานต่อ โรคใบไหม้ทางใต้และ Poland et al 2011 สำหรับความต้านทานต่อโรคใบไหม้ทางเหนือ^{[ 6 ]}

การทำแผนที่ความสัมพันธ์แบบซ้อนมีศักยภาพมหาศาลสำหรับการตรวจสอบลักษณะทางเกษตรกรรมในข้าวโพดและพืชชนิดอื่นๆ ดังที่การศึกษาเวลาออกดอกเบื้องต้นแสดงให้เห็น NAM มีศักยภาพในการระบุ QTL สำหรับลักษณะที่เกี่ยวข้องกับการเกษตร และเชื่อมโยง QTL เหล่านั้นกับโฮโมล็อกและยีนเป้าหมายในพืชที่ไม่ใช่ข้าวโพด ยิ่งไปกว่านั้น สายพันธุ์ NAM กลายเป็นทรัพยากรสาธารณะที่มีประสิทธิภาพสำหรับชุมชนข้าวโพด และเป็นโอกาสสำหรับการแบ่งปันเชื้อพันธุกรรมข้าวโพด ตลอดจนผลการศึกษาข้าวโพดผ่านฐานข้อมูลทั่วไป (ดูลิงก์ภายนอก) ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกในการวิจัยลักษณะทางเกษตรกรรมของข้าวโพดในอนาคต เนื่องจากข้าวโพดเป็นพืชผลทางการเกษตรที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งของโลก การวิจัยดังกล่าวจึงมีนัยสำคัญอย่างมากต่อการปรับปรุงพันธุกรรมของพืชผล และต่อมาคือความมั่นคงทางอาหาร ทั่วโลก ^{[ 4 ]}

มีการสร้างแบบแผนที่คล้ายคลึงกันสำหรับข้าวสาลีข้าวบาร์เลย์ข้าวฟ่างและ Arabidopsis thalianaด้วย เช่นกัน

• การทำแผนที่ QTL ตามครอบครัว
• การเลือกโดยใช้เครื่องหมายช่วย
• การผสมพันธุ์ระดับโมเลกุล
• การทำแผนที่ QTL

ฐานข้อมูลข้าวโพด:

• Panzea.org – ฐานข้อมูลอย่างเป็นทางการของการทำแผนที่ความสัมพันธ์แบบซ้อน (Nested Association Mapping)
• MaizeGDB – ฐานข้อมูลชุมชนสำหรับข้อมูลทางชีววิทยาเกี่ยวกับข้าวโพด
• โปรแกรมดูลำดับจีโนมข้าวโพด
• Gramene – รวบรวมจีโนมสำหรับระบบพันธุศาสตร์พืชหลายชนิด รวมถึงข้าวโพด ข้าว และข้าวฟ่าง