計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在動(dòng)物遺傳育種研究中應(yīng)用PPT課件

1、第1頁/共45頁1. 系統(tǒng)假設(shè)系統(tǒng)假設(shè)考慮單個(gè)性狀考慮單個(gè)性狀 其遺傳受多基因控制，且在選擇過程中不發(fā)生基因其遺傳受多基因控制，且在選擇過程中不發(fā)生基因突變突變222222ePeaPh 表型方差表型方差=10加性遺傳方差加性遺傳方差隨機(jī)殘差方差隨機(jī)殘差方差遺傳力遺傳力第2頁/共45頁2. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置群體規(guī)模群體規(guī)模 50、100、200公母比例公母比例 1:4、1:9、1:24性狀遺傳力性狀遺傳力 0.1、選擇世代選擇世代 15代代第3頁/共45頁3. 個(gè)體育種值估計(jì)方法個(gè)體育種值估計(jì)方法動(dòng)物模型動(dòng)物模型BLUP模型模型eZaXy 性狀表型值向量性狀表型值向量固定效應(yīng)向量固定效應(yīng)向量個(gè)體

2、育種值向量個(gè)體育種值向量隨機(jī)殘差向量隨機(jī)殘差向量關(guān)聯(lián)矩陣關(guān)聯(lián)矩陣第4頁/共45頁產(chǎn)生零世代基礎(chǔ)群產(chǎn)生零世代基礎(chǔ)群隨機(jī)交配產(chǎn)生一世代群體隨機(jī)交配產(chǎn)生一世代群體根據(jù)根據(jù)BLUP-EBV選留種畜組成下一代育種選留種畜組成下一代育種群群按既定選配方法確定交配組合產(chǎn)生一代群體按既定選配方法確定交配組合產(chǎn)生一代群體計(jì)算遺傳進(jìn)展、近交系數(shù)計(jì)算遺傳進(jìn)展、近交系數(shù)改變參數(shù)改變參數(shù)重復(fù)重復(fù)n n次次4. 4. 選擇方案的模擬選擇方案的模擬第5頁/共45頁不同群體規(guī)模下的不同群體規(guī)模下的遺傳進(jìn)展遺傳進(jìn)展 群體規(guī)模越大，選群體規(guī)模越大，選擇所能獲得的遺傳進(jìn)擇所能獲得的遺傳進(jìn)展也越大展也越大0.00.02.02.04.

3、04.06.06.08.08.010.010.012.012.014.014.016.016.018.018.020.020.00 03 36 69 912121515世代世代平均育種值平均育種值5050100100200200不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展第6頁/共45頁不同公母比例下的不同公母比例下的遺傳進(jìn)展遺傳進(jìn)展 短期選擇時(shí)，適當(dāng)短期選擇時(shí)，適當(dāng)降低公畜比例，可獲降低公畜比例，可獲得理想的遺傳進(jìn)展，得理想的遺傳進(jìn)展，而長期選擇時(shí)，則應(yīng)而長期選擇時(shí)，則應(yīng)保證足夠的公畜數(shù)保證足夠的公畜數(shù)0.00.02.02.04.04.06.06.08.08.010.010.012.01

4、2.014.014.016.016.018.018.020.020.00 03 36 69 912121515世代世代平均育種值平均育種值1:041:041:091:091:241:24不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展第7頁/共45頁不同遺傳力水平下不同遺傳力水平下的遺傳進(jìn)展的遺傳進(jìn)展 選擇性狀的遺傳力選擇性狀的遺傳力越高，遺傳進(jìn)展也越越高，遺傳進(jìn)展也越大大0.00.02.02.04.04.06.06.08.08.010.010.012.012.014.014.016.016.018.018.020.020.022.022.00 03 36 69 912121515世代世代平均

5、育種值平均育種值0.10.10.30.30.60.6不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展不同參數(shù)組合下的遺傳進(jìn)展第8頁/共45頁不同群體規(guī)模下的遺傳方差變化情況不同群體規(guī)模下的遺傳方差變化情況0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.0遺遺傳傳方方差差5050100100200200群體規(guī)模群體規(guī)模第1 代第1 代第1 5代第1 5代不同參數(shù)組合下的遺傳方差不同參數(shù)組合下的遺傳方差第9頁/共45頁不同公母比例下的遺傳方差變化情況不同公母比例下的遺傳方差變化情況0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0

6、3.53.5遺遺傳傳方方差差1:041:041:091:091:241:24公母比例公母比例第1 代第1 代第1 5代第1 5代不同參數(shù)組合下的遺傳方差不同參數(shù)組合下的遺傳方差第10頁/共45頁不同遺傳力水平下的遺傳方差變化情況不同遺傳力水平下的遺傳方差變化情況0.00.01.01.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.07.07.0遺遺傳傳方方差差0.10.10.30.30.60.6遺傳力遺傳力第1 代第1 代第1 5代第1 5代不同參數(shù)組合下的遺傳方差不同參數(shù)組合下的遺傳方差第11頁/共45頁不同群體規(guī)模下的近交系數(shù)變化情況不同群體規(guī)模下的近交系數(shù)變化情況0.4300

7、0.28740.1747123群體規(guī)模群體規(guī)模第第15代近交系數(shù)代近交系數(shù)1- 502- 1003- 200不同參數(shù)組合下的近交增量不同參數(shù)組合下的近交增量第12頁/共45頁不同公母比例下的近交系數(shù)變化情況不同公母比例下的近交系數(shù)變化情況0.17220.28740.4318123公母比例公母比例第第15代近交系數(shù)代近交系數(shù)1- 1:42- 1:93- 1:24不同參數(shù)組合下的近交增量不同參數(shù)組合下的近交增量第13頁/共45頁不同遺傳力水平下的近交系數(shù)變化情況不同遺傳力水平下的近交系數(shù)變化情況0.23990.28740.3207123遺傳力遺傳力第第15代近交系數(shù)代近交系數(shù)不同參數(shù)組合下的近交增

8、量不同參數(shù)組合下的近交增量第14頁/共45頁第15頁/共45頁1. 1. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)假定系統(tǒng)假定一條總長度為一條總長度為100100cMcM的染色體上存在的染色體上存在1 1個(gè)影響目標(biāo)數(shù)量性個(gè)影響目標(biāo)數(shù)量性狀的狀的QTLQTLQTLQTL有有2 2個(gè)等位基因個(gè)等位基因染色體上的標(biāo)記均勻分布，且標(biāo)記間的重組相互獨(dú)立染色體上的標(biāo)記均勻分布，且標(biāo)記間的重組相互獨(dú)立M1 M2 M3 M4 Mn-3 Mn-2 Mn-1 MnQTLQTL第16頁/共45頁2. 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與定位方法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與定位方法資源群體資源群體 F F2 2設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) BCBC1 1設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)QTLQTL定位方法定位方法 最

9、大似然區(qū)間定位最大似然區(qū)間定位M1 M2 M3 M4 Mn-3 Mn-2 Mn-1 MnQTLQTL第17頁/共45頁3. 3. 因素水平設(shè)置因素水平設(shè)置因因 素素設(shè)置水平設(shè)置水平群體規(guī)模群體規(guī)模1003005001000性狀遺傳力性狀遺傳力0.10.30.60.9標(biāo)記密度標(biāo)記密度2cM5cM10cM20cM第18頁/共45頁4 計(jì)算機(jī)模擬方案計(jì)算機(jī)模擬方案根據(jù)試驗(yàn)方案，確定群體的初始條件根據(jù)試驗(yàn)方案，確定群體的初始條件( (標(biāo)記和標(biāo)記和QTLQTL的基因頻率、群體結(jié)構(gòu)、性狀的表型方差的基因頻率、群體結(jié)構(gòu)、性狀的表型方差、遺傳力、標(biāo)記密度、遺傳力、標(biāo)記密度、QTLQTL初始位置等初始位置等)

10、)重復(fù)重復(fù)n n次次結(jié)束一組參數(shù)組合的模擬結(jié)束一組參數(shù)組合的模擬改變參數(shù)改變參數(shù)產(chǎn)生資源群體產(chǎn)生資源群體( (包括個(gè)體的標(biāo)記和包括個(gè)體的標(biāo)記和QTLQTL基因型、性狀表型值等基因型、性狀表型值等) )根據(jù)后代的標(biāo)記基因型，推斷后代從其根據(jù)后代的標(biāo)記基因型，推斷后代從其親本獲得某個(gè)親本獲得某個(gè)QTLQTL等位基因的概率等位基因的概率利用標(biāo)記信息和性狀表型值，根據(jù)確定利用標(biāo)記信息和性狀表型值，根據(jù)確定的模型，求出的模型，求出QTLQTL的位置及其效應(yīng)值的位置及其效應(yīng)值不同參數(shù)組合下不同參數(shù)組合下QTLQTL檢測的效率及定位檢測的效率及定位精確性分析精確性分析第19頁/共45頁不同群體規(guī)模下的不同群

11、體規(guī)模下的QTLQTL定位效果定位效果QTLQTL檢測效率與位置估計(jì)檢測效率與位置估計(jì)擴(kuò)大資源群體規(guī)模，可提高擴(kuò)大資源群體規(guī)模，可提高QTLQTL的檢測效率及定位的精確性的檢測效率及定位的精確性和準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性當(dāng)群體規(guī)模增加到一定數(shù)量當(dāng)群體規(guī)模增加到一定數(shù)量(300)(300)后，繼續(xù)擴(kuò)大群體對提高后，繼續(xù)擴(kuò)大群體對提高QTLQTL定位精確性的效益將逐漸降低定位精確性的效益將逐漸降低第20頁/共45頁不同群體規(guī)模下的不同群體規(guī)模下的QTLQTL定位效果定位效果QTLQTL效應(yīng)估計(jì)效應(yīng)估計(jì)資源群體規(guī)模過小資源群體規(guī)模過小( (低于低于100)100)，QTLQTL效應(yīng)估計(jì)的偏差增效應(yīng)估計(jì)的偏差增

12、大，精確性降低大，精確性降低適當(dāng)擴(kuò)大資源群體適當(dāng)擴(kuò)大資源群體規(guī)模對提高規(guī)模對提高QTLQTL效效應(yīng)估計(jì)的準(zhǔn)確性和應(yīng)估計(jì)的準(zhǔn)確性和精確性有益精確性有益0.000.000.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.120.1210010030030050050010001000群體規(guī)模群體規(guī)模估計(jì)偏差估計(jì)偏差MSE第21頁/共45頁不同遺傳力水平下的不同遺傳力水平下的QTLQTL定位效定位效果果QTLQTL檢測效率與位置估計(jì)檢測效率與位置估計(jì)性狀遺傳力過低，性狀遺傳力過低，QTLQTL的檢測效率降低的檢測效率降低( (h h2 2=0.1, P=5/100)=

13、0.1, P=5/100)隨著目標(biāo)性狀遺傳力的升高，隨著目標(biāo)性狀遺傳力的升高，QTLQTL位置估計(jì)的準(zhǔn)確性和精確位置估計(jì)的準(zhǔn)確性和精確性也提高性也提高第22頁/共45頁不同遺傳力水平下的不同遺傳力水平下的QTLQTL定位效定位效果果QTLQTL效應(yīng)估計(jì)效應(yīng)估計(jì)對不同遺傳力的性對不同遺傳力的性狀實(shí)施狀實(shí)施QTLQTL定位，定位，QTLQTL效應(yīng)估計(jì)的偏效應(yīng)估計(jì)的偏差及差及MSEMSE有所波動(dòng)，有所波動(dòng)，但未呈現(xiàn)出隨遺傳但未呈現(xiàn)出隨遺傳力變化的明顯規(guī)律力變化的明顯規(guī)律0.000.000.010.010.020.020.030.030.040.040.050.050.060.060.070.070.

14、080.080.10.10.30.30.60.60.90.9性狀遺傳力性狀遺傳力估計(jì)偏差估計(jì)偏差MSEMSE第23頁/共45頁不同標(biāo)記密度下的不同標(biāo)記密度下的QTLQTL定位效果定位效果QTLQTL檢測效率與位置估計(jì)檢測效率與位置估計(jì)未發(fā)現(xiàn)標(biāo)記密度對未發(fā)現(xiàn)標(biāo)記密度對QTLQTL檢測效率有明顯影響檢測效率有明顯影響在一定范圍內(nèi)在一定范圍內(nèi)(20-5(20-5cM)cM)提高標(biāo)記密度，可提高提高標(biāo)記密度，可提高QTLQTL定位的定位的準(zhǔn)確性和精確性，但當(dāng)標(biāo)記密度超過這一范圍后，繼續(xù)增加準(zhǔn)確性和精確性，但當(dāng)標(biāo)記密度超過這一范圍后，繼續(xù)增加標(biāo)記密度，則無助于標(biāo)記密度，則無助于QTLQTL定位效果的改善

15、定位效果的改善第24頁/共45頁不同標(biāo)記密度下的不同標(biāo)記密度下的QTLQTL定位效果定位效果QTLQTL效應(yīng)估計(jì)效應(yīng)估計(jì)在一定范圍在一定范圍(20-(20-5 5cM)cM)內(nèi)內(nèi), ,提高標(biāo)記提高標(biāo)記密度，密度，QTLQTL效應(yīng)估效應(yīng)估計(jì)的精確性提高，計(jì)的精確性提高，但當(dāng)相鄰標(biāo)記間的但當(dāng)相鄰標(biāo)記間的圖距進(jìn)一步縮小時(shí)，圖距進(jìn)一步縮小時(shí)，則則QTLQTL效應(yīng)估計(jì)的效應(yīng)估計(jì)的精確性則反而會降精確性則反而會降低低0.000.000.010.010.020.020.030.030.040.040.050.050.060.060.070.072cM5cM10cM20cM相鄰標(biāo)記間圖距相鄰標(biāo)記間圖距估計(jì)偏差

16、估計(jì)偏差MSEMSE第25頁/共45頁第26頁/共45頁1. 系統(tǒng)假設(shè)系統(tǒng)假設(shè) 一個(gè)閉鎖群體一個(gè)閉鎖群體 對單個(gè)性狀連續(xù)選擇對單個(gè)性狀連續(xù)選擇1010代代 世代不重疊世代不重疊 性狀的遺傳受性狀的遺傳受多基因多基因和一個(gè)位于常染色體上的和一個(gè)位于常染色體上的QTLQTL的共同控制的共同控制第27頁/共45頁1. 系統(tǒng)假設(shè)系統(tǒng)假設(shè)M1 M2 M3M4 M5 M6QTL QTLQTL座位有兩個(gè)等位基因：座位有兩個(gè)等位基因：QQ1 1、QQ2 2 每個(gè)標(biāo)記座位共有每個(gè)標(biāo)記座位共有5 5個(gè)等位基因個(gè)等位基因第28頁/共45頁2. 個(gè)體育種值估計(jì)方法個(gè)體育種值估計(jì)方法 動(dòng)物模型動(dòng)物模型MBLUPeWvZ

17、uXy 隨機(jī)殘差效應(yīng)向量隨機(jī)殘差效應(yīng)向量隨機(jī)多基因育種值向量隨機(jī)多基因育種值向量性狀表型值向量性狀表型值向量固定效應(yīng)向量固定效應(yīng)向量隨機(jī)隨機(jī)QTL等位基因效應(yīng)向量等位基因效應(yīng)向量關(guān)聯(lián)矩陣關(guān)聯(lián)矩陣第29頁/共45頁3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置 群體規(guī)模群體規(guī)模 6060、120120、180180 公母比例公母比例 1:51:5、1:91:9、1:191:19 性狀遺傳力性狀遺傳力 、 QTLQTL方差方差 GG2 2 QTLQTL增效基因初始頻率增效基因初始頻率 0.10.1、 相鄰相鄰標(biāo)記間距標(biāo)記間距 5cM5cM 選擇世代選擇世代 1010代代第30頁/共45頁4. 選擇方案的模擬選擇方案的模擬

18、產(chǎn)生產(chǎn)生0 0世代個(gè)體標(biāo)記、世代個(gè)體標(biāo)記、QTLQTL基因型和性狀表型值基因型和性狀表型值估計(jì)個(gè)體育種值，選留種畜估計(jì)個(gè)體育種值，選留種畜避免全同胞交配、產(chǎn)生下一代個(gè)體避免全同胞交配、產(chǎn)生下一代個(gè)體總育種值、多基因育種值、總育種值、多基因育種值、QTLQTL基因型值和近交系數(shù)基因型值和近交系數(shù)改變參數(shù)重新模擬上述過程改變參數(shù)重新模擬上述過程隨機(jī)交配產(chǎn)生隨機(jī)交配產(chǎn)生1 1世代個(gè)體世代個(gè)體重復(fù)重復(fù)n n次次第31頁/共45頁結(jié)果結(jié)果I：群體規(guī)模對群體規(guī)模對MASMAS選擇效果的影響選擇效果的影響總育種值總育種值不同群體規(guī)模下的總育種值0.000.000.500.501.001.001.501.50

19、2.002.002.502.503.003.000 02 24 46 68 81010世代總育種值6060120120180180第32頁/共45頁結(jié)果結(jié)果I：群體規(guī)模對群體規(guī)模對MASMAS選擇效果的影響選擇效果的影響多基因育種值多基因育種值不同群體規(guī)模下的多基因育種值0.000.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003.000 02 24 46 68 81010世代多基因育種值6060120120180180第33頁/共45頁結(jié)果結(jié)果I：群體規(guī)模對群體規(guī)模對MASMAS選擇效果的影響選擇效果的影響QTL育種值育種值不同群體規(guī)模下的QTL基因型值0.000.000.050.050.100.100.150.150.200.200.250.250.300.300 02 24