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1、计算机模拟技术在动物遗传育计算机模拟技术在动物遗传育种研究中的应用种研究中的应用鲁绍雄云南农业大学动物科学学院云南农业大学动物科学学院E-mail: 一、一、常规常规育种方案育种方案的的模拟模拟1. 系统假设系统假设考虑单个性状考虑单个性状 其遗传受多基因控制，且在选择过程中不发生基因突变其遗传受多基因控制，且在选择过程中不发生基因突变表型方差表型方差=10加性遗传方差加性遗传方差随机残差方差随机残差方差遗传力遗传力2. 参数设置参数设置群体规模群体规模 50、100、200公母比例公母比例 1:4、1:9、1:24性状遗传力性状遗传力 0.1、0.3、0.6选择世代选择世代 15代代3. 个
2、体育种值估计方法个体育种值估计方法动物模型动物模型BLUP模型模型性状表型值向量性状表型值向量固定效应向量固定效应向量个体育种值向量个体育种值向量随机残差向量随机残差向量关联矩阵关联矩阵产生零世代基础群产生零世代基础群随机交配产生一世代群体随机交配产生一世代群体根据根据BLUP-EBV选留种畜组成选留种畜组成下一代育种群下一代育种群按既定选配方法确定交配组合产按既定选配方法确定交配组合产生一代群体生一代群体计算遗传进展、近交系数计算遗传进展、近交系数改改变变参参数数重重复复n次次4. 选选择择方方案案的的模模拟拟不不同同群群体体规规模模下下的的遗传进展遗传进展 群群体体规规模模越越大大，选选择
3、择所所能能获获得得的的遗遗传传进进展展也越大也越大结果结果I：不同参数组合下的遗传进展不同参数组合下的遗传进展不不同同公公母母比比例例下下的的遗传进展遗传进展 短短期期选选择择时时，适适当当降降低低公公畜畜比比例例，可可获获得得理理想想的的遗遗传传进进展展，而而长长期期选选择择时时，则则应应保保证证足足够够的的公畜数公畜数结果结果I：不同参数组合下的遗传进展不同参数组合下的遗传进展不不同同遗遗传传力力水水平平下下的遗传进展的遗传进展 选选择择性性状状的的遗遗传传力力越越高，遗传进展也越大高，遗传进展也越大结果结果I：不同参数组合下的遗传进展不同参数组合下的遗传进展不同群体规模下的遗传方差变化情
4、况不同群体规模下的遗传方差变化情况结果结果：不同参数组合下的遗传方差不同参数组合下的遗传方差不同公母比例下的遗传方差变化情况不同公母比例下的遗传方差变化情况结果结果：不同参数组合下的遗传方差不同参数组合下的遗传方差不同遗传力水平下的遗传方差变化情况不同遗传力水平下的遗传方差变化情况结果结果：不同参数组合下的遗传方差不同参数组合下的遗传方差不同群体规模下的近交系数变化情况不同群体规模下的近交系数变化情况1- 502- 1003- 200结果结果：不同参数组合下的近交增量不同参数组合下的近交增量不同公母比例下的近交系数变化情况不同公母比例下的近交系数变化情况1- 1:42- 1:93- 1:24结
5、果结果：不同参数组合下的近交增量不同参数组合下的近交增量不同遗传力水平下的近交系数变化情况不同遗传力水平下的近交系数变化情况1- 0.12- 0.33- 0.6结果结果：不同参数组合下的近交增量不同参数组合下的近交增量二、二、动物动物QTL定位定位模拟模拟1. 参数设置参数设置系统假定系统假定一条总长度为一条总长度为100cM的染色体上存在的染色体上存在1个影响目标数量性个影响目标数量性状的状的QTLQTL有有2个等位基因个等位基因染色体上的标记均匀分布，且标记间的重组相互独立染色体上的标记均匀分布，且标记间的重组相互独立M1 M2 M3 M4 Mn-3 Mn-2 Mn-1 MnQTL2. 实
6、验设计与定位方法实验设计与定位方法资源群体资源群体 F2设计设计 BC1设计设计QTL定位方法定位方法 最大似然区间定位最大似然区间定位M1 M2 M3 M4 Mn-3 Mn-2 Mn-1 MnQTL3. 因素水平设置因素水平设置因因 素素设置水平设置水平群体规模群体规模1003005001000性状遗传力性状遗传力0.10.30.60.9标记密度标记密度2cM5cM10cM20cM4 计计算算机机模模拟拟方方案案根根据据试试验验方方案案，确确定定群群体体的的初初始始条条件件(标标记记和和QTL的的基基因因频频率率、群群体体结结构构、性性状状的的表表型型方方差差、遗传力、标记密度、遗传力、标记
7、密度、QTL初始位置等初始位置等)重重复复n次次结束一组参数组合的模拟结束一组参数组合的模拟改改变变参参数数产产生生资资源源群群体体(包包括括个个体体的的标标记记和和QTL基因型、性状表型值等基因型、性状表型值等)根根据据后后代代的的标标记记基基因因型型，推推断断后后代代从从其其亲本获得某个亲本获得某个QTL等位基因的概率等位基因的概率利利用用标标记记信信息息和和性性状状表表型型值值，根根据据确确定定的模型，求出的模型，求出QTL的位置及其效应值的位置及其效应值不不同同参参数数组组合合下下QTL检检测测的的效效率率及及定定位位精确性分析精确性分析结果结果I：不同群体规模下的不同群体规模下的QT
8、L定位效果定位效果QTL检测效率与位置估计检测效率与位置估计扩扩大大资资源源群群体体规规模模，可可提提高高QTL的的检检测测效效率率及及定定位位的的精精确确性性和准确性和准确性当当群群体体规规模模增增加加到到一一定定数数量量(300)后后，继继续续扩扩大大群群体体对对提提高高QTL定位精确性的效益将逐渐降低定位精确性的效益将逐渐降低结果结果I：不同群体规模下的不同群体规模下的QTL定位效果定位效果QTL效应估计效应估计资资源源群群体体规规模模过过小小(低低于于100)，QTL效效应应估估计计的的偏偏差差增增大，精确性降低大，精确性降低适适当当扩扩大大资资源源群群体体规规模模对对提提高高QTL效
9、效应应估估计计的的准准确确性性和和精确性有益精确性有益结果结果：不同遗传力水平下的不同遗传力水平下的QTL定位效果定位效果QTL检测效率与位置估计检测效率与位置估计性状遗传力过低，性状遗传力过低，QTL的检测效率降低的检测效率降低(h2=0.1, P=5/100)随随着着目目标标性性状状遗遗传传力力的的升升高高，QTL位位置置估估计计的的准准确确性性和和精精确确性性也提高也提高结果结果：不同遗传力水平下的不同遗传力水平下的QTL定位效果定位效果QTL效应估计效应估计对对不不同同遗遗传传力力的的性性状状实实施施QTL定定位位，QTL效效应应估估计计的的偏偏差差及及MSE有有所所波波动动，但但未未
10、呈呈现现出出随随遗遗传传力变化的明显规律力变化的明显规律结果结果：不同标记密度下的不同标记密度下的QTL定位效果定位效果QTL检测效率与位置估计检测效率与位置估计未发现标记密度对未发现标记密度对QTL检测效率有明显影响检测效率有明显影响在在一一定定范范围围内内(20-5cM)提提高高标标记记密密度度，可可提提高高QTL定定位位的的准准确确性性和和精精确确性性，但但当当标标记记密密度度超超过过这这一一范范围围后后，继继续续增增加加标记密度，则无助于标记密度，则无助于QTL定位效果的改善定位效果的改善结果结果：不同标记密度下的不同标记密度下的QTL定位效果定位效果QTL效应估计效应估计在在 一一
11、定定 范范 围围 (20-5cM)内内,提提高高标标记记密密度度，QTL效效应应估估计计的的精精确确性性提提高高，但但当当相相邻邻标标记记间间的的图图距距进进一一步步缩缩小小时时，则则QTL效效应应估估计计的的精精确确性性则则反反而而会会降降低低三、三、标记标记辅助选择辅助选择方案方案的的模拟模拟1. 系统假设系统假设 一个闭锁群体一个闭锁群体 对单个性状连续选择对单个性状连续选择10代代 世代不重叠世代不重叠 性性状状的的遗遗传传受受多多基基因因和和一一个个位位于于常常染染色色体体上上的的QTL的共同控制的共同控制1. 系统假设系统假设M1 M2 M3M4 M5 M6QTL QTL座位有两个
12、等位基因：座位有两个等位基因：Q1、Q2 每个标记座位共有每个标记座位共有5个等位基因个等位基因2. 个体育种值估计方法个体育种值估计方法 动物模型动物模型MBLUP随机残差效应向量随机残差效应向量随机多基因育种值向量随机多基因育种值向量性状表型值向量性状表型值向量固定效应向量固定效应向量随机随机QTL等位基因效应向量等位基因效应向量关联矩阵关联矩阵3. 参数设置参数设置 群体规模群体规模 60、120、180 公母比例公母比例 1:5、1:9、1:19 性状遗传力性状遗传力 0.10、0.25、0.50、0.80 QTL方差方差 0.25 G2 QTL增效基因初始频率增效基因初始频率 0.1
13、、0.5、0.9 相邻相邻标记间距标记间距 5cM 选择世代选择世代 10代代4. 选择方案的模拟选择方案的模拟产生产生0世代个体标记、世代个体标记、QTL基因型和性状表型值基因型和性状表型值估计个体育种值，选留种畜估计个体育种值，选留种畜避免全同胞交配、产生下一代个体避免全同胞交配、产生下一代个体总育种值、多基因育种值、总育种值、多基因育种值、QTL基因型值和近交系数基因型值和近交系数改变参数重新模拟上述过程改变参数重新模拟上述过程随机交配产生随机交配产生1世代个体世代个体重重复复n次次结果结果I：群体规模对群体规模对MAS选择效果的影响选择效果的影响总育种值总育种值结果结果I：群体规模对群
14、体规模对MAS选择效果的影响选择效果的影响多基因育种值多基因育种值结果结果I：群体规模对群体规模对MAS选择效果的影响选择效果的影响QTL育种值育种值结果结果：性别比例对性别比例对MAS选择效果的影响选择效果的影响总育种值总育种值结果结果：性别比例对性别比例对MAS选择效果的影响选择效果的影响多基因育种值多基因育种值结果结果：性别比例对性别比例对MAS选择效果的影响选择效果的影响QTL育种值育种值结果结果：遗传力对遗传力对MAS选择效果的影响选择效果的影响总育种值总育种值结果结果：遗传力对遗传力对MAS选择效果的影响选择效果的影响多基因育种值多基因育种值结果结果：遗传力对遗传力对MAS选择效果的影响选择效果的影响QTL育种值育种值结果结果：QTL增效基因初始频率对增效基因初始频率对MAS选选择效果的影响择效果的影响总育种值总育种值结果结果：QTL增效基因初始频率对增效基因初始频率对MAS选选择效果的影响择效果的影响多基因育种值多基因育种值结果结果：QTL增效基因初始频率对增效基因初始频率对MAS选选择效果的影响择效果的影响QTL育种值育种值谢谢大家！谢谢大家！祝各位代表在云南期间玩得开心，祝各位代表在云南期间玩得开心，过得愉快！过得愉快！
