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1、v第一节 线性模型基础知识v第二节 BLUP的基本原理v第三节 BLUP的计算技术v第四节 育种值估计模型 v第五节 多性状BLUP 法的基本原理v第六节 BLUP育种值估计举例v第七节 BLUP育种值估计软件第七章第七章 BLUPBLUP育种育种值估估计1av随着数理随着数理统计学与学与线性模型理性模型理论、计算机科学与算机科学与互互联网网络技技术的迅速的迅速发展，家畜育种展，家畜育种值估估计的方的方法法发生了根本的生了根本的变化。化。v以以HendersonHenderson为代表所代表所发展起来的展起来的BLUPBLUP（Best Best Linear Unbiased Predict
2、ionLinear Unbiased Prediction）育种育种值估估计法，法，将畜禽将畜禽遗传育种的理育种的理论与与实践践带入了一个新的入了一个新的发展展阶段。段。 http:/ 线性模型基性模型基础知知识 v模型（模型（ModelModel）模型是描述观察值与影响观察值变异性的各因子之间的关系的数学方程式 分类真实模型非常准确地模拟观察值的变异性，模型中不含有未知成分 理想模型根据研究者所掌握的专业知识建立的尽可能接近真实模型的模型 操作模型用于实际统计分析的模型，它通常是理想模型的简化形式 http:/ 离散型通常表现为若干个有限的等级或水平固定因子 有意识地抽取若干个特定的水平，目
3、的是对这些水平的效应进行估计或进行比较 ，如年效应 随机因子因子的若干水平可看作是来自该因子的所有水平所构成的总体的随机样本，目的是要通过该样本去推断总体，如个体的遗传效应。 连续型 它呈现连续性变异，通常是作为影响观察值的协变量（回归变量） http:/ modelLinear model） 线性模型是指在模型中所包含的各个因子是以相加的形式影响观察值，即它们与观察值的关系为线性关系，但对于连续性的协变量也允许出现平方或立方项。一个线性模型应由3个部分组成：1.数学方程式2.方程式中随机变量的期望和方差及协方差3.假设、约束和限制条件 http:/ 分分组 初初产年年龄（等（等级） 123产
4、犊季季节 1114 143 145 150 2109 103 163 117 v线性模型性模型举例例母牛的乳脂量生产成绩表（Schaeffer L R，1993） http:/ 固定效应模型（fixed model）如一个模型中除了随机误差外，其余所有的效应均为固定效应，则称此模型为固定效应模型或固定模型。随机效应模型（random model） 若模型中除了总平均数外，其余的所有效应均为随机效应，则称此模型为随机效应模型或随机模型 混合模型 （mixed model） 若模型中除了总平均数和随机误差之外，既含有固定效应，也含有随机效应，则称之为混合模型 http:/ 。http:/ BLUP
5、BLUP的基本原理的基本原理v一般混合模型可表示一般混合模型可表示为：是所有观察值构成的向量 是所有固定效应（包括）构成的向量是固定效应的关联矩阵 是所有随机效应构成的向量 是随机效应的关联矩阵 是随机残差向量 v随机随机变量的数学期望：量的数学期望：v方差方差- -协方差矩方差矩阵结构：构： ， ， ， http:/ BLUP 的的统计特性特性可估函数：预测函数：预测误差：BLUP分析的实质是利用观察值的一个线性函数（ ）对固定效应和随机效应的任意线性可估函数（ ）进行估计和预测，要求同时满足预测的无偏性和预测误差方差最小（最佳）两个条件，由此得到 的最佳最佳线性无偏估性无偏估计值（BLUE
6、）， 的最佳最佳线性无偏性无偏预测值（BLUPBLUP）。http:/ BLUP 估估计一般方程一般方程 vBLUPBLUP法前提条件法前提条件1.所用的表型信息必须真实可靠，系谱资料必须正确完整2.所用的模型是真实模型；3.模型中的随机效应的方差组分或方差组分的比值已知http:/ 为 中与 个体对应的对角线元素 http:/ BLUPBLUP的的计算技算技术v混合模型方程混合模型方程组的求解的求解 经典解法先求出方程组的系数矩阵和等式右边的向量，建立方程组，然后迭代求解缺点：混合模型方程组往往很大，容易受计算机内存的限制，实际应用范围不广间接解法 不需建立方程组，直接构建观测数据迭代公式，
7、每次迭代读入原始数据包括性状观测值和系谱记录，并同时计算该次迭代的解 通用性不强，需要构建特定的数据迭代公式http:/ （gauss-seidel）雅可比迭代法（jacobi）松弛迭代法（relaxation）v收收敛标准准（convergence criteria)convergence criteria)一般标准改进标准http:/ ，父母亲号先于个体号2.构建分子亲缘矩阵个体 的父母未知时： 个体 的父或母为 时 ：个体 的父母已知为 或 时： http:/ 1.构造所有个体的系谱列表 ，父母亲号先于个体号2.构建三角矩阵 个体 的父母未知时：个体 的父或母为 时：个体的父母已知为 或
8、 ，假设 ，这时： http:/ 3.令 为 对角线元素组成的对角阵，让4.按以下规则加入已知父母的个体的有关元素构建 如果双亲已知为 和 ：如果个体父或母已知 为： 要加入的数要加入的数值中的位置中的位置要加入的数要加入的数值中的位置中的位置http:/ 和 ：如果个体父或母已知为 ：要加入的数要加入的数值中的位置中的位置2-10.5要加入的数要加入的数值中的位置中的位置3/4-2/31/3http:/ 育种育种值估估计模型模型 v动物模型物模型 （animal model animal model ）数学方程式：期望和方差：混合模型方程组：http:/ （sire model sire m
9、odel ）数学方程式：期望和方差：混合模型方程组：是公畜间加性遗传相关矩阵 http:/ 公畜在群体中与母畜的交配是完全随机的母亲之间没有血源关系每个母亲只有一个后代，即一个公畜的所有后代都是父系半同胞。http:/ （sire-dam model sire-dam model ）数学方程式：期望和方差：混合模型方程组：是公畜间加性遗传相关矩阵 是母畜间加性遗传相关矩阵 http:/ 动物只有一个记录 有记录的动物不是其它动物的双亲 双亲无记录 http:/ （maternal grandsire model maternal grandsire model ）数学方程式：期望和方差：混合模
10、型方程组： 是公畜间加性遗传相关矩阵 是外祖父间加性遗传相关矩阵 http:/ 有记录的动物不是其它动物的双亲 双亲无记录每个母畜只有一个后代 ，且外祖母只有一个女儿 母畜在外祖父所有女儿中随机抽样， http:/ 多性状多性状BLUP BLUP 法的基本原理法的基本原理vBLUPBLUP原理同原理同样可使用于可使用于对多个性状多个性状进行育种行育种值估估计。v当我当我们要要对个体在多个性状上的育种个体在多个性状上的育种值进行估行估计时，一种，一种方法可以方法可以分分别对每一性状每一性状单独独进行估行估计，然后根据性状之，然后根据性状之间的的经济重要性重要性进行行综合合。v另一种方法可以另一种
11、方法可以利用一个多性状模型利用一个多性状模型对多个性状同多个性状同时进行行估估计。由于同。由于同时进行估行估计时考考虑了性状了性状间的相关，利用了的相关，利用了更多的信息，同更多的信息，同时可校正由于可校正由于对某些性状某些性状进行了行了选择而而产生的偏差，因而可提高估生的偏差，因而可提高估计的准确度。的准确度。http:/ http:/ : v获得得综合育种合育种值得到各个个体两个性状的估计育种值后，可用性状经济重要性进行加权计算综合育种值，或者将估计育种值转化为标准化的估计育种值，然后再加权计算综合育种值。即： http:/ BLUPBLUP育种育种值估估计举例例v单性状性状动物模型物模型
12、BLUPBLUP育种育种值估估计 某种猪场有如下种猪性能测定资料，测定性状为达100 kg日龄，已知该性状的遗传力为0.33，试对该性状资料进行个体育种值估计。种猪达100kg日龄记录猪猪场个体个体父父亲母母亲达达100kg日日龄111401215213113524121432532160http:/ ：http:/ kg日龄和达100kg背膘 ，试以两个性状资料进行个体育种值估计。种猪达100kg日龄和达100kg背膘厚测定记录猪猪场个体个体父父亲母母亲达达100kg日日龄(d)达达100kg背膘厚背膘厚（mm）1114013121521413113512241214313253216016
13、http:/ 是第 性状，第 猪场，第 个体的观测值 是第 性状，第 猪场的效应 是第 性状，第 个体的育种值 是随机残差 猪两个性状的表型、遗传参数和经济加权值（表中右边2项的右上角为表型相关，左下角为遗传相关）性状性状单位位达达100kg日日龄（ ） d-0.60.332250.55达达100kg背膘厚（背膘厚（ ）mm-0.80.501.440.45http:/ http:/ 。v近年来，世界各国育种学家在BLUP法的计算问题上做了大量的工作，已开发出相应的电脑软件，如国外的PEST 和国内的NETPIG。下面对一些常用的遗传评估软件进行介绍。 第七第七节 BLUP育种育种值估估计软件件
14、http:/ PEST PEST是由美国Illinois大学的Groeneveld、Kovac和Wang（1990）开发研制的多性状遗传评估软件，其英文全文名为（Multivariate Prediction and ESTimation，目前已在世界各国广泛应用。根据性能测定和生产数据，PEST提供了基于30多种数学模型的单性状或多性状BLUP育种值的计算，包括固定模型、个体动物模型、公畜模型、公畜母畜模型和外祖父模型等 。为了满足实际育种的需要，系统还提供了可自行定义性状、修改模型和设定参数的余地。PEST可以在不同的操作系统下运行。http:/ PIGBLUP软件是由澳大利亚New En
15、gland大学编写的，在1989发行了第一版，从那时起版本不断更新，到目前为止，最新的版本5.10已发展成为WINDOWS界面操作PIGBLUP是一种专为育种猪场设计使用的现代遗传评估系统，PIGBLUP主要包含种猪评估、遗传进展分析、选配和遗传审计四个模块 目前，PIGBLUP已国际化，正在多个国家使用 vGBSGBS GBS是“猪场生产管理与育种数据分析系统”的英文缩写，是中国农业大学动物科学技术学院GBS软件创作小组开发研制的系统软件。GBS是中文WINDOWS95/WINDOWNT下的管理信息系统。它集种猪、商品猪生产和育种数据的采集与分析于一体，十分适合大型种猪生产集团使用，并支持联
16、合育种方案 http:/ NETPIG（种猪场网络管理系统）是四川农业大学动物科技学院和重庆市养猪科学研究院（系统指导：李学伟、王金勇；程序设计：徐顺来）联合研制开发WINGDOWS界面的种猪场网络管理系统该系统借鉴了加拿大、丹麦等国的成功经验，应用先进的数学模型进行育种值估计，非常易于实现“联合育种”系统主要包含“生产管理”和“育种管理”、两大模块，模块之间相辅相成，数据共享，完全无缝街接该软件有两个版本，一个用于遗传评估中心，遗传评估中心通过该模块对整个地区的所有种猪进行统一遗传评估并将结果在网上发布。另一个在猪场，各种猪场用于进行场内遗传评估，以解决场内选种与遗传评估中心发布遗传评估结果的时间差问题，为选种作一定参考 http:/ your company slogan48a
