第七章 个体遗传评定——BLUP法. BLUP法简介:
BLUP方法是美国学者Henderson于1948年提出的,由于这种方法涉及到大量的计算,由于当时计算条件的限制。到20世纪80年代,随着数理统计学尤其是线性模型理论、计算机科学、计算数学等多学科领域的迅速发展, BLUP法在估计家畜育种值方面才得到了广泛应用,特别是在大家畜的种用价值评定方面,为畜禽重要经济性状的遗传改良作出了重大贡献。
第一节 BLUP育种值估计 一.基本原理
(一) BLUP的涵义
BLUP是Best Linear Unbiased prediction的首字母缩略词,既最佳线性无偏预测。其中: 最佳(Best):估计误差方差 最小; 线性(Linear):估计值是观察值的线性函数; 无偏(Unbiased):估计值无偏,即估计值的期望值就是真值, ; 预测(prediction):是可以对随机效应进行预测。 (二)混合模型(Mixed model)
式中,—观察值向量;b和u分别为固定效应和随机效应向量;e为随机残差向量;X和Z分别为b和u的关联矩阵。
(三)混合模型方程组(MME)
用BLUP方法估计育种值时,首先要根据资料的性质建立适当的模型:公畜模型(sire model)、公畜—母畜模型(sire-dam model)、外祖父模型(maternal grandsire model)以及动物模型(animal model)等
育种实践中普遍采用动物模型:
动物模型:将动物个体本身的加性遗传效应(即育种值)作为随机效应放在模型
动物模型BLUP:基因动物模型的BLUP育种值估计方法(牛、猪育种实践中普遍采用) (三)动物模型BLUP BLUP法的含义:
统计学意义:将观察值表示成固定效应、随机效应和随机残差的线性组合 遗传学意义:将表型值表示成遗传效应、系统环境效应(如畜群、年度、季节、性别等)、随机环境效应(如窝效应、永久环境效应)和剩余效应(包括部分遗传效应和环境效应)的线性组合。在同一个估计方程组中既完成固定效应的估计,又能实现随机遗传效应的预测。
对上述资料可用如下模型估计育种值:
在第i个牧场中个体j的观察值 第个i牧场的固定效应 第j个个体的育种值
与观察值 对应的随机误差 动物模型BLUP举例 矩阵表示为: 式中:
y为观察值向量
β为固定效应向量,如牧场
a为随机的加性遗传效应向量,即个体育种值向量 e为随机残差向量
X、Z分别是与固定效应和加性遗传效应对应的关联矩阵
动物模型BLUP 写成矩阵形式为: 观察值向量 个体育种值向量
个体育种值的关联矩阵 随机残差效应向量 固定效应的关联矩阵 固定效应向量(牧场) 写成矩阵形式为:
向量a中不仅包含有观察值个体的育种值,还包括没有观察值个体的育种值 与此模型对应的混合模型方程组(MME) 求解关键 X′X X′Z Z′X Z′Z X′y Z′y X Z
k=(1-h2)/h2
9个个体间的加性遗传相关矩阵为:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 A-1
方程组的解为:
9个个体排列优劣名次:a4>a3 > a8 > a7 > a9 > a2 > a5 > a1 > a6 BLUP育种值估计方法类型 公畜模型BLUP:
公畜-母畜模型BLUP: 外祖父模型BLUP: 动物模型BLUP:
公畜(父亲)遗传效应向量 个体加性效应向量 外祖父遗传效应向量 母亲遗传效应向量
BLUP法估计育种值的主要优点 能更有效地校正环境效应 能更充分利用所有亲属的信息 能校正由于非随机交配造成的偏差
能对不同群体进行联合遗传评定 (前提:群体间有一定的遗传联系)
育种值估计的精确性更高 BLUP法的应用
最早在乳用种公牛育种值估计上推广 准确地排列出公畜间和母畜间的优劣名次 大大加快了奶牛育种改良的进度
近十年美国荷斯坦牛牛群规模:不断减少 BLUP法的应用
近十年美国荷斯坦牛平均产奶量:不断增加 BLUP法的应用