基因定位與育種設(shè)計

前言  第1章遺傳研究群體1  1.1遺傳研究的常見群體類型1  1.1.1雙親群體1  1.1.2多親群體3  1.1.3創(chuàng)建遺傳群體的若干注意事項6  1.2基因型數(shù)據(jù)的初步整理和分析8  1.2.1基因型數(shù)據(jù)的獲取8  1.2.2基因頻率和基因型頻率11  1.2.3基因型頻率的適合性檢驗11  1.3基因效應(yīng)和遺傳方差13  1.3.1群體均值和表型方差的計算13  1.3.2單基因座位上的加顯性遺傳模型15  1.3.3單基因座位上的遺傳方差16  1.4單環(huán)境表型觀測值的方差分析18  1.4.1表型值的線性分解18  1.4.2表型離差平方和的分解19  1.4.3水稻粒長性狀的單環(huán)境方差分析21  1.5多環(huán)境表型觀測值的方差分析23  1.5.1表型值的線性分解23  1.5.2表型離差平方和的分解24  1.5.3水稻粒長的多環(huán)境方差分析28  1.6基因型值和遺傳力的估計29  1.6.1單環(huán)境基因型值和遺傳力的估計29  1.6.2多環(huán)境基因型值和遺傳力的估計30  1.6.3異質(zhì)誤差方差下基因型值的估計31  練習(xí)題34  第2章連鎖分析和遺傳圖譜構(gòu)建38  2.1世代轉(zhuǎn)移矩陣38  2.1.1世代轉(zhuǎn)移矩陣的定義38  2.1.2回交世代轉(zhuǎn)移矩陣39  2.1.3自交世代轉(zhuǎn)移矩陣41  2.1.4加倍單倍體世代轉(zhuǎn)移矩陣43  2.1.5連續(xù)自交的世代轉(zhuǎn)移矩陣44  2.1.6基因型理論頻率的矩陣表示45  2.2兩個座位上各種基因型的理論頻率46  2.2.110種基因型的理論頻率46  2.2.2永久群體中4種純合基因型的理論頻率46  2.2.3兩個共顯性標記在暫時群體中的基因型理論頻率49  2.2.4一個共顯性和一個顯性標記在暫時群體中的基因型理論頻率49  2.2.5一個共顯性和一個隱性標記在暫時群體中的基因型理論頻率52  2.2.6兩個顯性標記在暫時群體中的基因型理論頻率52  2.2.7一個顯性和一個隱性標記在暫時群體中的基因型理論頻率52  2.2.8兩個隱性標記在暫時群體中的基因型理論頻率52  2.3兩個標記／基因座位間重組率的估算55  2.3.1DH群體中重組率的極大似然估計55  2.3.2重組率極大似然估計的一般形式57  2.3.3F2群體中一個共顯性座位和一個顯性座位間的重組率估計59  2.3.4Newton迭代算法中初始值的選取61  2.3.5F2群體中重組率估計的EM算法61  2.3.6奇異分離對重組率估計的影響63  2.4不同遺傳群體重組率估計的比較研究64  2.4.1不同遺傳群體中檢驗連鎖的LOD統(tǒng)計量64  2.4.2不同遺傳群體中重組率估計的準確度66  2.4.3不同遺傳群體檢測到顯著連鎖所需的樣本量66  2.5作圖函數(shù)和遺傳圖譜構(gòu)建69  2.5.1遺傳干涉和干涉系數(shù)69  2.5.2作圖函數(shù)71  2.5.3標記分群算法72  2.5.4標記排序算法74  2.6隨機交配群體的連鎖分析76  2.6.1隨機交配與連鎖不平衡76  2.6.2基因型到配子的轉(zhuǎn)移矩陣79  2.6.3隨機交配若干代的配子型和基因型頻率81  練習(xí)題82  第3章單標記分析和簡單區(qū)間作圖87  3.1單標記分析87  3.1.1單標記基因型均值的差異分析88  3.1.2兩種基因型群體中單標記分析的t檢驗89  3.1.33種基因型群體中單標記分析的t檢驗91  3.1.43種基因型群體中單標記方差分析94  3.1.5單標記分析的似然比測驗95  3.1.6單標記分析存在的問題97  3.2簡單區(qū)間作圖97  3.2.1區(qū)間標記型中QTL基因型的頻率97  3.2.2QTL基因型平均表現(xiàn)的極大似然估計103  3.2.3QTL存在的檢驗107  3.2.4QTL遺傳效應(yīng)和貢獻率的估計108  3.2.5區(qū)間作圖在一個DH和一個F2群體中的應(yīng)用109  3.2.6簡單區(qū)間作圖中的幻影QTL現(xiàn)象111  3.2.7簡單區(qū)間作圖的其他問題112  3.3檢驗統(tǒng)計量LOD臨界值的選擇113  3.3.1顯著性水平和檢驗統(tǒng)計量的臨界值113  3.3.2不存在QTL的零假設(shè)條件下單個掃描位點LRT統(tǒng)計量的分布114  3.3.3單條染色體上最大LOD統(tǒng)計量分布的影響因素116  3.3.4全基因組有效檢驗次數(shù)與經(jīng)驗LOD臨界值118  3.3.5排列檢驗與經(jīng)驗LOD臨界值122  練習(xí)題125  第4章完備區(qū)間作圖方法128  4.1控制背景遺傳變異的重要性128  4.2DH群體完備區(qū)間作圖130  4.2.1單個QTL的加性遺傳模型130  4.2.2多個QTL的加性遺傳模型132  4.2.3定位加性QTL的一維掃描和假設(shè)檢驗133  4.2.4ICIM在一個大麥DH作圖群體中的應(yīng)用135  4.3F2群體完備區(qū)間作圖137  4.3.1單QTL的加顯性遺傳模型138  4.3.2多QTL的加顯性遺傳模型141  4.3.3定位加顯性QTL的一維掃描和假設(shè)檢驗142  4.3.4ICIM在一個大豆F2作圖群體中的應(yīng)用142  4.4假設(shè)檢驗的第二類錯誤與QTL檢測功效144  4.4.1第二類錯誤和假設(shè)檢驗的功效144  4.4.2第二類錯誤概率與適宜的樣本量146  4.4.3模擬試驗中QTL的分布和效應(yīng)模型148  4.4.4QTL檢測功效和錯誤發(fā)現(xiàn)率的計算150  4.5完備區(qū)間與簡單區(qū)間兩種作圖方法的比較154  4.5.1簡單區(qū)間作圖的QTL檢測功效155  4.5.2完備區(qū)間作圖的QTL檢測功效156  4.5.3依標記區(qū)間的檢測功效157  4.5.4QTL作圖群體的大小158  4.6避免表型對標記變量的過擬合159  練習(xí)題161  第5章互作QTL作圖164  5.1DH群體中上位型互作QTL作圖164  5.1.1互作QTL作圖的線性回歸模型及其統(tǒng)計學(xué)性質(zhì)164  5.1.2上位性QTL的二維區(qū)間作圖166  5.1.3連鎖和上位型互作存在時群體遺傳方差的計算171  5.1.4利用DH群體定位互作QTL的模擬研究172  5.2F2群體上位型互作QTL作圖175  5.2.1F2群體的上位型互作遺傳模型175  5.2.2F2群體的上位性QTL作圖176  5.3常見互作類型的遺傳分析和檢測功效181  5.3.1兩個互作座位間遺傳效應(yīng)的計算181  5.3.2兩個基因座位間遺傳方差的分解183  5.3.3互作QTL檢測功效的模擬187  5.3.4互作QTL作圖應(yīng)注意的一些問題191  5.4QTL與環(huán)境間的互作分析192  5.4.1加性QTL與環(huán)境的互作分析192  5.4.2加加上位性QTL與環(huán)境的互作分析194  5.4.3一個真實RIL群體的QTL和環(huán)境互作分析195  練習(xí)題198  第6章其他類型群體的基因定位201  6.1選擇基因型分析和混合分離分析201  6.1.1選擇基因型分析的統(tǒng)計學(xué)原理201  6.1.2選擇基因型分析中檢驗QTL的LOD統(tǒng)計量203  6.1.3混合分離分析204  6.1.4選擇基因型分析和混合分離分析存在的問題204  6.2染色體片段置換系群體的QTL作圖205  6.2.1染色體片段置換系群體的特點205  6.2.2染色體片段置換系群體的QTL定位方法207  6.2.3水稻染色體片段置換系群體中粒長性狀的QTL作圖211  6.3多親本與一個共同親本雜交衍生遺傳群體的QTL作圖214  6.3.1廣義線性回歸和模型選擇214  6.3.2JICIM的參數(shù)估計和假設(shè)檢驗215  6.3.3一個擬南芥NAM群體中開花期性狀的QTL定位217  6.4自然群體的關(guān)聯(lián)分析方法217  6.4.1連鎖與連鎖不平衡217  6.4.2隨機交配與連鎖不平衡220  6.4.3群體結(jié)構(gòu)與連鎖不平衡221  6.4.4連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析兩種基因定位方法的比較222  6.5數(shù)量性狀基因的孟德爾化224  6.5.1重組近交家系群體中粒寬QTL的初步定位225  6.5.2染色體片段置換系群體中粒寬QTL的驗證227  6.5.3一個穩(wěn)定遺傳粒寬QTL的孟德爾化228  6.5.4一個穩(wěn)定遺傳粒寬QTL的精細定位229  練習(xí)題230  第7章QTL作圖中的其他常見問題232  7.1QTL遺傳方差和貢獻率的計算232  7.1.1單個QTL的遺傳方差和貢獻率232  7.1.2連鎖QTL的遺傳方差和貢獻率233  7.1.3QTL貢獻率與QTL檢測功效的提高236  7.2復(fù)合性狀的QTL作圖237  7.2.1復(fù)合性狀及其在遺傳研究和育種中的應(yīng)用237  7.2.2一個玉米RIL群體中構(gòu)成性狀和復(fù)合性狀的QTL作圖238  7.2.3復(fù)合性狀的基因效應(yīng)和遺傳方差242  7.2.4復(fù)合性狀QTL作圖的功效分析246  7.2.5復(fù)合性狀的遺傳力248  7.3加密標記對QTL檢測功效的影響250  7.3.1加密標記對單個QTL檢測的影響250  7.3.2加密標記對連鎖QTL檢測的影響251  7.4缺失標記的填補及缺失標記對QTL作圖的影響253  7.4.1缺失標記的填補253  7.4.2一個水稻F2群體中的株高QTL255  7.4.3缺失標記對QTL檢測功效的影響256  7.5奇異分離對遺傳研究的影響258  7.5.1一個水稻F2群體中的奇異分離標記258  7.5.2奇異分離在3種基因型群體中對QTL作圖的影響259  7.5.3奇異分離影響的距離262  7.5.4奇異分離在兩種基因型群體中對QTL作圖的影響263  7.6數(shù)量性狀表型分布的非正態(tài)性263  7.6.1數(shù)量性狀的表型模型與表型分布264  7.6.2非正態(tài)表型分布的QTL作圖265  練習(xí)題266  第8章育種過程的建模和模擬268  8.1植物育種模擬的重要性、原理和工具268  8.1.1育種模擬的重要性268  8.1.2育種模擬原理和工具269  8.2定義基因和環(huán)境系統(tǒng)及育種起始群體271  8.2.1基因和環(huán)境系統(tǒng)的一些基本信息272  8.2.2環(huán)境和性狀信息273  8.2.3基因信息275  8.2.4標記信息278  8.2.5上位型互作網(wǎng)絡(luò)信息278  8.2.6起始群體信息280  8.3在QuLine中定義育種方法282  8.3.1育種過程的詳細描述282  8.3.2育種模擬試驗的若干基本信息284  8.3.3簡化修飾系譜育種方法的數(shù)字化定義286  8.3.4簡化選擇混合育種方法的數(shù)字化定義290  8.4模擬試驗設(shè)計和結(jié)果分析291  8.4.1模擬試驗設(shè)計291  8.4.2模擬結(jié)果分析：不同育種策略的遺傳進度294  8.4.3模擬結(jié)果分析：成本與收益分析297  8.4.4育種模擬與科學(xué)化育種298  練習(xí)題298  第9章育種方法的模擬和比較300  9.1比較育種方法和利用基因信息選配親本300  9.1.1修飾系譜和選擇混合兩種育種方法的模擬和比較300  9.1.2育種模擬在利用已知基因信息選配親本中的應(yīng)用302  9.2回交育種的模擬和比較306  9.2.1模擬試驗的基本信息306  9.2.2墨西哥國際玉米小麥改良中心小麥育種的親本材料307  9.2.3簡單回交與選擇混合育種策略的結(jié)合308  9.2.4模擬試驗設(shè)計309  9.2.5模擬結(jié)果分析310  9.2.6回交育種及簡單回交育種策略的廣泛應(yīng)用314  9.3加倍單倍體與小麥常規(guī)育種的模擬比較315  9.3.1基因和環(huán)境系統(tǒng)315  9.3.2兩種DH育種和常規(guī)育種方法316  9.3.33種育種方法的年份和成本分析318  9.3.4DH和常規(guī)育種的遺傳進度320  9.4標記輔助育種的模擬和比較323  9.4.1目標基因型存在的最小群體323  9.4.2聚合多個有利等位基因的群體遺傳學(xué)325  9.4.3育種親本和基因信息327  9.4.4復(fù)雜遺傳模型下預(yù)測選擇結(jié)果328  9.4.5頂交試驗中聚合9個有利基因的最優(yōu)策略330  9.5實現(xiàn)育種目標的成功概率估計331  9.5.1HarvestPlus挑戰(zhàn)計劃的育種目標331  9.5.2遺傳模型和育種親本材料332  9.5.3育種目標設(shè)置和育種策略模擬333  9.5.4不同育種策略間成功概率比較335  練習(xí)題336  第10章育種中的預(yù)測和設(shè)計338  10.1線性模型及其參數(shù)估計338  10.1.1線性回歸模型338  10.1.2回歸系數(shù)和誤差方差的估計340  10.1.3廣義線性模型341  10.1.4最優(yōu)線性無偏估計和最優(yōu)線性無偏預(yù)測343  10.1.5混合效應(yīng)模型344  10.2育種值的預(yù)測345  10.2.1動物模型346  10.2.2配子模型348  10.2.3動物系譜共祖先系數(shù)的計算350  10.2.4植物自交系共祖先系數(shù)的計算352  10.3玉米雜交種表現(xiàn)的預(yù)測354  10.3.1一個玉米雜交種衍生的遺傳研究群體354  10.3.2預(yù)測模型355  10.3.3預(yù)測模型的有效性和未測試雜交種的表現(xiàn)預(yù)測357  10.3.4預(yù)測方法有效性與性狀遺傳結(jié)構(gòu)的關(guān)系359  10.4遺傳研究到育種設(shè)計363  10.4.1研究育種目標性狀的基因或QTL363  10.4.2結(jié)合育種目標設(shè)計目標基因型364  10.4.3達到目標基因型的途徑分析365  10.4.4全基因組選擇方法367  10.4.5遺傳研究與植物育種方法368  練習(xí)題370  參考文獻371  中英文名詞對照和索引380  圖版