动物标记辅助基因聚合优化体系研究

摘要

动物基因聚合育种是通过世代选择，向一个理想个体中聚合来源不同群体的多个目标基因型，进而实现生产培育出具有超级经济性状动物个体的目标。本研究受进化计算的启发，首先，将基因聚合育种过程等同于优势基因型组合的优化过程。本研究模拟混合群体和杂交群体下基因聚合，同时，基于MATLAB GUI开发了动物基因聚合模拟软件AGPBSim，主要研究结果如下：
　　 1.混合群体的基因聚合研究
　　 本研究以混合群体为基础群体，标记辅助选择配组亲本，以基因聚合为目标设计优化方案，选择聚合最优的基因型组合。聚合的目标基因为主要效应的基因，个体基因型通过二项式字符串模拟，子代基因型由亲代基因型离散重组产生，个体表型值由基因型-表型模型预测。分别计算各个世代群体的海明距离，优势基因型频率和平均表型值作为聚合进展的综合衡量标准。本研究设计三种选择策略，基因型选择、简单表型选择和整合基因信息的表型选择，比较运用不同选择策略下的基因聚合育种进展。基因型选择中考虑混合群体的初始基因频率，在表型选择中，基因型-表型模型整合了性状遗传力，基因型效应和基因互作效应信息。同时，本研究以聚合四个目标基因为例，模拟不同混合群体和不同选择策略下聚合四个目标基因的聚合进展。本研究结果表明选择模型显著地影响聚合育种进程。
　　 2.杂交群体基因聚合的研究
　　 本研究针对不同目标基因聚合个数和动物分离群体的特征，设计四类杂交方案--两群体杂交、三群体杂交、四群体级联杂交和四群体对称杂交。在各个方案中，首先，进行基因型选择九个世代，分析和比较不同基因频率和基础群体规模下聚合育种进程。其次，在相同的杂交方案中，比较基因型选择和表型选择策略，分析不同杂交组合，性状遗传力，初始基因频率，基础群体规模对聚合育种的影响，筛选出最佳的聚合方案。研究结果表明，当基础群体规模较大和初始群体基因频率较高时，获得聚合多个目标基因的理想个体的可能性较大。在四群体杂交方案中，亲本的杂交次序对于级联杂交的影响比对称杂交大。
　　 3.AGPBSim软件设计与开发
　　 AGPBSim是一个整合遗传信息进行动物基因聚合育种的模拟平台。运用AGPBSim可以模拟研究聚合育种基因的群体规模大小，初始等位基因频率及选择策略性对聚合育种进程的影响。在模拟基因聚合育种过程中的，运用群体海明距离，优势的基因型频率和平均表型值衡量育种进程。AGPBSim使用方便，灵活，可以整合群体规模，基因频率规模，选择策略，基因型-表型进行基因聚合育种仿真研究。运用MATLAB GUI设计的AGPBSim可以方便地在多平台上，依据不同基因聚合育种策略进行虚拟育种。本研究开发设计的聚合模拟育种的统计分析方法和相应软件为指导杂交方案和选择策略的设计提供理论参考，同时，为进一步设计与开发整合基因组信息模拟育种平台奠定基础。
　　 伴随复杂性状的剖析获得的信息越来越精确，微观层次的基因网络关系也越来越明确。系统生物学的理论和实验研究为研究复杂性状提供新的视角。研究需要更为准确和实际的模型以增加选择模型预测的准确性。进化计算方法将方便研究者利用这些信息，进而指导更为精确的聚合育种设计。在标记辅助优化设计基因聚合育种中，如何通过不同的杂交方案和选择策略设计出较优的基因型组合有很重要的实践意义。动物育种工作者将不断的尝试寻找这些最优的杂交方案和选择策略，进而提高生产力，增加经济效益。生物技术和信息技术飞快的发展，通过生物学家，生物信息工作者和育种工作者的共同合作，辅助于较高效力的计算机技术和用户友好型的软件，未来的分子育种将真正进入设计时代。