第八章育種的遺傳評(píng)估三---BLUP育種值估計(jì)PPT課件

1、第八章 育種的遺傳評(píng)估（三）-BLUP育種值估計(jì)小組成員：李功鋪201311331212 李永平201311331213 林瀟帆201311331215目 錄 / Contents0102030405第一節(jié) 有關(guān)預(yù)備知識(shí)第五節(jié) 多性狀的BLUP育種值估計(jì)第二節(jié) BLUP的基本原理第三節(jié) BLUP育種值估計(jì)模型第四節(jié) 單性狀的BLUP育種值估計(jì)第六節(jié) BLUP育種值的準(zhǔn)確性與重復(fù)率第七節(jié) BLUP育種值估計(jì)軟件預(yù)備知識(shí)BLUP的基本原理估計(jì)模型單性狀BLUP育種估計(jì)多性狀育種值估計(jì)BLUP育種值準(zhǔn)確性與重復(fù)率估計(jì)軟件分塊矩陣、逆矩陣、廣義逆矩陣隨機(jī)向量、期望向量、方差-協(xié)方差矩陣和正態(tài)分布模型：

2、真實(shí)模型、理想模型、操作模型線(xiàn)性模型：固定效應(yīng)模型、隨機(jī)效應(yīng)模型、混合模型基本理論、混合模型方程組、BLUP由來(lái)估計(jì)軟件：PEST、PIGBLUP、GBS、NETPIG、BLUP育種值估計(jì)動(dòng)物模型公畜模型公畜-母畜模型外祖父模型個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣A與A的計(jì)算計(jì)算個(gè)體育種值第一節(jié)第一節(jié) 有關(guān)預(yù)備知識(shí)有關(guān)預(yù)備知識(shí)分塊矩陣 用水平和垂直虛線(xiàn)將矩陣分為若干小塊，此時(shí)的矩陣陳偉分塊陣，其中的小塊稱(chēng)為子陣。逆矩陣 對(duì)于一方陣A，若存在另一矩陣B，使得BA=I，則 稱(chēng)B為A的逆矩陣。廣義逆矩陣 對(duì)于任一矩陣A，若有矩陣G，滿(mǎn)足AGA=A，則稱(chēng)G為A的廣義逆，記為A。第一節(jié)第一節(jié) 有關(guān)預(yù)備知識(shí)有關(guān)預(yù)備知識(shí)

3、模型 是描述觀(guān)察值與影響觀(guān)察值變異性的各因子之間的關(guān)系的教學(xué)方程式。分類(lèi)：真實(shí)模型非常準(zhǔn)確地模擬觀(guān)察值的變異性，模 型中不含有未知成分 理想模型根據(jù)研究者所掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)建立的盡可能接近真實(shí)模型的模型 操作模型用于實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析的模型，它通常是理想模型的簡(jiǎn)化形式 第一節(jié)第一節(jié) 有關(guān)預(yù)備知識(shí)有關(guān)預(yù)備知識(shí)線(xiàn)性模型 ：線(xiàn)性模型是指在模型中所包含的各個(gè)因子是以相加的形式影響觀(guān)察值，即它們與觀(guān)察值的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系，但對(duì)于連續(xù)性的協(xié)變量也允許出現(xiàn)平方或立方項(xiàng)。線(xiàn)性模型的組成： 1、 數(shù)學(xué)方程式 2、方程式中隨機(jī)變量的期望和方差及協(xié)方差 3、假設(shè)、約束和限制條件分類(lèi)1固定效應(yīng)模型 如一個(gè)模型中除了隨機(jī)誤差外，

4、其余所有的效應(yīng)均為固定效應(yīng)，則稱(chēng)此模型為固定效應(yīng)模型或固定模型。2隨機(jī)效應(yīng)模型 若模型中除了總平均數(shù)外，其余的所有效應(yīng)均為隨機(jī)效應(yīng)則稱(chēng)此模型為隨機(jī)效應(yīng)模型或隨機(jī)模型。3混合模型 若模型中除了總平均數(shù)和隨機(jī)誤差之外，既含有固定效應(yīng)，也含有隨機(jī)效應(yīng)，則稱(chēng)之為混合模型。 第二節(jié)第二節(jié) BLUP的基本原理的基本原理一般混合模型可表示為： y=Xb+Zu+ey 是所有觀(guān)察值構(gòu)成的向量 b 是所有固定效應(yīng)（包括）構(gòu)成的向量X 是固定效應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣u 是所有隨機(jī)效應(yīng)構(gòu)成的向量Z 是隨機(jī)效應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣 e 是隨機(jī)殘差向量 第二節(jié)第二節(jié) BLUP的基本原理的基本原理隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望：方差-協(xié)方差矩陣結(jié)構(gòu)：bb

5、 )(E0u )(E0e )(EXby )(ER00GeuVar第二節(jié)第二節(jié) BLUP的基本原理的基本原理BLUP 的統(tǒng)計(jì)特性 可估函數(shù)：Kb+Mu 預(yù)測(cè)函數(shù)：Ly 預(yù)測(cè)誤差：Kb+Mu-LyBLUP分析的實(shí)質(zhì)是利用觀(guān)察值的一個(gè)線(xiàn)性函數(shù)（Ly）對(duì)固定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)的任意線(xiàn)性可估函數(shù)（Kb+Mu）進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)，要求同時(shí)滿(mǎn)足預(yù)測(cè)的無(wú)偏性和預(yù)測(cè)誤差方差最小（最佳）兩個(gè)條件，由此得到 的最佳線(xiàn)性無(wú)偏估計(jì)值（BLUE）， 的最佳線(xiàn)性無(wú)偏預(yù)測(cè)值（BLUP）。BLUP 估計(jì)一般方程 BLUP法前提條件1.所用的表型信息必須真實(shí)可靠，系譜資料必須正確完整2.所用的模型是真實(shí)模型；3.模型中的隨機(jī)效應(yīng)的方差組

6、分或方差組分的比值已知yVXX)VX(b11)bX(yVZGu1混合模型方程組的一般形式混合模型方程組的簡(jiǎn)化形式y(tǒng)RZyRXubGZRZXRZZRXXRX1111111yZyXubAZZXZZXXX1k22uek2)(uVarAGu2)(eVarIRe混合模型方程組的度量 zzxxVarCG00CubzzzxxzxxVarCCCCuubkdduuCovriiiiiiuueauuuiiuu1/ )(),(22222uek 為為 中與中與 個(gè)體對(duì)應(yīng)的對(duì)角線(xiàn)元素個(gè)體對(duì)應(yīng)的對(duì)角線(xiàn)元素 iudzzCi分子親緣矩陣逆矩陣的計(jì)算 1.構(gòu)造所有個(gè)體的系譜列表 ，父母親號(hào)先于個(gè)體號(hào)2.構(gòu)建三角矩陣 個(gè)體 的父母

7、未知時(shí)： 個(gè)體 的父或母為 時(shí)： 個(gè)體的父母已知為 或 ，假設(shè) ，這時(shí)： tp1ttl0til121ti、t1210215 . 0tppipillpiti、ppitittfll25. 075. 0112L1210215 . 021)(5 . 0tqqiqppilpilllqiqipiti、2111 0.50.50.25()pqttpj qjtipqiill llffpqqp 分子親緣矩陣逆矩陣的計(jì)算 3.令 為 對(duì)角線(xiàn)元素組成的對(duì)角陣，讓4.按以下規(guī)則加入已知父母的個(gè)體的有關(guān)元素構(gòu)建 DL 2)(11DA1A如果雙親已知為如果雙親已知為 和和 ：如果個(gè)體父或母已知如果個(gè)體父或母已知 為：為：

8、pq1A要加入的數(shù)值中的位置p1A要加入的數(shù)值中的位置iia5 . 0),(),(),(),(qiiqpiipiia25. 0),(),(),(),(qqpqqpppiia5 . 0),(),(),(),(qiiqpiipiia25. 0),(),(),(),(qqpqqppp如果是一個(gè)非近交群體，則可直接構(gòu)建 如果雙親已知為 和 ：如果個(gè)體父或母已知為 ：p要加入的數(shù)值中的位置2-10.5pq1A),(),(),(),(qiiqpiip),(),(),(),(qqpqqppp),( ii要加入的數(shù)值中的位置3/4-2/31/31A),( ii),(),(piip),(pp1A第三節(jié)第三節(jié) 育

9、種值估計(jì)模型育種值估計(jì)模型 動(dòng)物模型 數(shù)學(xué)方程式： 期望和方差： 混合模型方程組：eZaXby0a )(E0e )(EXby )(E22eaVarI00AeayZyXabAZZXZZXXX1k22221hhkae公畜模型 數(shù)學(xué)方程式： 期望和方差： 混合模型方程組：eZsXby0s )(E0e )(EXby )(E2e2ssI00AesVar是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣 sAyZyXsbAZZXZZXXX1sk22222224hhkssyse1、公畜在群體中與母畜的膠片餓哦是完全隨機(jī)的。2、母親之間沒(méi)有血緣關(guān)系。3、每個(gè)母親只有一個(gè)后代，即一個(gè)公畜的所有后代都是父系的半同胞

10、。三個(gè)重要假設(shè)公畜母畜模型 數(shù)學(xué)方程式： 期望和方差： 混合模型方程組：edZsZXbyds0s )(E0d )(E0e )(EXby )(E222edsVarI000A000Aedsds是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣 sA是母畜間加性遺傳相關(guān)矩陣是母畜間加性遺傳相關(guān)矩陣 dAyZyZyXdsbAZZZZXZZZAZZXZZXZXXXds1dddsddds1ssssds21kk222214hhkse2222224hhkde1、動(dòng)物只有一個(gè)記錄 2、有記錄的動(dòng)物不是其它動(dòng)物的雙親 3、雙親無(wú)記錄三個(gè)重要假設(shè)外祖父模型 數(shù)學(xué)方程式： 期望和方差： 混合模型方程組：egZsZXby

11、gs0s )(E0g )(E0e )(EXby )(E222edgsVarI000A000Aegss是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣是公畜間加性遺傳相關(guān)矩陣 sA是外祖父間加性遺傳相關(guān)矩陣是外祖父間加性遺傳相關(guān)矩陣 gAyZyZyXgsbAZZZZXZZZAZZXZZXZXXXgs1gggsgggs1ssssgs21kk222214hhkse22222)516(hhkge1、動(dòng)物只有一個(gè)記錄2、有記錄的動(dòng)物不是其它動(dòng)物的雙親 5、母畜在外祖父所有女兒中隨機(jī)抽樣五個(gè)重要假設(shè)3、雙親無(wú)記錄4、每個(gè)母畜只有一個(gè)后代 ，且外祖母只有一個(gè)女兒 第四節(jié)：?jiǎn)涡誀畹牡谒墓?jié)：?jiǎn)涡誀畹腂LUP法育種值估計(jì)法育種值估計(jì)某種

12、豬場(chǎng)有如下種豬性能測(cè)定資料，測(cè)定性狀為達(dá)100 kg日齡，已知該性狀的遺傳力為h2=0.33，試對(duì)該性狀資料進(jìn)行個(gè)體育種值估計(jì)。種豬達(dá)100kg日齡測(cè)定記錄豬場(chǎng)豬場(chǎng)個(gè)體個(gè)體父親父親母親母親達(dá)達(dá)100kg日齡日齡(d)111401215213113524121432532160一、個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣一、個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣A A及及A-1A-1的計(jì)算：的計(jì)算：P P116116二、計(jì)算個(gè)體育種值。二、計(jì)算個(gè)體育種值。P P117-118117-118第五節(jié)第五節(jié) 多性狀多性狀BLUP 法的基本原理法的基本原理BLUP原理同樣可使用于對(duì)多個(gè)性狀進(jìn)行育種值估計(jì)。當(dāng)我們要對(duì)個(gè)體在多個(gè)性狀上的育種

13、值進(jìn)行估計(jì)時(shí)，一種方法可以分別對(duì)每一性狀單獨(dú)進(jìn)行估計(jì)，然后根據(jù)性狀之間的經(jīng)濟(jì)重要性進(jìn)行綜合。另一種方法可以利用一個(gè)多性狀模型對(duì)多個(gè)性狀同時(shí)進(jìn)行估計(jì)。由于同時(shí)進(jìn)行估計(jì)時(shí)考慮了性狀間的相關(guān)，利用了更多的信息，同時(shí)可校正由于對(duì)某些性狀進(jìn)行了選擇而產(chǎn)生的偏差，因而可提高估計(jì)的準(zhǔn)確度。兩性狀線(xiàn)性模型合并的矩陣形式： 222222111111euZbXyeuZbXy212121212121eeeuuaZ00ZZbbbX00XXyyy,eZuXby0u )(E0e )(EXby )(E IR00AGeu00Var22211211gggg0G22211211rrrr0R令兩性狀混合模型方程組的簡(jiǎn)化形式: 獲得

14、綜合育種值 得到各個(gè)個(gè)體兩個(gè)性狀的估計(jì)育種值后，可用性狀經(jīng)濟(jì)重要性進(jìn)行加權(quán)計(jì)算綜合育種值，或者將估計(jì)育種值轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化的估計(jì)育種值，然后再加權(quán)計(jì)算綜合育種值。即： 2212121122121211rrrrgggg1010RG，2221221221112221221221112222121222121212111112112212221212111211ryryryryryryryrygrgrrrgrgrrrrrrrrrrr221122112121122112221212111121112212221221112111ZZZZXXXXaabbAZZAZZXZXZAZZAZZXZXZZXZXXXX

15、XZXZXXXXX22112211iiiiiiVEBwVEBwIEBVwEBVwIAEBVVEB第六節(jié)第六節(jié) BLUP育種值估計(jì)舉例育種值估計(jì)舉例單性狀動(dòng)物模型BLUP育種值估計(jì) 某種豬場(chǎng)有如下種豬性能測(cè)定資料，測(cè)定性狀為達(dá)100 kg日齡，已知該性狀的遺傳力為0.33，試對(duì)該性狀資料進(jìn)行個(gè)體育種值估計(jì)。種豬達(dá)100kg日齡記錄豬場(chǎng)豬場(chǎng)個(gè)體個(gè)體父親父親母親母親達(dá)達(dá)100kg日齡日齡111401215213113524121432532160個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣的計(jì)算1375. 05 . 05 . 025. 0375. 0125. 05 . 05 . 05 . 025. 0105 . 05 .

16、 05 . 001025. 05 . 05 . 001A111a122a02112 aa133a5 . 05 . 0113113aaa15 . 013255aa25. 0)05 . 0(5 . 0)(5 . 012131551aaaa個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣逆矩陣的計(jì)算 構(gòu)建 ：111l021l5 . 05 . 01131ll43123133ll5 . 0)(5 . 0211141lll5 . 05 . 02242ll21)(124224144lllL2101635 . 025. 002105 . 05 . 0004305 . 00001000001L個(gè)體間加性遺傳相關(guān)矩陣逆矩陣的計(jì)算 構(gòu)建對(duì)角

17、矩陣： 令：2, 2, 34, 1, 1)(21Ddiag2)(11DA201100201110611213211212210132216111A構(gòu)建線(xiàn)性模型 根據(jù)資料性質(zhì)，可對(duì)種豬達(dá)100kg日齡寫(xiě)出如下動(dòng)物模型： 用矩陣形式表示，則對(duì)于該資料有：ijjiijeahy2524131211543212110000010000010000010000011010010101160143135152140eeeeeaaaaahhy構(gòu)建混合模型方程組 因此有：2003XX1100000111ZX)ZX(XZ1000001000001000001000001ZZ303427yX160143135152

18、140yZ0003. 233. 033. 01122hhk16014313515214030342740220100402210206667.413333.1012215101023333.116667.401110002000111035432121aaaaahh求解混合模型方程組有：5085. 30915. 14624. 16251. 31624. 22915.1503332.1425432121aaaaahh兩性狀動(dòng)物模型BLUP法育種值估計(jì)某種豬場(chǎng)有如下種豬性能測(cè)定資料，測(cè)定性狀為達(dá)100 kg日齡和達(dá)100kg背膘 ，試以?xún)蓚€(gè)性狀資料進(jìn)行個(gè)體育種值估計(jì)。種豬達(dá)100kg日齡和達(dá)100

19、kg背膘厚測(cè)定記錄豬場(chǎng)豬場(chǎng)個(gè)體個(gè)體父親父親母親母親達(dá)達(dá)100kg日齡日齡(d)達(dá)達(dá)100kg背膘厚背膘厚（mm）1114013121521413113512241214313253216016 根據(jù)資料性質(zhì)，可對(duì)種豬達(dá)100kg日齡和達(dá)100kg背膘厚寫(xiě)出如下動(dòng)物模型： 是第 性狀，第 豬場(chǎng)，第 個(gè)體的觀(guān)測(cè)值 是第 性狀，第 豬場(chǎng)的效應(yīng) 是第 性狀，第 個(gè)體的育種值 是隨機(jī)殘差 豬兩個(gè)性狀的表型、遺傳參數(shù)和經(jīng)濟(jì)加權(quán)值（表中右邊2項(xiàng)的右上角為表型相關(guān)，左下角為遺傳相關(guān)）性狀性狀單位單位達(dá)達(dá)100kg日齡（日齡（ ） d-0.60.332250.55達(dá)達(dá)100kg背膘厚（背膘厚（ ）mm-0.80

20、.501.440.451X2X2Xw2h2P1Xijkikijijkeahyijkyijkijhijikaikijke因?yàn)樗袀€(gè)體兩個(gè)性狀都有記錄，因此有100000100000100000100000110100101012121ZZXX，加性遺傳相關(guān)矩陣的逆矩陣（單性狀例子獲得）：201100201110611213211212210132216111A由遺傳參數(shù)表可計(jì)算出性狀間的遺傳和誤差方差及協(xié)方差為：逆矩陣為：7200. 0002500.1467200. 03885. 33885. 37500.7800RG，1.3889000.00681.74160.0749-0.0749-0.01

21、591100RG，混合模型方程組：18.055718.055716.666819.444618.05571.08800.97240.91801.03360.952036.111454.16712.06042.90364.87210000. 01.7416-1.7416-0000. 0 0.1498-0000. 00.07490.07490000. 01.38890000. 00000. 00000. 00.00004.87210000. 01.7416-1.7416-0000. 0 0.1498-0000. 00.07490.07491.38890000. 00000. 00000. 01.7

22、416-0000. 04.58180.87081.1611- 0.07490000. 00.1373-0.0374-0.04990000. 01.38890000. 00000. 01.7416-1.7416-0.87084.87210.87080.07490.07490.0374-0.1498-0.0374-0000. 01.38890000. 00000. 00000. 01.7416-1.1611- 0.87084.58180000. 00.07490.04990.0374-0.1373-0000. 01.38890000. 00000. 00.1498-0000. 00.07490.0

23、7490000. 00.03860000. 00.0159-0.0159-0000. 00000. 00000. 00.00680000. 00.0000 0.1498-0000. 00.07490.07490000. 00.03860000. 00.0159-0.0159-0000. 00000. 00.00680000. 00.07490.00000.1373-0.0374-0.04990.0159-0000. 00.03590.00800.0106-0000. 00000. 00000. 00.00680.07490.07490.0374-0.1498-0.0374-0.0159-0.0159-0.00800.03860.00800000. 00000. 00000. 00.00680000. 00.07490.04990.0374-0.1373-0000. 00.0159-0.0106-0.00800.03590000. 00000. 00000. 00.00681.38891.38890000. 00000. 00000. 00000. 00000. 00000. 00000. 00000. 02.77780000.