CN114931127A - 一种种猪的基因组育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种种猪的基因组育种方法，是对传统种猪选配方法的改进与创新。本发明将基因组信息整合并应用到了种猪选配中，建立了种猪基因组选配方法。与传统选配方法相比，本发明增加了基因组亲缘选配、基因组性能选配和单基因选配技术，能有效地提升种猪选配的精准性和选配效果。
Description
技术领域
本发明涉及动物遗传育种领域，特别涉及一种种猪的基因组育种方法。
背景技术
选择和选配是育种工作中的两个重要组成部分，在现场育种工作中，二者相辅相成、缺一不可。2001年，Meuwissen等提出利用全基因组信息进行个体遗传评估的方法，简称基因组选择。相比传统BLUP方法，基因组选择能够提高育种值估计的准确性，因此在近几年，该技术在种猪育种上得到了较快的发展。但是，尽管基因组选择技术已经得到了广泛应用，但另一重要方面即基因组选配技术并没有引起重视，现场选配工作仍然以传统选配方法为主。
传统选配方法通常只做亲缘选配和性能选配，其中亲缘选配是通过系谱计算个体间的亲缘关系，其缺点是仅通过概率推断个体间关系，无法准确捕获基因在世代间传递的具体信息，具有较大的推断误差。传统性能选配也由于无法得知亲本组合的基因型，因此只能认为后代的性能是亲本性能的平均值。
发明内容
本发明的目的是提供一种种猪的基因组育种方法，以解决上述问题。
本发明的一个方面，提供了一种种猪的基因组育种方法，该方法包括如下步骤：
1)对待配公、母猪进行组织采样；
2)对待配公、母猪进行基因组SNP分型；
3)进行基因组亲缘选配、基因组性能选配、单基因选配；
4)对步骤3)中选配结果进行整合，选择最优组合进行配种。
在某些实施方式中，其中基因组亲缘选配是通过利用个体的基因组信息计算所有待配公、母猪两两个体预期后代的近交系数，采用以下计算公式：
式中：Iij为第i头公猪和第j头母猪交配后代的预期近交系数，Bik为第i头公猪第k个SNP位点的基因型，Bjk为第j头母猪第k个SNP位点的基因型，基因型AA、Aa和aa分别用0、1和2表示，pk为第k个SNP位点a的等位基因频率，m为SNP位点总数。
在某些实施方式中，基因组亲缘关系选配可根据不同种猪群体设定近交系数的阈值，当超过阈值时，该种公、母猪选配组合将被淘汰。由此，可以避免公、母猪近交。
在某些实施方式中，其中基因组性能选配是先通过计算出各个SNP位点的加性效应和显性效应值，然后采用以下公式进行基因组性能选配：
式中：E()表示数学期望，GVo是后代的遗传值，ai表示第i个位点的加性效应值，di表示第i个位点的显性效应值，在计算结果前，先根据公猪和母猪的基因型预测后代每个位点各种基因型出现的概率以及加性效应值和显性效应值，然后将所有位点累加获得后代期望遗传值。
在某些实施方式中，基因组性能选配可将选定的性状根据计算出来的后代期望遗传值进行排序，根据排序结果在同质选配或异质选配时选择可使后代性能最优的公、母猪配种组合。由此，可以在后代中获得高遗传性能的个体。
在某些实施方式中，其中单基因选配是通过孟德尔遗传规律推算后代出现有害基因型的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示，每个位点使用一个唯一的字母提示，若有多个要进行单基因选配的位点，每个位点分别计算，然后将字母粘到一起展示。
在某些实施方式中，单基因选配可通过大、小写字母判断出现有害基因型的概率，淘汰会出现大写字母的公、母猪组合。由此，可以更加直观的淘汰会出现高概率有害基因型的公、母猪配种组合。
本发明的另一个方面，提供了一种可用于种猪基因组选育的软件，该软件是基于猪的基因组育种方法其结果来实现的。
在某些实施方式中，该软件可通过二维界面来展示基因组选配结果，所述的基因组选配结果中基因组亲缘选配可通过计算获得的近交系数是否超过阈值来对公、母猪组合进行选配；基因组性能选配结果可根据选定性状的后代期望遗传值进行排序来对公、母猪组合进行选配；单基因选配可根据有害基因型出现的概率来对公、母猪组合进行选配；可整合基因组亲缘选配、基因组性能选配、单基因选配结果，选择最优的公、母猪组合进行配种。
本发明的第三个方面，是提供了一种种猪的基因组育种方法在种猪选育上的应用。
本发明的有益效果：
1、本发明将基因组信息通过分析整合到选配中，除改良传统的亲缘选配和性能选配，提出基因组亲缘选配和基因组性能选配外，还增加了单基因选配方法，将三种功能有效整合到一起，可以更加高效、便捷和准确的进行种猪的选育，有效地提升种猪选配的精准性和选配效果。
2、采用基因组选配技术替代传统的BLUP选配技术，可以提高育种值估计的准确性。
3、相较于传统的通过系谱计算个体间的亲缘关系，仅通过概率推断个体间关系，本发明中通过基因组亲缘选配可准确捕获基因在世代间传递的具体信息，结果更加准确。
4、传统性能选配由于无法得知亲本组合的基因型，因此只能认为后代的性能是亲本性能的平均值，而本发明中通过基因组性能选配，充分考虑了加性效应和显性效应，育种值更加准确。
5、本发明除了基因组亲缘选配和基因组性能选配外，还增加了单基因选配方法，由此，可有效推算有害基因型出现的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示，若出现多个字母提示，则将字母粘到一起展示，通过该方法的加入，可以清楚直观的看出大写字母为出现高概率有害基因型后代的组合，可准确的淘汰后代中会出现有害基因型的公、母猪配种组合，获得的选育方案更加准确和高效。
6、本发明的育种方法及其判断结果可制备成一种可用于种猪基因组选育的软件，该软件可通过二维界面来展示基因组选配结果，可直观的展示基因组亲缘选配、基因组性能选配及单基因选配结果，便于现场选配工作的直观、便捷、顺利进行。
7、本发明的育种方法可应用于优良种猪的选育。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明其中一个实施例的软件界面示意图：该实施例示意图中基因组亲缘选配参数中，当其中一种近交系数值大于设定阈值时，本实施例中阈值设定为0.0625，前后用红色双星号“**”提示；基因组性能选配结果，可根据某个性状的后代期望遗传值进行排序，本实施例中为父系指数，校正115kg日龄、校正115kg背膘厚性能性状；单基因选配时可推算有害基因型出现的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示；此外，该软件还可以录入群体等级的选配、以及公猪在核心群母猪中的配种窝数等指标，保证做到均衡配种；可显示每个公、母猪组合上的选配结果内容。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的范围。
如图1所示的流程，首先根据母猪的发情情况和公猪信息选出待配公、母猪组合，然后对所有待配公、母猪进行DNA组织采样、然后通过生物技术提取DNA，并进行基因组SNP分型，对于每个位点，SNP基因型由AA、Aa和aa三种组成，先将基因型分别对应转换为0、1和2。
获得分型结果后，通过基因组选择算法对每个SNP位点的加性效应值和显性效应值(加性效应值和显性效应值的计算，参考文献Wang C,Prakapenka D,Wang S,etal.GVCBLUP:A Computer Package for Genomic Prediction and Variance ComponentEstimation of Additive and Dominance Effects.BMC Bioinformatics,2014,15(1):1-9)进行估计。
获得SNP效应值估计结果后，开始进行基因组亲缘选配、基因组性能选配、单基因选配；并对选配结果进行整合，选择最优组合进行配种。
基因组亲缘选配是通过利用个体的基因组信息计算所有待配公、母猪两两个体预期后代的近交系数，采用以下计算公式：
式中：Iij为第i头公猪和第j头母猪交配后代的预期近交系数，Bik为第i头公猪第k个SNP位点的基因型，Bjk为第j头母猪第k个SNP位点的基因型，基因型AA、Aa和aa分别用0、1和2表示，pk为第k个SNP位点a的等位基因频率，m为SNP位点总数。
基因组亲缘关系选配可根据不同种猪群体设定近交系数的阈值，当超过阈值时，该种公、母猪选配组合将被淘汰。
基因组性能选配是先通过计算出各个SNP位点的加性效应和显性效应值，然后采用以下公式进行基因组性能选配：
式中：E()表示数学期望，GVo是后代的遗传值，ai表示第i个位点的加性效应值，di表示第i个位点的显性效应值，在计算结果前，先根据公猪和母猪的基因型预测后代每个位点各种基因型出现的概率以及加性效应值和显性效应值，然后将所有位点累加获得后代期望遗传值。
基因组性能选配可将选定的性状根据计算出来的后代期望遗传值进行排序，然后根据排序结果在同质选配或异质选配时选择可使后代性能最优的公、母猪配种组合。
单基因选配是通过孟德尔遗传规律推算后代出现有害基因型的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示，每个位点使用一个唯一的字母提示，若有多个要进行单基因选配的位点，每个位点分别计算，然后将字母组合在一起评估。
单基因选配可通过大、小写字母判断出现有害基因型的概率，淘汰会出现大写字母的公、母猪配种组合。
现场育种时，可对基因组亲缘选配、基因组性能选配及单基因选配结果进行整合，选出最优的公、母猪配种组合。
以下通过温氏食品集团股份有限公司的杜洛克种猪的实际选配方法、过程和结果为例进行说明。
将选配方法及判断结果制成种猪基因组选育软件，该软件中选配运行结果仅以二维界面作为其中的一种展现形式(如图2所示)，图2实施例示意图中，最左边表头(灰色)表示待配种母猪的性能，以表头第一个种母猪个体为例，其代表个体编号AB20-028406、核心1级、父系指数183.63、校正115kg日龄EBV值-9.39、校正115kg背膘厚EBV值-1.35；最上面表头(灰色)表示待配种公猪的性能，以第一个种公猪个体为例，其代表的公猪编号为AB20-183607、核心2级、配种窝数44，父系指数180.07、校正115kg日龄EBV值-18.16、校正115kg背膘厚EBV值-0.28。而其表格中(白色)每一行是单头母猪与所有待配公猪的选配结果，每一列是单头公猪与所有待配母猪的选配结果。如图2中所示：基因组亲缘选配参数中，当其中一种近交系数值大于设定阈值时，例如图2中所示实施例中阈值设定为0.0625，前后用红色双星号(“**”)提示；基因组性能选配结果，可根据某个性状的后代期望遗传值进行排序(比如图2中为父系指数，校正115kg日龄、校正115kg背膘厚)；单基因选配时可推算有害基因型出现的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示(如图2中的字母C、e等)；此外，该软件还可以录入群体等级的选配、以及公猪在核心群母猪中的配种窝数等指标，保证做到均衡配种；可显示每个公、母猪组合上的选配结果内容。
以温氏食品集团股份有限公司的杜洛克种猪的实际选配方法和流程为例，具体方法步骤如下：
(1)基因组亲缘选配
利用个体的基因组信息计算所有待配公母猪两两个体预期后代的近交系数，采用以下计算公式：
其中，Iij为第i头公猪和第j头母猪交配后代的预期近交系数，Bik为第i头公猪第k个SNP位点的基因型，Bjk为第j头母猪第k个SNP位点的基因型(基因型AA、Aa和aa分别用0、1和2表示)，pk为第k个SNP位点a的等位基因频率，m为SNP位点总数。
后代基因组近交系数的计算方式采用公式(1)，同时给出基于系谱的近交系数计算结果。其中只要有任一种近交系数值大于设定阈值时(例如图2实施例中设定近交系数阈值为0.0625)则该交配组合前后用红色双星号(“**”)进行提示，表明是忌配组合。
如在图2实施例的示意图，表格第一行第二列所示的公母猪配种组合中，出现了红色双星号(“**”)，则表示该组公母猪配种组合的近交系数大于了设定阈值0.0625，是禁忌组合，而且其性能选配结果也被抹掉了，方便清楚直接的识别该组合是需要被淘汰的。
(2)基因组性能选配
先计算出各个SNP位点的加性效应和显性效应值，然后采用以下公式进行基因组性能选配：
其中E()表示数学期望，GVo是后代的遗传值，ai表示第i个位点的加性效应值，di表示第i个位点的显性效应值。在计算结果前，先根据公猪和母猪的基因型预测后代每个位点各种基因型出现的概率以及期望加性效应值和显性效应值，然后将所有位点累加获得后代期望遗传值。若不考虑显性效应，则等价于将父母育种值的平均值作为后代的期望遗传值。
如图2实施例示意图中具体对性能“校正115kg体重日龄、校正115kg体重背膘厚”进行选育：列出父系指数、校正115kg体重日龄基因组育种值和校正115kg体重背膘厚基因组育种值(EBV)的选配结果，结果通过公式(2)的计算方式获得。图2实施例示意图中，比如表格中第一行第一列是编号为AB20-183607公猪与编号为AB20-028406母猪选配后代的结果，当该组合进行配种时出现的后代情况为：基因组近交系数0、系谱近交系数2.7、单基因选配结果ce、父系指数181.85、校正115kg日龄EBV值-13.78、校正115kg背膘厚EBV值-0.82；比如表格中第七行第五列是编号AB20-187907公猪与编号AB20-364000母猪选配后代的结果，当该组合进行配种时出现的后代情况为：基因组近交系数0、系谱近交系数2.85、单基因选配结果Ce、父系指数131.64、校正115kg日龄EBV值-9.95、校正115kg背膘厚EBV值-0.11。由于种公母猪均按照父系指数从高到低进行排序，因此图2中界面左上方部分是父系指数“高配高”的组合，右下方是“低配低”的组合。由此，就可以在同质选配或异质选配时，根据选择性能的具体情况，选择最优的公、母猪进行配种。
而除了校正115kg体重日龄、校正115kg体重背膘厚性能外，在实际育种选配时，可根据选配的目的，选择不同的性能进行组合和排序。比如在选育具有高繁殖力性状的后代时，可以选择与繁殖性状相关的性能，比如产仔数、产程、产程间隔等性状；比如需要选择具有较强抗病能力的后代时，可以选择与抗病性状相关的性能；比如需要选择肉质好的后代时，可选择与瘦肉率、肉色、眼肌面积等性状相关的性能。根据育种目的，选择合适的性能，采用本发明的方法计算所有性状位点累加获得的后代期望遗传值，然后对遗传值进行排序，最终便于选择能产生最优后代的公、母猪选配组合。
(3)单基因选配
通过孟德尔遗传规律推算后代出现有害基因型的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示。假设有一个位点等位基因由A和a组成，其中aa为有害等位基因型，提示字母用B(b)来表示，针对各种父母基因型组合的提示方案如表1。
表1单基因选配字母提示方案
每个基因位点使用一个唯一的字母提示，若有多个要进行单基因选配的位点，每个位点分别计算，然后将字母粘到一起展示。
如在图2实施例的示意图中列出了5个位点的单基因选配，这些基因分别为A：氟烷基因；B：体型基因；C：抗病基因；D：抗应激基因；E：促生长基因，每个基因位点分别用ABCDE五种字母来进行提示相应有害基因型的概率，如图2中出现的字母“C、e、ce、Ce、E”等即表示相应有害基因型出现的概率，具体地，如第二行第一列所示的公母猪配种组合，显示字母“E”即表示该公母组配种组合出生的后代中会大概率出现不利于生长的基因型(对生长有害的基因型)，该组合要被淘汰。
将三种基因组选配内容计算完成后，将结果整合到一个界面，使用二维界面方式进行展示(如图2)，用于现场工作人员对基因组亲缘选配、基因组性能选配及单基因选配结果进行整合，决定最终选配组合。除上述三种选配功能外，为保证现场选配具有可操作性，在结果展示时可选择根据某个性状的后代期望遗传值进行排序，从而为正确选择性能选配组合提供便利。后代近交系数超过某一阈值时，用醒目的双红色星号(“**”)进行提示，并抹掉性能选配结果。同时给出群体等级的选配，以及公猪在核心群母猪中的配种窝数，保证做到均衡配种。选配操作人员根据选配结果来决定最终公母的交配组合。
(4)其他选配内容
图2中结果列出种猪的群体等级，提示选配工作者可以根据种猪等级进行选配。同时列出每头公猪在核心群母猪中的配种窝数，用于指导种猪的均衡选种。
现场人员根据图2中列出的所有基因组选配内容，决定最终的公母交配组合，由现场配种人员根据最终确定的组合对公猪进行采精，并对母猪进行人工授精，完成选配。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种种猪的基因组育种方法，其中，所述方法包括如下步骤：
1)对待配公、母猪进行组织采样；
2)对待配公、母猪进行基因组SNP分型；
3)进行基因组亲缘选配、基因组性能选配、单基因选配；
4)对步骤3)中选配结果进行整合，选择最优组合进行配种。
2.根据权利要求1所述的育种方法，其中，所述方法的步骤3)中所述的基因组亲缘选配是通过利用个体的基因组信息计算所有待配公、母猪两两个体预期后代的近交系数，采用以下计算公式：
式中：Iij为第i头公猪和第j头母猪交配后代的预期近交系数，Bik为第i头公猪第k个SNP位点的基因型，Bjk为第j头母猪第k个SNP位点的基因型，基因型AA、Aa和aa分别用0、1和2表示，pk为第k个SNP位点a的等位基因频率，m为SNP位点总数。
3.根据权利要求2所述的育种方法，其中，所述方法中基因组亲缘关系选配可根据不同种猪群体设定近交系数的阈值，当超过阈值时，该种公、母猪配种组合将被淘汰。
4.根据权利要求1所述的育种方法，其中，所述方法的步骤3)中所述的基因组性能选配是先通过计算出各个SNP位点的加性效应和显性效应值，然后采用以下公式进行基因组性能选配：
式中：E()表示数学期望，GVo是后代的遗传值，ai表示第i个位点的加性效应值，di表示第i个位点的显性效应值，在计算结果前，先根据公猪和母猪的基因型预测后代每个位点各种基因型出现的概率以及加性效应值和显性效应值，然后将所有位点累加获得后代期望遗传值。
5.根据权利要求4所述的育种方法，其中，所述方法中基因组性能选配可将选定的性状根据计算出来的后代期望遗传值进行排序，根据排序结果在同质选配或异质选配时选择可使后代性能最优的公、母猪配种组合。
6.根据权利要求1所述的育种方法，其中，所述方法的步骤3)中所述的单基因选配是通过孟德尔遗传规律推算后代出现有害基因型的概率，当概率≥25％且＜50％时用小写字母提示，当概率≥50％时用大写字母提示，每个位点使用一个唯一的字母提示，若有多个要进行单基因选配的位点，每个位点分别计算，然后将字母组合在一起评估。
7.根据权利要求6所述的育种方法，其中，所述方法中单基因选配可通过大、小写字母判断出现有害基因型的概率，淘汰会出现大写字母的公、母猪配种组合。
8.一种可用于种猪基因组选育的软件，其中，所述软件是基于权利要求1-7任一项所述的方法及其结果来实现的。
9.根据权利要8所述的软件，其中，所述软件可通过二维界面来展示基因组选配结果，所述的基因组选配结果中基因组亲缘选配可通过计算获得的近交系数是否超过阈值来对公、母猪组合进行选配；基因组性能选配结果可根据选定性状的后代期望遗传值进行排序来对公、母猪组合进行选配；单基因选配可根据有害基因型出现的概率来对公、母猪组合进行选配；可整合基因组亲缘选配、基因组性能选配、单基因选配结果，选择最优的公、母猪组合进行配种。
10.根据权利要求1-7任一项所述的方法在种猪选育上的应用。
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