一種動(dòng)物選配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)物配種領(lǐng)域，尤其涉及一種動(dòng)物選配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)物品種的優(yōu)化是維持生物多樣性和生態(tài)平衡的重要基礎(chǔ)，亦可為將來(lái)動(dòng)物育種 提供素材，儲(chǔ)備將來(lái)所需的特定性狀的遺傳基因。從遺傳學(xué)角度考慮，動(dòng)物品種的優(yōu)化就是 對(duì)動(dòng)物基因的優(yōu)化。因?yàn)榛蚴沁z傳變異的基本功能單位，任何性狀都是由基因決定的， 所以品種的滅絕其實(shí)就是基因的喪失。現(xiàn)行的動(dòng)物品種保護(hù)方式大部分為活體保種，而且 是小群體活體保種，其受到自然選擇壓是不可避免的，所以要求活體保種的群體大，防止近 交，否則容易引起遺傳漂變，基因丟失，近交系數(shù)增加，導(dǎo)致近交衰退，甚至群體退化或滅 絕；因此在一定的群體規(guī)模的基礎(chǔ)上，如何控制近交系數(shù)就顯得尤為重要。
[0003] 在一個(gè)閉鎖繁育的群體中，近交系數(shù)的增加是不可避免的，控制和降低群體平均 近交系數(shù)主要通過(guò)選配來(lái)完成；現(xiàn)行的通用做法為：隨機(jī)交配，在保種群中避免全同胞、半 同胞選配，或采用非近交公畜輪回配種。但即使采用上述的現(xiàn)行通用做法，還是不能準(zhǔn)確預(yù) 測(cè)下一世代群體平均近交系數(shù)增量，以及若干世代后群體的平均近交系數(shù)，也就不能指導(dǎo) 保種實(shí)踐，究竟何時(shí)引入外血，所以必須要建立一個(gè)切實(shí)可行的動(dòng)物選配方案，對(duì)動(dòng)物保種 群實(shí)行持續(xù)的遺傳監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)保種實(shí)踐中的偏差，為及時(shí)采取改進(jìn)措施和不斷提高保 種效果提供依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明創(chuàng)造主要解決的技術(shù)問(wèn)題有：根據(jù)不同的選配方案，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)下一世代群 體平均近交系數(shù)；根據(jù)現(xiàn)行群體規(guī)模、結(jié)構(gòu)和近交系數(shù)，依據(jù)現(xiàn)行通用的留種方式，即各家 系等量留種，每一世代留種時(shí)，每一公畜后代中選留一頭公畜，每一頭母畜后代中選留等數(shù) 母畜，采用0-1整數(shù)規(guī)劃方法，確定最優(yōu)的選配方案，即確定每一頭公畜的與配母畜，每一 頭母畜的與配公畜，從而將下一世代群體平均近交系數(shù)控制在最低水平；下一世代群體留 種確定后，采用上述方法，制訂下一世代群體選配方法，預(yù)測(cè)下一世代群體平均近交系數(shù)， 以此類推，可以預(yù)測(cè)若干世代后閉鎖繁育群體平均近交系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種動(dòng)物選配方法，降低 群體的平均近交系數(shù)，實(shí)現(xiàn)品種的優(yōu)化。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的動(dòng)物選配方法，包括以下步驟：
[0007] (1)根據(jù)畜群譜系建立群體加性遺傳相關(guān)矩陣，所述矩陣的元素為對(duì)應(yīng)行或列畜 類的近交系數(shù)；
[0008] (2)按照設(shè)定的種母畜個(gè)數(shù)k和種公畜個(gè)數(shù)n，根據(jù)所述加性遺傳相關(guān)矩陣建立子 代近交系數(shù)矩陣；
[0009] (3)根據(jù)所述種母畜個(gè)數(shù)和所述種公畜個(gè)數(shù)建立配對(duì)矩陣；
[0010] (4)根據(jù)所述子代近交系數(shù)矩陣和所述配對(duì)矩陣，以配對(duì)組合的子代近交系數(shù)F 最小作為優(yōu)化目標(biāo)，從母畜遺傳的角度建立約束條件，得到第一線性規(guī)劃方程并進(jìn)行求解 得到最優(yōu)的公母畜配對(duì)組合和子代種母畜。
[0011] 進(jìn)一步地，根據(jù)所述子代近交系數(shù)矩陣和所述配對(duì)矩陣，以配對(duì)組合的子代近交 系數(shù)F最小作為優(yōu)化目標(biāo)，從公畜遺傳的角度建立約束條件，得到第二線性規(guī)劃方程并進(jìn) 行求解得到子代種公畜。
[0012] 其中，步驟（4)中所述第一線性規(guī)劃方程為：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 1=1
[0017] 匕為子代近交系數(shù)矩陣中的元素，A為配對(duì)矩陣中的元素，i表示第i個(gè)母畜，j 表示第j個(gè)公畜。
[0018] 其中，步驟（5)中所述第二線性規(guī)劃方程為：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 匕為近交系數(shù)矩陣中的元素，A為配對(duì)矩陣中的元素，i表示第i個(gè)母畜，j表示 第j個(gè)公畜。
[0024] 有益效果：本發(fā)明的動(dòng)物選配方法，能有效組合公母畜的配對(duì)，將后代的平均近交 系數(shù)控制在最低水平，同時(shí)能預(yù)測(cè)家畜后代群體的平均近交系數(shù)以及個(gè)體近交系數(shù)，能準(zhǔn) 確評(píng)估家畜的遺傳多樣性。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026] 本發(fā)明中的動(dòng)物選配方法包括以下步驟：
[0027] 1、根據(jù)畜群系譜，建立群體加性遺傳相關(guān)矩陣。
[0028] (1)采用橫式系譜，子代在左，親代在右，公畜在上，母畜在上；
[0029] (2)從上代到下代、從左到右排列成矩陣形式；
[0030] (3)如各個(gè)體的親代已知，則進(jìn)行標(biāo)注，便于計(jì)算子代的相關(guān)值；
[0031] (4)計(jì)算對(duì)角線上的值
[0032]
[0033] 式中，aij表不弟i個(gè)個(gè)體與自身的相關(guān)值，~，為第i頭個(gè)體的父母間的相關(guān)。如 果只知道父親Sl或母親di，或父母均不清楚，那么氣^ 。
[0034] (5)計(jì)算加性遺傳相關(guān)矩陣對(duì)角線上方的值
[0035]
[0036] 式中，^表示第i個(gè)個(gè)體和第j個(gè)個(gè)體之間的相關(guān)值，i為行的代號(hào)；j為列的代 號(hào)；Sj為第j列的父親號(hào)；dj為第j列的母親號(hào)；aiSj為第i行個(gè)體與第j列個(gè)體的父親的 相關(guān)值為第i行個(gè)體與第j列個(gè)體的母親的相關(guān)值；
[0037] (6)加性遺傳相關(guān)矩陣對(duì)角線下方的值是由對(duì)角線上方的值轉(zhuǎn)置而來(lái)。
[0038] au
[0039] (7)近交系數(shù)的計(jì)算公式為：
[0040] F^a^-l,
[0041] 近交系數(shù)矩陣中矩陣元素與群體加性遺傳相關(guān)矩陣元素之間的關(guān)系為：
[0042]
[0043]
[0044]
[0045] 因此，第i個(gè)個(gè)體和第j個(gè)個(gè)體的子代近交系數(shù)為：％ ^ 即個(gè)體近交系數(shù)=個(gè) 體父母間相關(guān)值的一半。
[0046] 2、設(shè)每一代選擇k頭母畜，n頭公畜（k/n=整數(shù)）作為種畜進(jìn)行交配，建立所有 種畜的公母配對(duì)組合得到子代近交系數(shù)矩陣。
[0047] (1)所有留種公畜位于第一列，所有母畜位于第一行；或者所有留種公畜位于第 一行，所有母畜位于第一列；
[0048] (2)子代近交系數(shù)矩陣中矩陣元素為匕,，即第i行所在母畜與第j列所在公畜交 配后代的近交系數(shù)；
[0049] (3)FlS為由群體加性遺傳相關(guān)矩陣中相應(yīng)的母畜所在行（或列）和公畜所在列 (或行）交叉單元格中數(shù)值的1/2。
[0050] 3、建立與子代近交系數(shù)矩陣行列相同的配對(duì)矩陣，配對(duì)矩陣為可變矩陣
[0051] 可變矩陣中數(shù)值極為1或0 ;取"0"表示不接受該組合，即對(duì)應(yīng)行或列上 的動(dòng)物不進(jìn)行公母配對(duì)；取"1"表示接受該組合，即進(jìn)行對(duì)應(yīng)行或列的動(dòng)物進(jìn)行公母配對(duì)。
[0052] 4、建立目標(biāo)函數(shù)
[0053] 以配對(duì)組合的子代近交系數(shù)F最小作為優(yōu)化目標(biāo)，公式為：
[0054]
[0055] 5、從母畜基因的遺傳角度考慮，建立約束條件（求留種母畜）
[0056] 在動(dòng)物保種上，為了有效控制近交系數(shù)的增加，一般都實(shí)行各家系等量留種，即在 每一世代留種時(shí)，實(shí)行每一公畜后代中選留1頭公畜，每一母畜后代中選留1頭母畜，每個(gè) 家系的公母數(shù)相當(dāng)。因此，在建立約束條件時(shí)：
[0057] 要求父母代中每頭母畜只能與1頭公畜配種，每頭母畜的后代中選留1頭母畜，SP 有k個(gè)公母配種組合，后代中選留k頭母畜，則得到約束條件1 :
[0058]
[0059] 要求父母代中每頭公畜的與配母畜數(shù)相等，即每頭公畜的與配母畜數(shù)為k/n頭， 得到約束條件2 :
[0060] 1i=l
2=1
[0061] 要求目標(biāo)函數(shù)最小，即后代中選留的k頭母畜平均近交系數(shù)最小。
[0062] 6、求解線性規(guī)劃問(wèn)題得到留種母畜的最優(yōu)公母配對(duì)組合
[0063] 利用線性規(guī)劃求解上述最優(yōu)化目標(biāo)，得到最優(yōu)的公母畜配對(duì)組合，即每個(gè)Ax]的 值，該組合包括k對(duì)公母畜；從配種的角度講，這些最優(yōu)的公母畜的配對(duì)組合進(jìn)行配種后， 所生子代的平均近交系數(shù)也最低，因此，在這些組合的子代中選擇子代種母畜。
[0064] 根據(jù)配種選擇規(guī)則，子代留種的母畜個(gè)數(shù)為k，則為了降低子代留種母畜之間的近 交系數(shù)，從上述k個(gè)公母畜組合配種所得到的子代中，每個(gè)組合中各選擇一個(gè)子代中的母 畜作為子代的種母畜。
[0065] 7、從公畜基因的遺傳角度考慮，建立約束條件，求解子代的種公畜
[0066] 要求父母代中每頭母畜最多只能與1頭公畜配種，因?yàn)楣髷?shù)遠(yuǎn)小于母畜數(shù)，則 得到約束條件3 :
[0067]
[0068] 要求父母代中每頭公畜后代中選留1頭公畜，共有n個(gè)配種組合，選留n頭公畜， 則得到約束條件4 :