基因定位与育种设计(第2版)

本书内容建立在作者近20年科研和教学工作基础之上，全书可分为四部分。第1章为第一部分，介绍遗传研究群体，包括常见群体类型、基因型数据的初步整理和分析、基因效应和遗传方差的基本概念、单环境和多环境表型观测值的方差分析、基因型值和广义遗传力的估计等内容。第2～6章为第二部分，介绍双亲群体遗传分析，包括两个座位的基因型理论频率和重组率估计方法、作图函数和遗传图谱构建，以及单标记分析、简单区间作图、完备区间作图、上位型互作及与环境互作的QTL作图方法等内容。第7～10章为第三部分，介绍多亲群体遗传分析，包括杂合亲本的杂交后代、纯系亲本的双交后代、多亲纯系后代、选择群体、自然群体和巢式杂交群体等多种类型群体的连锁分析与基因定位。第11～13章为第四部分，介绍育种模拟、预测和设计，包括育种过程的建模和模拟、育种方法的模拟比较和优化、线性预测模型及其育种应用，以及利用遗传研究结果开展育种设计等内容。前三部分可看作基因定位的内容，第四部分可看作育种设计的内容。每章之后附有练习题，书后附有参考文献和索引。
本书可作为农学和生物学领域本科高年级或研究生相关课程的教学参考书，也可供广大遗传学和育种学研究者参考。

第1章遗传研究群体1
1.1遗传研究的常见群体类型1
1.1.1双亲群体1
1.1.2多亲群体3
1.1.3创建遗传群体的若干注意事项6
1.2基因型数据的初步整理和分析8
1.2.1基因型数据的获取和编码8
1.2.2基因频率和基因型频率13
1.2.3基因型频率的适合性检验13
1.3基因效应和遗传方差15
1.3.1群体均值和表型方差的计算15
1.3.2单基因座位上的加显性遗传模型17
1.3.3单基因座位上的遗传方差18
1.4单环境表型观测值的方差分析20
1.4.1表型值的线性分解20
1.4.2表型离差平方和的分解20
1.4.3水稻粒长性状的单环境方差分析23
1.5多环境表型观测值的方差分析24
1.5.1表型值的线性分解24
1.5.2表型离差平方和的分解25
1.5.3水稻粒长的多环境方差分析29
1.6基因型值和广义遗传力的估计29
1.6.1单环境基因型值和遗传力的估计29
1.6.2多环境基因型值和遗传力的估计30
1.6.3异质误差方差下基因型值的估计31
练习题34
第2章两个座位间重组率的估计38
2.1世代转移矩阵38
2.1.1世代转移矩阵的定义38
2.1.2回交世代转移矩阵39
2.1.3自交世代转移矩阵41
2.1.4加倍单倍体世代转移矩阵43
2.1.5连续自交的世代转移矩阵44
2.1.6基因型理论频率的矩阵表示46
2.2两个座位上各种基因型的理论频率46
2.2.110种基因型的理论频率46
2.2.2较为群体中4种纯合基因型的理论频率50
2.2.3两个共显性标记在暂时群体中基因型的理论频率50
2.2.4一个共显性标记和一个显性标记在暂时群体中基因型的理论频率53
2.2.5一个共显性标记和一个隐性标记在暂时群体中基因型的理论频率53
2.2.6两个显性标记在暂时群体中基因型的理论频率53
2.2.7一个显性标记和一个隐性标记在暂时群体中基因型的理论频率58
2.2.8两个隐性标记在暂时群体中基因型的理论频率58
2.3两个标记/基因座位间重组率的估算61
2.3.1DH群体中重组率的极大似然估计61
2.3.2重组率极大似然估计的一般形式63
2.3.3F2群体中一个共显性座位和一个显性座位间的重组率估计65
2.3.4Newton迭代算法中初始值的选取66
2.3.5F2群体中重组率估计的EM算法67
2.3.6奇异分离对重组率估计的影响69
练习题70
第3章三点分析和连锁图谱构建74
3.1三点分析和作图函数74
3.1.1遗传干涉和干涉系数74
3.1.2作图函数76
3.2遗传连锁图谱的构建78
3.2.1标记分群算法78
3.2.2标记排序算法80
3.2.3标记顺序的调整83
3.2.4多个遗传连锁图谱的整合84
3.3不同群体重组率估计的比较85
3.3.1不同遗传群体中检验连锁的LOD统计量86
3.3.2不同遗传群体中重组率估计的准确度87
3.3.3不同遗传群体检测到显著连锁所需的样本量88
3.4随机交配群体的连锁分析91
3.4.1随机交配与连锁不平衡91
3.4.2基因型到配子的转移矩阵93
3.4.3随机交配若干代的配子型和基因型频率94
练习题96
第4章单标记分析和简单区间作图99
4.1单标记分析88
4.1.1单标记基因型均值的差异分析100
4.1.2两种基因型群体中单标记分析的t检验101
4.1.33种基因型群体中单标记分析的t检验103
4.1.43种基因型群体中单标记方差分析106
4.1.5单标记分析的似然比检验107
4.1.6单标记分析存在的问题108
4.2简单区间作图109
4.2.1区间标记型中QTL基因型的频率109
4.2.2QTL基因型平均表现的极大似然估计114
4.2.3QTL存在的检验118
4.2.4QTL遗传效应和贡献率的估计119
4.2.5区间作图在一个DH群体和一个F2群体中的应用120
4.2.6简单区间作图中的幻影QTL现象122
4.2.7简单区间作图存在的其他问题123
4.3检验统计量LOD临界值的确定方法123
4.3.1显著性水平和检验统计量的临界值124
4.3.2不存在QTL的零假设条件下单个扫描位置上LRT统计量的分布125
4.3.3单条染色体上大LOD统计量分布的影响因素126
4.3.4全基因组有效检验次数与经验LOD临界值129
4.3.5排列检验与经验LOD临界值132
练习题135
第5章完备区间作图方法139
5.1控制背景遗传变异的重要性139
5.2DH群体的完备区间作图141
5.2.1单个QTL的加性遗传模型141
5.2.2多个QTL的加性遗传模型143
5.2.3加性QTL的一维扫描和假设检验144
5.2.4ICIM在一个大麦DH作图群体中的应用145
5.3F2群体的完备区间作图148
5.3.1单个QTL的加显性遗传模型148
5.3.2多个QTL的加显性遗传模型151
5.3.3加显性QTL的一维扫描和假设检验152
5.3.4ICIM在一个F2作图群体中的应用153
5.4假设检验的第二类错误与QTL的检测功效155
5.4.1第二类错误和假设检验的功效155
5.4.2第二类错误概率与适宜的样本量157
5.4.3模拟试验中QTL的分布和效应模型159
5.4.4QTL检测功效和错误发现率的计算160
5.5完备区间与简单区间两种作图方法的比较165
5.5.1简单区间作图的QTL检测功效165
5.5.2完备区间作图的QTL检测功效166
5.5.3依标记区间的检测功效的统计167
5.5.4QTL作图群体的适宜大小168
5.6避免表型对标记变量的过拟合169
练习题171
第6章互作QTL作图174
6.1DH群体中上位型互作QTL作图174
6.1.1互作QTL作图的线性回归模型及其统计学性质174
6.1.2互作QTL的二维扫描区间作图176
6.1.3连锁和互作同时存在时群体遗传方差的计算180
6.1.4利用DH群体定位互作QTL的模拟研究181
6.2F2群体的上位型互作QTL作图183
6.2.1F2群体中两个座位的上位型互作遗传模型183
6.2.2F2群体的互作QTL作图184
6.2.3F2群体互作QTL的检测功效分析189
6.3常见互作类型的遗传分析和检测功效191
6.3.1两个互作座位间遗传效应的计算191
6.3.2两个互作座位间遗传方差的分解192
6.3.3互作QTL检测功效的模拟196
6.3.4互作QTL作图应注意的一些问题200
6.4QTL与环境间的互作分析200
6.4.1加性QTL与环境的互作分析200
6.4.2加加上位性QTL与环境的互作分析202
6.4.3一个真实RIL群体的QTL与环境互作分析204
练习题206
第7章杂合亲本杂交及纯系亲本双交的遗传分析209
7.1两个杂合亲本杂交F1群体的连锁分析209
7.1.1单个标记或基因座位的分类209
7.1.2两个座位的亲本连锁相与后代基因型211
7.1.3两个接近信息标记之间的重组率估计212
7.1.4杂合亲本的单倍型重建214
7.2包含不接近信息标记的重组率估计216
7.2.1类型Ⅰ与其他类型标记的后代基因型构成216
7.2.2类型Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ标记间的后代基因型构成219
7.2.3两个类型Ⅳ标记之间的后代基因型构成220
7.2.4包含各种类型标记的单倍型重建223
7.34个纯系亲本双交F1群体的连锁分析225
7.3.1双交群体中的标记类型和重组率估计225
7.3.2双交群体与杂合亲本杂交群体的等价性227
7.3.33个接近信息标记的基因型频率229
7.3.4不接近信息标记和缺失标记的填补230
7.44个纯系亲本双交F1群体的基因定位233
7.4.1单个QTL遗传模型233
7.4.2多个QTL表型对标记的线性回归模型235
7.4.3双交群体的完备区间作图236
练习题238
第8章多亲本杂交衍生纯系后代群体的遗传分析241
8.1四亲纯系后代群体的连锁分析241
8.1.1四亲纯系群体的产生过程和标记分类241
8.1.2两个接近信息座位的基因型理论频率与重组率估计243
8.1.3包含不接近信息标记间的重组率估计248
8.1.4纯系亲本个数少于4的情形251
8.2八亲纯系后代群体的连锁分析251
8.2.1八亲纯系群体的产生过程251
8.2.2标记分类方法和后代基因型编码252
8.2.3两个接近信息座位的基因型理论频率253
8.2.4接近信息标记间及包含不接近信息标记的重组率估计256
8.2.5纯系亲本个数少于8的情形257
8.3四亲纯系后代群体的基因定位258
8.3.13个接近信息座位的遗传构成258
8.3.2不接近信息标记和缺失标记的填补261
8.3.3表型对标记变量的线性回归模型262
8.3.4四亲纯系后代群体的完备区间作图264
8.4八亲纯系后代群体的基因定位267
8.4.13个接近信息座位的遗传构成267
8.4.2表型对标记变量的线性回归模型272
8.4.3八亲纯系后代群体的完备区间作图273
练习题275
第9章其他类型群体的基因定位279
9.1选择基因型分析和混合分离分析279
9.1.1选择基因型分析的统计学原理279
9.1.2选择基因型分析的似然比检验和LOD统计量281
9.1.3混合分离分析282
9.1.4选择基因型分析和混合分离分析存在的问题282
9.2染色体片段置换系群体的QTL作图282
9.2.1染色体片段置换系群体的特点282
9.2.2染色体片段置换系群体的QTL定位方法284
9.2.3一个水稻染色体片段置换系群体中粒长性状的QTL作图288
……