基因定位与育种设计

　　《基因定位与育种设计》建立在作者十多年科研和教学的基础之上，《基因定位与育种设计》可分为四部分. 第1章为第一部分，介绍遗传研究群体. 主要包括常见群体类型、基因型数据的初步整理和分析、基因效应和遗传方差的定义和计算、单环境和多环境表型观测值的方差分析，以及基因型值和遗传力的估计等内容. 第2章为第二部分，介绍连锁分析和遗传图谱构建. 主要包括世代转移矩阵、两个座位上基因型的理论频率、两个基因座位间重组率的估算、作图函数和遗传图谱构建算法等内容. 第3~第7章为第三部分，介绍数量性状基因的作图原理和方法. 主要包括单标记分析，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，选择群体、自然群体和多亲本群体的基因定位，以及QTL作图中常见问题解析等内容. 第8~第10章为第四部分，介绍育种中的模拟、预测和设计. 主要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、中英文名词对照和索引.

　　王建康：中国农业科学院杰出人才二级学科带头人、研究员、博导。入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选。从事应用数量遗传的教学和研究工作。主持或参加国家973计划、863计划、国家自然科学基金等科研项目。

前言  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8  1.2.2基因频率和基因型频率11  1.2.3基因型频率的适合性检验11  1.3基因效应和遗传方差13  1.3.1群体均值和表型方差的计算13  1.3.2单基因座位上的加显性遗传模型15  1.3.3单基因座位上的遗传方差16  1.4单环境表型观测值的方差分析18  1.4.1表型值的线性分解18  1.4.2表型离差平方和的分解19  1.4.3水稻粒长性状的单环境方差分析21  1.5多环境表型观测值的方差分析23  1.5.1表型值的线性分解23  1.5.2表型离差平方和的分解24  1.5.3水稻粒长的多环境方差分析28  1.6基因型值和遗传力的估计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章连锁分析和遗传图谱构建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45  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永久群体中4种纯合基因型的理论频率46  2.2.3两个共显性标记在暂时群体中的基因型理论频率49  2.2.4一个共显性和一个显性标记在暂时群体中的基因型理论频率49  2.2.5一个共显性和一个隐性标记在暂时群体中的基因型理论频率52  2.2.6两个显性标记在暂时群体中的基因型理论频率52  2.2.7一个显性和一个隐性标记在暂时群体中的基因型理论频率52  2.2.8两个隐性标记在暂时群体中的基因型理论频率52  2.3两个标记／基因座位间重组率的估算55  2.3.1DH群体中重组率的极大似然估计55  2.3.2重组率极大似然估计的一般形式57  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59  2.3.4Newton迭代算法中初始值的选取61  2.3.5F2群体中重组率估计的EM算法61  2.3.6奇异分离对重组率估计的影响63  2.4不同遗传群体重组率估计的比较研究64  2.4.1不同遗传群体中检验连锁的LOD统计量64  2.4.2不同遗传群体中重组率估计的准确度66  2.4.3不同遗传群体检测到显著连锁所需的样本量66  2.5作图函数和遗传图谱构建69  2.5.1遗传干涉和干涉系数69  2.5.2作图函数71  2.5.3标记分群算法72  2.5.4标记排序算法74  2.6随机交配群体的连锁分析76  2.6.1随机交配与连锁不平衡76  2.6.2基因型到配子的转移矩阵79  2.6.3随机交配若干代的配子型和基因型频率81  练习题82  第3章单标记分析和简单区间作图87  3.1单标记分析87  3.1.1单标记基因型均值的差异分析88  3.1.2两种基因型群体中单标记分析的t检验89  3.1.33种基因型群体中单标记分析的t检验91  3.1.43种基因型群体中单标记方差分析94  3.1.5单标记分析的似然比测验95  3.1.6单标记分析存在的问题97  3.2简单区间作图97  3.2.1区间标记型中QTL基因型的频率97  3.2.2QTL基因型平均表现的极大似然估计103  3.2.3QTL存在的检验107  3.2.4QTL遗传效应和贡献率的估计108  3.2.5区间作图在一个DH和一个F2群体中的应用109  3.2.6简单区间作图中的幻影QTL现象111  3.2.7简单区间作图的其他问题112  3.3检验统计量LOD临界值的选择113  3.3.1显著性水平和检验统计量的临界值113  3.3.2不存在QTL的零假设条件下单个扫描位点LRT统计量的分布114  3.3.3单条染色体上最大LOD统计量分布的影响因素116  3.3.4全基因组有效检验次数与经验LOD临界值118  3.3.5排列检验与经验LOD临界值122  练习题125  第4章完备区间作图方法128  4.1控制背景遗传变异的重要性128  4.2DH群体完备区间作图130  4.2.1单个QTL的加性遗传模型130  4.2.2多个QTL的加性遗传模型132  4.2.3定位加性QTL的一维扫描和假设检验133  4.2.4ICIM在一个大麦DH作图群体中的应用135  4.3F2群体完备区间作图137  4.3.1单QTL的加显性遗传模型138  4.3.2多QTL的加显性遗传模型141  4.3.3定位加显性QTL的一维扫描和假设检验142  4.3.4ICIM在一个大豆F2作图群体中的应用142  4.4假设检验的第二类错误与QTL检测功效144  4.4.1第二类错误和假设检验的功效144  4.4.2第二类错误概率与适宜的样本量146  4.4.3模拟试验中QTL的分布和效应模型148  4.4.4QTL检测功效和错误发现率的计算150  4.5完备区间与简单区间两种作图方法的比较154  4.5.1简单区间作图的QTL检测功效155  4.5.2完备区间作图的QTL检测功效156  4.5.3依标记区间的检测功效157  4.5.4QTL作图群体的大小158  4.6避免表型对标记变量的过拟合159  练习题161  第5章互作QTL作图164  5.1DH群体中上位型互作QTL作图164  5.1.1互作QTL作图的线性回归模型及其统计学性质164  5.1.2上位性QTL的二维区间作图166  5.1.3连锁和上位型互作存在时群体遗传方差的计算171  5.1.4利用DH群体定位互作QTL的模拟研究172  5.2F2群体上位型互作QTL作图175  5.2.1F2群体的上位型互作遗传模型175  5.2.2F2群体的上位性QTL作图176  5.3常见互作类型的遗传分析和检测功效181  5.3.1两个互作座位间遗传效应的计算181  5.3.2两个基因座位间遗传方差的分解183  5.3.3互作QTL检测功效的模拟187  5.3.4互作QTL作图应注意的一些问题191  5.4QTL与环境间的互作分析192  5.4.1加性QTL与环境的互作分析192  5.4.2加加上位性QTL与环境的互作分析194  5.4.3一个真实RIL群体的QTL和环境互作分析195  练习题198  第6章其他类型群体的基因定位201  6.1选择基因型分析和混合分离分析201  6.1.1选择基因型分析的统计学原理201  6.1.2选择基因型分析中检验QTL的LOD统计量203  6.1.3混合分离分析204  6.1.4选择基因型分析和混合分离分析存在的问题204  6.2染色体片段置换系群体的QTL作图205  6.2.1染色体片段置换系群体的特点205  6.2.2染色体片段置换系群体的QTL定位方法207  6.2.3水稻染色体片段置换系群体中粒长性状的QTL作图211  6.3多亲本与一个共同亲本杂交衍生遗传群体的QTL作图214  6.3.1广义线性回归和模型选择214  6.3.2JICIM的参数估计和假设检验215  6.3.3一个拟南芥NAM群体中开花期性状的QTL定位217  6.4自然群体的关联分析方法217  6.4.1连锁与连锁不平衡217  6.4.2随机交配与连锁不平衡220  6.4.3群体结构与连锁不平衡221  6.4.4连锁分析和关联分析两种基因定位方法的比较222  6.5数量性状基因的孟德尔化224  6.5.1重组近交家系群体中粒宽QTL的初步定位225  6.5.2染色体片段置换系群体中粒宽QTL的验证227  6.5.3一个稳定遗传粒宽QTL的孟德尔化228  6.5.4一个稳定遗传粒宽QTL的精细定位229  练习题230  第7章QTL作图中的其他常见问题232  7.1QTL遗传方差和贡献率的计算232  7.1.1单个QTL的遗传方差和贡献率232  7.1.2连锁QTL的遗传方差和贡献率233  7.1.3QTL贡献率与QTL检测功效的提高236  7.2复合性状的QTL作图237  7.2.1复合性状及其在遗传研究和育种中的应用237  7.2.2一个玉米RIL群体中构成性状和复合性状的QTL作图238  7.2.3复合性状的基因效应和遗传方差242  7.2.4复合性状QTL作图的功效分析246  7.2.5复合性状的遗传力248  7.3加密标记对QTL检测功效的影响250  7.3.1加密标记对单个QTL检测的影响250  7.3.2加密标记对连锁QTL检测的影响251  7.4缺失标记的填补及缺失标记对QTL作图的影响253  7.4.1缺失标记的填补253  7.4.2一个水稻F2群体中的株高QTL255  7.4.3缺失标记对QTL检测功效的影响256  7.5奇异分离对遗传研究的影响258  7.5.1一个水稻F2群体中的奇异分离标记258  7.5.2奇异分离在3种基因型群体中对QTL作图的影响259  7.5.3奇异分离影响的距离262  7.5.4奇异分离在两种基因型群体中对QTL作图的影响263  7.6数量性状表型分布的非正态性263  7.6.1数量性状的表型模型与表型分布264  7.6.2非正态表型分布的QTL作图265  练习题266  第8章育种过程的建模和模拟268  8.1植物育种模拟的重要性、原理和工具268  8.1.1育种模拟的重要性268  8.1.2育种模拟原理和工具269  8.2定义基因和环境系统及育种起始群体271  8.2.1基因和环境系统的一些基本信息272  8.2.2环境和性状信息273  8.2.3基因信息275  8.2.4标记信息278  8.2.5上位型互作网络信息278  8.2.6起始群体信息280  8.3在QuLine中定义育种方法282  8.3.1育种过程的详细描述282  8.3.2育种模拟试验的若干基本信息284  8.3.3简化修饰系谱育种方法的数字化定义286  8.3.4简化选择混合育种方法的数字化定义290  8.4模拟试验设计和结果分析291  8.4.1模拟试验设计291  8.4.2模拟结果分析：不同育种策略的遗传进度294  8.4.3模拟结果分析：成本与收益分析297  8.4.4育种模拟与科学化育种298  练习题298  第9章育种方法的模拟和比较300  9.1比较育种方法和利用基因信息选配亲本300  9.1.1修饰系谱和选择混合两种育种方法的模拟和比较300  9.1.2育种模拟在利用已知基因信息选配亲本中的应用302  9.2回交育种的模拟和比较306  9.2.1模拟试验的基本信息306  9.2.2墨西哥国际玉米小麦改良中心小麦育种的亲本材料307  9.2.3简单回交与选择混合育种策略的结合308  9.2.4模拟试验设计309  9.2.5模拟结果分析310  9.2.6回交育种及简单回交育种策略的广泛应用314  9.3加倍单倍体与小麦常规育种的模拟比较315  9.3.1基因和环境系统315  9.3.2两种DH育种和常规育种方法316  9.3.33种育种方法的年份和成本分析318  9.3.4DH和常规育种的遗传进度320  9.4标记辅助育种的模拟和比较323  9.4.1目标基因型存在的最小群体323  9.4.2聚合多个有利等位基因的群体遗传学325  9.4.3育种亲本和基因信息327  9.4.4复杂遗传模型下预测选择结果328  9.4.5顶交试验中聚合9个有利基因的最优策略330  9.5实现育种目标的成功概率估计331  9.5.1HarvestPlus挑战计划的育种目标331  9.5.2遗传模型和育种亲本材料332  9.5.3育种目标设置和育种策略模拟333  9.5.4不同育种策略间成功概率比较335  练习题336  第10章育种中的预测和设计338  10.1线性模型及其参数估计338  10.1.1线性回归模型338  10.1.2回归系数和误差方差的估计340  10.1.3广义线性模型341  10.1.4最优线性无偏估计和最优线性无偏预测343  10.1.5混合效应模型344  10.2育种值的预测345  10.2.1动物模型346  10.2.2配子模型348  10.2.3动物系谱共祖先系数的计算350  10.2.4植物自交系共祖先系数的计算352  10.3玉米杂交种表现的预测354  10.3.1一个玉米杂交种衍生的遗传研究群体354  10.3.2预测模型355  10.3.3预测模型的有效性和未测试杂交种的表现预测357  10.3.4预测方法有效性与性状遗传结构的关系359  10.4遗传研究到育种设计363  10.4.1研究育种目标性状的基因或QTL363  10.4.2结合育种目标设计目标基因型364  10.4.3达到目标基因型的途径分析365  10.4.4全基因组选择方法367  10.4.5遗传研究与植物育种方法368  练习题370  参考文献371  中英文名词对照和索引380  图版