DH群體及其親本數(shù)量性狀分離分析軟件 用戶手冊

1、20dh群體及其親本數(shù)量性狀分離分析軟件（sea-dh）用戶手冊dh群體及其親本數(shù)量性狀分離分析軟件(sea-dh )用戶手冊一、軟件簡介dh群體及其親本數(shù)量性狀分離分析軟件(segregation analysis-dh)是對植物數(shù)量性狀遺傳體系中dh群體及其親本進行分離分析的軟件，簡稱sea-dh。植物數(shù)量性狀遺傳體系是指控制植物數(shù)量性狀的基因體系，其中控制植物數(shù)量性狀的基因數(shù)目有多有少，各對基因的效應不同，而且其表現(xiàn)受環(huán)境的影響。效應大的基因在一般的試驗條件下通過適當?shù)姆椒梢詸z測出來，稱之為主基因；效應小的基因在一般的試驗條件下即便通過專門的技術，仍檢測不出來，稱之為微效基因或多基因。

2、主基因與微基因或多基因是相對的。因而一個數(shù)量性狀的遺傳體系可能由主基因組成，也可能有多基因組成，還可能同時并存著主基因和多基因，即主基因加多基因組成。這后者可以看作為數(shù)量性狀遺傳體系的普遍情況，而前二者可看為后者的特殊情況。后者稱為主基因和多基因混合遺傳（mixed major gene and polygene inheritance），或主基因-多基因混合遺傳（major-polygene mixed gene inheritance）、主基因-微基因混合遺傳（major-minor gene mixed inheritance）。了解植物數(shù)量性狀遺傳體系對于作物育種工作者具有重要的意義。

3、如果一個數(shù)量性狀由少數(shù)主基因控制，則一般可以采用主基因的育種方法，通過雜交、回交轉移主基因；如果一個數(shù)量性狀由多基因控制，則需通過輪回選擇集中增效基因或通過聚合回交轉移這一多基因性狀；如果一個數(shù)量性狀由主基因-多基因共同控制，則需明確主基因為主，還是多基因為主，以便采用相應的育種方法，若兩者均很重要須進一步研究適用于主基因、多基因同時改良的育種方法。所以對植物數(shù)量性狀遺傳體系的研究，不僅具有遺傳學上的理論意義，而且還有育種學上的實際意義。sea-dh包括兩部分內容，一是dh單世代的分離分析（dh），二是p1、p2和dh三世代聯(lián)合的分離分析（g3dh）。前者通過利用dh群體的表型數(shù)據對數(shù)量性狀進

4、行分離分析，但是不能鑒定出多基因的存在。只有加入同質群體p1、p2提供的試驗誤差方差后，才能鑒定多基因的存在并估算出其遺傳效應，因此有必要對p1、p2和f2三世代聯(lián)合分離分析進行研究，并編制相應的軟件。sea-dh軟件對dh單世代和p1、p2和dh三世代聯(lián)合進行分離分析，既適用于數(shù)量性狀的單個遺傳模型，也適用所有的遺傳模型，所涉及模型如表1所示。若遺傳模型已知，在此情況下，用戶可以采用與其匹配的單一模型進行遺傳效應估計。當模型未知時，此時選擇所有可能模型并計算出每個模型對應的結果，從中選擇最優(yōu)模型。無論是選擇單一模型還是所有模型，計算結果均可保存為excel表格形式。軟件以windows為界面

5、，通過下拉選項和表格的方式與用戶進行交互，整個操作流程只需要通過簡單的鼠標點擊即可完成。本軟件在intel pentium 4 3.40 ghz cpu、1gb內存計算機、中文windows xp操作平臺上，使用microsoft visual studio 2010和c / c+ 開發(fā)完成。表1 dh群體的數(shù)量性狀遺傳模型主基因對數(shù)模型模型代號多基因不存在多基因存在0無主基因0mgpg無主基因0mgpg-a1加性主基因1mg-amx-a加性主基因1mg-amx-a-a2加性-上位性2mg-aimx2-ai加性-上位性2mg-aimx2-ai-a加性2mg-amx2-a-a等加性2mg-eam

6、x2-ea-a顯性上位2mg- dominanceimx2- dominancei-a隱性上位2mg- recessiveimx2- recessivei-a累加作用2mg-additivemx2- additive-a互補作用2mg-complementarymx2- complementary-a重疊作用2mg-duplicatemx2- duplicate-a抑制作用2mg-inhibitingmx2- inhibiting-a3加性-上位性3mg-aimx3-ai加性-上位性3mg-aimx3-ai-a加性3mg-amx3-a-a完全等加性3mg-ceamx3-cea-a部分等加性3m

7、g-peamx3-pea-a注: mg=major gene model , mx=mixed major gene and polygene model , pg=polygene model , a=additive effect, i=interaction (epistasis), e=equal, c=completely, p=partly. 圖1 dh單世代分離分析軟件主界面二、使用說明（一）dh單世代分離分析軟件（dh）1軟件界面軟件啟動界面的選項卡有：data、basic information 以及四個操作按鈕（calcu1ate、clear、save 和close）（圖1

8、）。data 框中的 dh phenotype 按鈕用于導入dh 群體的表型數(shù)據，basic information 框下的閾值的默認值為0.0001，也可給定輸入值。model selection復合框功能用于選擇所分析的模型，其默認選項為all models（圖2）。圖2 dh單世代分離分析軟件數(shù)據導入、閾值輸入和模型選擇界面2功能實現(xiàn)2.1 數(shù)據形式 本軟件所需的數(shù)據格式為excel文件格式（圖3）。以microsoft excel 2003文件形式存儲dh世代的表型數(shù)據。第一行為數(shù)據來源信息，如作物或群體類型，之后各行為所測個體的表型觀測值數(shù)據，如株高、產量等。 圖3 dh單世代分離分

9、析軟件數(shù)據形式 2.2 導入數(shù)據 點擊dh phenotype按鈕，選擇數(shù)據文件的存放路徑（圖4），點擊確定，即可導入。導入的數(shù)據顯示在主界面的list control控件中（圖5）。圖4 導入dh群體表型數(shù)據界面圖5 數(shù)據顯示界面2.3 基本信息設定2.3.1 閾值設定 在threshold編輯框中輸入閾值（是迭代停止的標準，即前后兩次迭代的極大對數(shù)似然值的差值），用戶可以選擇默認值，也可以根據實驗要求的精度，輸入相應的閾值（圖6）。圖6 閾值選擇卡2.3.2 選擇模型在model selection復合框中，可以選擇默認的模型，用戶也可以根據實際數(shù)據的需要，選擇相應的模型進行單獨的計算（圖

10、7）。圖7 模型選擇卡2.4 分析 數(shù)據導入及參數(shù)設定完成之后，點擊calculate按鈕，進行計算分析。當模型選擇為all models時，計算的結果如圖8所示，即所有模型的對應的結果。當模型選擇為單一的模型時，計算如圖9所示。若分析完成后再選擇其他模型進行計算，此時需點擊clear按鈕清除之前分析結果，并點擊calculate按鈕進行重新計算。圖8 all models運行的結果圖9 單一模型運行的結果2.5 結果保存計算分析完成之后，點擊save按鈕，選擇保存路徑及文件的名稱（圖10），將結果保存為excel文件形式（圖11, 圖12），圖11和圖12分別表示所有模型和單一模型對應的分析

11、結果。圖10 保存結果界面圖11 所有模型計算結果保存的部分圖圖12 單一模型計算結果保存的部分圖2.6 退出軟件 當運算結果保存完成之后，點擊close退出軟件。（二）p1、p2和dh聯(lián)合三世代分離分析軟件（g3dh）1軟件界面 圖13 p1、p2和dh聯(lián)合三世代分離分析軟件主界面軟件啟動界面的選項卡有：phenotypic data、basic information以及四個操作按鈕（calcu1ate、clear、save、close）（圖13）。phenotypic data框中的p1、p2和dh三個按鈕，分別用于導入p1、p2和dh群體的表型數(shù)據。basic information

12、框下的閾值的默認值為0.0001，也可給定輸入值。no .of plants in each line 框下的植株數(shù)的默認值為1，也可給定輸入值。 model selection復合框功能用于選擇所分析的模型，其默認選項是all models（圖14）。圖14 p1、p2和dh聯(lián)合三世代分離分析軟件數(shù)據導入、閾值輸入和模型選擇界面2功能實現(xiàn)2.1 數(shù)據形式 本軟件所需的數(shù)據格式為excel文件格式（圖15）。以microsoft excel 2003文件形式存儲p1、p2和dh各世代的表型數(shù)據。第一行為數(shù)據來源信息，如作物或群體類型，之后各行為所測個體的表型觀測值數(shù)據，如株高、產量等。 圖15

13、 p1、p2和dh聯(lián)合三世代分離分析軟件數(shù)據形式2.2 導入數(shù)據分別點擊p1、p2和dh按鈕（需按順序導入），選擇數(shù)據文件的存放路徑（圖16）。點擊確定，即可導入。導入的數(shù)據顯示在主界面的list control控件中（圖17）。 圖16導入p1、p2和dh群體表型數(shù)據界面圖17 數(shù)據顯示界面2.3 基本信息設定2.3.1閾值設定 在threshold編輯框中輸入閾值（是迭代停止的標準，即前后兩次迭代的極大對數(shù)似然值的差值），用戶可以選擇默認值，也可以根據實驗要求的精度，輸入相應的閾值（圖18）。圖18 閾值選擇卡2.3.2家系植株數(shù)設定用戶可以根據試驗結果，輸入每個dh家系觀察的植株數(shù)（圖1

14、9）圖19 每個dh家系的植株數(shù)選擇卡2.3.3選擇模型在model selection復合框中，可以選擇默認的模型，用戶也可以根據實際數(shù)據的需要，選擇相應的模型進行單獨的計算（圖20）。圖20 模型選擇卡2.4 分析數(shù)據導入及參數(shù)設定完成之后，點擊calculate按鈕，進行計算分析。當模型選擇為all models時，計算的結果如圖21所示，即所有模型對應的結果。當模型選擇為單一的模型時，計算如圖22所示。若分析完成后再選擇其他模型進行計算，此時需點擊clear按鈕清除之前分析結果，并點擊calculate按鈕進行重新計算。圖21 all models運行結果界面圖22 單一模型運行結果界

15、面2.5 保存結果計算分析完成之后，點擊save按鈕，選擇保存路徑及文件的名稱（圖23），將結果保存為excel文件形式（圖24, 圖25），圖24和圖25分別表示所有模型和單一模型對應的分析結果。圖23 保存結果界面圖24 所有模型計算結果保存的部分圖圖25 單一模型計算結果保存的部分圖2.6 退出軟件當運算結果保存完成之后，點擊close退出軟件。（三）結果說明1dh單世代分離分析軟件（dh）結果分析excel表格列出了dh世代所有模型的計算結果，其內容包括：模型（model）、極大對數(shù)似然值（log_max_likelihood_value）、aic值、成分分布平均值（mean1mean

16、8）、成分分布方差（var（residual +polygene）與成分分布比例（proportion1 proportion 8）、一階遺傳參數(shù)（群體平均數(shù) （m）、加性效應（da）、（db）和（dc）、加性加性效應（iab）、加性加性效應（iac）、加性加性效應（ibc）和加性加性加性效應（iabc）、主基因方差（major-gene var）、主基因遺傳率（heritability（major-gene）和適合性檢驗（均勻性（u1）、（u2）、（u3）檢驗、smirnov檢驗（）（nw）和kolmogorov檢驗（）（dn）。由模型的似然函數(shù)值計算出aic(akaikes informa

17、tion criterion)值，根據最小aic值原則，aic值最小的模型為相對最佳模型，模型間aic值差異不大時可能有幾個供選的相對最佳模型，同時還進行一組樣本分布與模型所代表的理論分布間的適合性檢驗，這組測驗包括有均勻性u12、u22、u32檢驗，smirnov檢驗和kolmogorov檢驗，根據模型適合性的概率從1個或幾個相對最適模型中選出最佳遺傳模型，同時選得相應的各成分分布參數(shù)。如結果分析所示模型3mg-ai的aic值最小，它應該作為供選的相對最佳模型（圖26），從而選得相應的各成分分布參數(shù)（圖27，圖28），其適合性檢驗部分如圖29所示。由最佳遺傳模型的各成分分布參數(shù)估計出主基因和

18、多基因的有關遺傳參數(shù)，采用最小二乘法從分布參數(shù)估計各基因效應值，從而估計各種遺傳方差（圖30）。圖26 選擇最小aic值圖27 成分分布平均數(shù)和方差圖28 成分分布比例圖29 適合性檢驗圖30 一階遺傳參數(shù)與主基因遺傳方差和主基因遺傳率2p1、p2和dh 三世代聯(lián)合分離分析軟件（g3dh）結果分析excel表格列出了p1、p2和dh聯(lián)合三世代所有模型的計算結果，其內容包括：模型（model）、極大對數(shù)似然值（log_max_likelihood_value）、aic值、親本估計的平均數(shù)（meanp1、meanp2）、誤差方差（var（p1&p2）、成分分布的平均值（mean1mean8）、成分分布的方差（var（residual +polygene）、成分分布的比例（proportion1 proportion 8）、一階遺傳參數(shù)（群體平均數(shù)（m1（m）、（m2）、（m3）、加性效應（da（d）、（db）和（dc）、加性加性效應（iab（i*）、加性加性效應（iac）、加性加性效應（ibc）、加性加性加性效應（iabc）和多基因加性效應）、二階遺傳參數(shù)（major-gene var、heritability（major-gene）、polygenes var