基于自然生殖过程的昆虫遗传群体的模拟方法

摘要

本发明提出了一种基于自然生殖过程的昆虫遗传群体模拟的新方法。它是利用昆虫亲本分子标记的原始样本序列作为亲本的遗传组成，由1和0组成的数字向量来代表染色体和配子的遗传标记，利用作图函数将标记间的遗传距离转换成重组率。在两个亲本杂交的F1产生配子时，利用均匀随机分布的简单抽样来模拟减数分裂的交换过程，通过重复的配子抽样和合子形成来模拟昆虫个体，从而构成遗传群体。这种方法可以用于昆虫基因定位方法的探索和评价，也可以通过遗传标记来研究昆虫抗性基因在世代间的动态变化，而不需要多年多点的实际田间试验，从而大大提高了遗传研究的效率。本发明应用于作物生产及害虫防治管理，具有很好的积极效果。

主权项

利用基于自然生殖过程的方法对二倍体昆虫的遗传群体进行模拟，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：将昆虫亲本分子标记的遗传距离转换成重组率；昆虫亲本分子标记的原始样本序列为X(i)＝{X(i)(1)，X(i)(2)，...，X(i)(n)}，其中i＝1代表母本，i＝2代表父本，X(i)(1)，X(i)(2)，...，X(i)(n)分别代表第1，2，...，n条染色体上的分子标记向量；昆虫亲本分子标记的原始样本的遗传距离矩阵为D＝{d(1)，d(2)，...，d(n)}，其中d(1)，d(2)，...，d(n)分别代表第1，2，...，n条染色体上的标记区间的遗传距离向量；标记数据通过分子生物学方法获得，并利用由0和1组成的向量分别代表母本和父本配子中的染色体，向量中的每个元素代表染色体上的一个遗传标记位点，标记位点之间的遗传距离用距离向量表示；母本的染色体向量中的元素全部为0，父本的染色体向量中的元素全部为1；利用作图函数将遗传距离转换成重组率；转换的重组率矩阵为R＝{r(1)，r(2)，...，r(n)}，其中r(1)，r(2)，...，r(n)分别代表第1，2，...，n条染色体上的标记区间的重组率向量； 步骤二：用母本跟父本杂交，杂种一代产生的配子的分子标记序列为X(F1)＝{X(F1)(1)，X(F1)(2)，...，X(F1)(n)}，其中X(F1)(1)，X(F1)(2)，...，X(F1)(n)分别代表第1，2，...，n条染色体上的分子标记向量； 步骤三：杂种一代产生的配子的第i条染色体上的分子标记序列为向量X(F1)(i)＝{X((F1)(i)(1)，X(F1)(i)(2)，...，X(F1)(i)(ni)}，其中X(F1)(i)(1)，X(F1)(i)(2)，...，X(F1)(i)(ni)分别代表第i条染色体上第1，2，...，ni位点上的分子标记基因型，ni代表第i条染色体上的位点数目； 步骤四：决定杂种一代产生的配子的第i条染色体上第1个位点的亲本来源，即分子标记序列向量X(F1)(i)(i＝1，2，...，n)中的元素X(F1)(i)(1)的产生方法：产生一个均匀分布随机数u～U[0，1]，若u≤0.5，则X(F1)(i)(1)＝0，第i条染色体的第1个位点来自母本，否则X(F1)(i)(1)＝1，第i条染色体的第1个位点来自父本； 步骤五：决定杂种一代产生的配子的第i条染色体上第2～ni个位点的亲本来源，即分子标记序列向量X(F1)(i)(i＝)，2，...，n)中的元素X(F1)(i)(j)(j＝2，3，...，ni)的产生方法：产生一个均匀分布随机数u～U[0，1]，当u≤r(i)(j‑1)时，如果 X(F1)(i)(k)＝1，则X(F1)(i)(k+1)＝0，否则X(F1)(i)(k+1)＝1；当u＞r(i)(j‑1)时，如果X(F1)(i)(k)＝1，则X(F1)(i)(k+1)＝1，否则X(Fi)(i)(k+1)＝0；其中k＝1，2，...，ni‑1，r(i)(j‑1)为第i条染色体上的重组率向量r(i)的第j‑1个元素，即第.j‑1个标记区间的重组率； 步骤六：对i＝1，2，...，n，j＝2，3，...，ni重复步骤四～步骤五，每循环一次产生一个完整的配子，包含全套n个染色体，每个染色体上有ni个分子标记，配子的标记基因型矩阵为X(F1)＝{X(F1)(1)，X(F1)(2)，...，X(F1)(n)}； 步骤七：产生回交群体：由于回交群体的类型完全决定于F1配子的类型，因此回交群体的产生过程就是重复产生F1配子的过程；对i＝1，2，...，n，j＝2，3，...，ni重复步骤四～步骤六，每循环一次产生一个完整的配子，循环nBC次就得到nBC个配子，从而构成一个包含nBC个个体的回交群体，群体的标记基因型阵列为X(BC)＝{X(F1)(1)，X(F1)(2)，...，X(F1)(nBC)}，其中X(F1)(1)，X(F1)(2)，...，X(F1)(nBC)代表第1，2，...，nBC个个体的标记基因型矩阵； 步骤八：产生F2群体：由于每个F2个体由两个F1配子随机组合而成，因此每个F2个体的产生需要连续两次重复产生F1配子；对i＝1，2，...，n，j＝2，3，…，ni重复步骤四～步骤六，每循环二次产生一个完整的F2个体，循环2nF2次就得到nF2个个体，从而构成一个包含nF2个个体的F2群体，群体的标记基因型阵列为X(F2)＝{[X(F1)(1)，X(F1)(1′)]，[X(F1)(2)，X(F1)(2′)]，...，[X(F1)(nF2)，X(F1)(nF2′)]}，其中[X(F1)(1)，X(F1)(1′)]，[X(F1)(2)，X(F1)(2′)]，...，[X(F1)(nF2)，X(F1)(nF2′)]代表第1，2，...，nF2个个体的标记基因型阵列。