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一种动物选配方法

阅读：1023发布：2020-05-19

专利汇可以提供一种动物选配方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种动物选配方法，根据畜群谱系建立子代近交系数矩阵，并根据所述种母畜个数和所述种公畜个数建立配对矩阵，以近交系数最小作为优化目标，分别从母畜和公畜遗传的角度建立约束条件，得到线性规划方程并进行求解得到最优配对组合和种畜，解决了现有的选配方法难以预测畜群的近交系数的变化，不能正确指导保种实践等问题，可对动物保种群实行持续的遗传监测，及时发现保种实践中的偏差，为及时采取改进措施和不断提高保种效果提供依据。，下面是一种动物选配方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种动物选配方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据畜群谱系建立群体加性遗传相关矩阵，所述加性遗传相关矩阵的元素为对应位置上畜类的近交系数；
(2)按照预先设定的种母畜个数k和种公畜个数n，根据所述加性遗传相关矩阵建立子代近交系数矩阵；
(3)根据所述种母畜个数k和所述种公畜个数n建立配对矩阵；
(4)根据所述子代近交系数矩阵和所述配对矩阵，以子代近交系数最小作为优化目标，从母畜遗传的角度建立约束条件，得到第一线性规划方程并进行求解得到第一最优公母畜配对组合和子代种母畜；
(5)根据所述子代近交系数矩阵和所述配对矩阵，以子代近交系数最小作为优化目标，从公畜遗传的角度建立约束条件，得到第二线性规划方程并进行求解得到第二最优公母畜配对组合和子代种公畜。
2.根据权利要求1所述的动物选配方法，其特征在于，步骤(4)中所述第一线性规划方程为：
目标函数：
约束条件：
Fij为子代近交系数矩阵中的元素，Aij为配对矩阵中的元素，i表示第i个母畜，j表示第j个公畜。
3.根据权利要求1所述的动物选配方法，其特征在于，步骤(5)中所述第二线性规划方程为：
目标函数：
约束条件：
Fij为子代近交系数矩阵中的元素，Aij为配对矩阵中的元素，i表示第i个母畜，j表示第j个公畜。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的动物选配方法，其特征在于，所述子代近交系数矩阵中的元素Fij为所述加性遗传相关矩阵中对应元素的1/2。

说明书全文

一种动物选配方法

技术领域

[0001] 本发明涉及动物配种领域，尤其涉及一种动物选配方法。

背景技术

[0002] 动物品种的优化是维持生物多样性和生态平衡的重要基础，亦可为将来动物育种提供素材，储备将来所需的特定性状的遗传基因。从遗传学角度考虑，动物品种的优化就是对动物基因的优化。因为基因是遗传变异的基本功能单位，任何性状都是由基因决定的，所以品种的灭绝其实就是基因的丧失。现行的动物品种保护方式大部分为活体保种，而且是小群体活体保种，其受到自然选择压是不可避免的，所以要求活体保种的群体大，防止近交，否则容易引起遗传漂变，基因丢失，近交系数增加，导致近交衰退，甚至群体退化或灭绝；因此在一定的群体规模的基础上，如何控制近交系数就显得尤为重要。

[0003] 在一个闭锁繁育的群体中，近交系数的增加是不可避免的，控制和降低群体平均近交系数主要通过选配来完成；现行的通用做法为：随机交配，在保种群中避免全同胞、半同胞选配，或采用非近交公畜轮回配种。但即使采用上述的现行通用做法，还是不能准确预测下一世代群体平均近交系数增量，以及若干世代后群体的平均近交系数，也就不能指导保种实践，究竟何时引入外血，所以必须要建立一个切实可行的动物选配方案，对动物保种群实行持续的遗传监测，及时发现保种实践中的偏差，为及时采取改进措施和不断提高保种效果提供依据。

[0004] 本发明创造主要解决的技术问题有：根据不同的选配方案，准确预测下一世代群体平均近交系数；根据现行群体规模、结构和近交系数，依据现行通用的留种方式，即各家系等量留种，每一世代留种时，每一公畜后代中选留一头公畜，每一头母畜后代中选留等数母畜，采用0-1整数规划方法，确定最优的选配方案，即确定每一头公畜的与配母畜，每一头母畜的与配公畜，从而将下一世代群体平均近交系数控制在最低水平；下一世代群体留种确定后，采用上述方法，制订下一世代群体选配方法，预测下一世代群体平均近交系数，以此类推，可以预测若干世代后闭锁繁育群体平均近交系数。

发明内容

[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种动物选配方法，降低群体的平均近交系数，实现品种的优化。

[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明的动物选配方法，包括以下步骤：

[0007] (1)根据畜群谱系建立群体加性遗传相关矩阵，所述矩阵的元素为对应行或列畜类的近交系数；

[0008] (2)按照设定的种母畜个数k和种公畜个数n，根据所述加性遗传相关矩阵建立子代近交系数矩阵；

[0009] (3)根据所述种母畜个数和所述种公畜个数建立配对矩阵；

[0010] (4)根据所述子代近交系数矩阵和所述配对矩阵，以配对组合的子代近交系数F最小作为优化目标，从母畜遗传的角度建立约束条件，得到第一线性规划方程并进行求解得到最优的公母畜配对组合和子代种母畜。

[0011] 进一步地，根据所述子代近交系数矩阵和所述配对矩阵，以配对组合的子代近交系数F最小作为优化目标，从公畜遗传的角度建立约束条件，得到第二线性规划方程并进行求解得到子代种公畜。

[0012] 其中，步骤(4)中所述第一线性规划方程为：

[0013] 目标函数：

[0014] 约束条件：

[0015]

[0016]

[0017] Fij为子代近交系数矩阵中的元素，Aij为配对矩阵中的元素，i表示第i个母畜，j表示第j个公畜。

[0018] 其中，步骤(5)中所述第二线性规划方程为：

[0019] 目标函数：

[0020] 约束条件：

[0021]

[0022]

[0023] Fij为近交系数矩阵中的元素，Aij为配对矩阵中的元素，i表示第i个母畜，j表示第j个公畜。

[0024] 有益效果：本发明的动物选配方法，能有效组合公母畜的配对，将后代的平均近交系数控制在最低水平，同时能预测家畜后代群体的平均近交系数以及个体近交系数，能准确评估家畜的遗传多样性。

具体实施方式

[0025] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

[0026] 本发明中的动物选配方法包括以下步骤：

[0027] 1、根据畜群系谱，建立群体加性遗传相关矩阵。

[0028] (1)采用横式系谱，子代在左，亲代在右，公畜在上，母畜在上；

[0029] (2)从上代到下代、从左到右排列成矩阵形式；

[0030] (3)如各个体的亲代已知，则进行标注，便于计算子代的相关值；

[0031] (4)计算对角线上的值

[0032]

[0033] 式中，aij表示第i个个体与自身的相关值，为第i头个体的父母间的相关。如果只知道父亲si或母亲di，或父母均不清楚，那么

[0034] (5)计算加性遗传相关矩阵对角线上方的值

[0035]

[0036] 式中，aij表示第i个个体和第j个个体之间的相关值，i为行的代号；j为列的代号；sj为第j列的父亲号；dj为第j列的母亲号；为第i行个体与第j列个体的父亲的相关值；为第i行个体与第j列个体的母亲的相关值；

[0037] (6)加性遗传相关矩阵对角线下方的值是由对角线上方的值转置而来。

[0038] aij＝aji

[0039] (7)近交系数的计算公式为：

[0040] Fi＝aii-1，

[0041] 近交系数矩阵中矩阵元素与群体加性遗传相关矩阵元素之间的关系为：

[0042] Fi＝aii-1；

[0043] 得：

[0044]

[0045] 因此，第i个个体和第j个个体的子代近交系数为：即个体近交系数＝个体父母间相关值的一半。

[0046] 2、设每一代选择k头母畜，n头公畜(k/n＝整数)作为种畜进行交配，建立所有种畜的公母配对组合得到子代近交系数矩阵。

[0047] (1)所有留种公畜位于第一列，所有母畜位于第一行；或者所有留种公畜位于第一行，所有母畜位于第一列；

[0048] (2)子代近交系数矩阵中矩阵元素为Fij，即第i行所在母畜与第j列所在公畜交配后代的近交系数；

[0049] (3)Fij为由群体加性遗传相关矩阵中相应的母畜所在行(或列)和公畜所在列(或行)交叉单元格中数值的1/2。

[0050] 3、建立与子代近交系数矩阵行列相同的配对矩阵，配对矩阵为可变矩阵[0051] 可变矩阵中数值极为Aij，Aij＝1或0；取“0”表示不接受该组合，即对应行或列上的动物不进行公母配对；取“1”表示接受该组合，即进行对应行或列的动物进行公母配对。

[0052] 4、建立目标函数

[0053] 以配对组合的子代近交系数F最小作为优化目标，公式为：

[0054]

[0055] 5、从母畜基因的遗传角度考虑，建立约束条件(求留种母畜)

[0056] 在动物保种上，为了有效控制近交系数的增加，一般都实行各家系等量留种，即在每一世代留种时，实行每一公畜后代中选留1头公畜，每一母畜后代中选留1头母畜，每个家系的公母数相当。因此，在建立约束条件时：

[0057] 要求父母代中每头母畜只能与1头公畜配种，每头母畜的后代中选留1头母畜，即有k个公母配种组合，后代中选留k头母畜，则得到约束条件1：

[0058]

[0059] 要求父母代中每头公畜的与配母畜数相等，即每头公畜的与配母畜数为k/n头，得到约束条件2：

[0060]

[0061] 要求目标函数最小，即后代中选留的k头母畜平均近交系数最小。

[0062] 6、求解线性规划问题得到留种母畜的最优公母配对组合

[0063] 利用线性规划求解上述最优化目标，得到最优的公母畜配对组合，即每个Aij的值，该组合包括k对公母畜；从配种的角度讲，这些最优的公母畜的配对组合进行配种后，所生子代的平均近交系数也最低，因此，在这些组合的子代中选择子代种母畜。

[0064] 根据配种选择规则，子代留种的母畜个数为k，则为了降低子代留种母畜之间的近交系数，从上述k个公母畜组合配种所得到的子代中，每个组合中各选择一个子代中的母畜作为子代的种母畜。

[0065] 7、从公畜基因的遗传角度考虑，建立约束条件，求解子代的种公畜[0066] 要求父母代中每头母畜最多只能与1头公畜配种，因为公畜数远小于母畜数，则得到约束条件3：

[0067]

[0068] 要求父母代中每头公畜后代中选留1头公畜，共有n个配种组合，选留n头公畜，则得到约束条件4：

[0069]

[0070] 要求目标函数最小，即后代中选留的n头公畜平均近交系数最小。

[0071] 8、求解线性规划问题得到最有配对组合以及子代的种公畜

[0072] 利用线性规划求解上述最优化目标，得到最优的公母畜配对组合，即每个Aij的值，该组合包括n对公母畜；从配种的角度讲，这些最优的公母畜的配对组合进行配种后，因为近交系数低所得到的子代的品种也比较优良，因此，在这些组合的子代中选择子代种公畜。

[0073] 根据配种选择规则，子代留种的公畜个数为n，则为了降低子代留种母畜之间的近交关系数，从上述n个公母畜组合配种所得到的子代中，每个组合中各选择一个子代中的公畜作为子代的种公畜。

[0074] 9、整合步骤7和8中所选定的种畜以及最佳配种组合。

[0075] 由于种畜的父代种畜的近交系数是已知的，则子代的种畜近交系数也是可以推算出来，按照上述步骤2至9中介绍的种畜选择方式对该畜群的每一代选择种畜，这样代代相传，有效降低了畜群的近交系数。

[0076] 实施例1：

[0077] 有一个山羊闭锁繁育群体，留种母羊9头(偶数耳号)，留种公羊3头(奇数耳号)，根据群体系谱制订最佳的保种选配方案。

[0078] 第一步：根据群体系谱，建立群体加性遗传相关矩阵，如表1.1所示，其中，第1行第1列，对于编号为136个体来说，表示第1个个体与自身的相关值，第1行第10列的元素表示编号为136和453间的相关值，矩阵中对角线上的数字为各个体的近交系数+1，则该留种群体平均近交系数为0.01525。

[0079] 表1.1 山羊群体加性遗传相关矩阵

[0080]

[0081]

[0082] 第二步：建立留种公羊和留种母羊所有组合后代近交系数矩阵，如表1.2所示。第一行为公羊，第一列为母羊，将表1.1中对应位置的数据乘以1/2，得到相应组合的后代近交系数Fij，形成近交系数矩阵，表1.2中数值为各公羊和母羊组合后代的近交系数。

[0083] 表1.2 近交系数矩阵

[0084]453 455 459
1360.104 0.104 0.094
1480.156 0.156 0.137
1560.156 0.156 0.137
1820.093 0.093 0.066
1940.048 0.048 0.023
2020.079 0.079 0.051
2040.154 0.154 0.148
2060.064 0.064 0.043
3680.137 0.137 0.133

[0085] 第三步：建立与近交系数矩阵行列相同的可变矩阵，如表1.3所示。表中第i行所在母畜与第j列所在公畜交配的可变矩阵元素Aij取0或1。

[0086] 表1.3 可变矩阵(母羊规划求解结果)

[0087]

[0088]

[0089] 第四步：建立目标函数，要求最后选留组合后代的近交系数最低。

[0090] 第五步：建立约束条件(求留种母羊)，每一头母羊配一头公羊，每一头公羊配3头母羊，每个组合留一头母羊作种，求解结果如表1.3所示。

[0091] 第六步：规划求解(求留种母羊)，结果如表1.4所示。选留9个组合，每个组合选留一头母羊，9头母羊的总近交系数为0.913。

[0092] 表1.4 规划求解结果(求留种母羊)

[0093]453 455 459 合计
136 0.104 0.000 0.000 0.104
148 0.156 0.000 0.000 0.156
156 0.000 0.156 0.000 0.156
182 0.000 0.000 0.066 0.066
194 0.000 0.000 0.023 0.023
202 0.000 0.000 0.051 0.051
204 0.000 0.154 0.000 0.154
206 0.000 0.064 0.000 0.064
368 0.137 0.000 0.000 0.137
合计 0.913

[0094] 第七步：建立约束条件(求留种公羊)，每头公羊配一头母羊，每头母羊与配公羊数小于等于1。

[0095] 表1.5 可变矩阵(公羊规划求解结果)

[0096]

[0097]

[0098] 第八步：规划求解(求留种公羊)，结果如表1.6所示。选留3个组合，每个组合选留1头公羊。3头公羊的总近交系数为0.167。

[0099] 表1.6 规划求解(求留种公羊)

[0100]453 455 459 合计
136 0.000 0.000 0.000 0.000
148 0.000 0.000 0.000 0.000
156 0.000 0.000 0.000 0.000
182 0.000 0.000 0.000 0.000
194 0.000 0.000 0.023 0.023
202 0.079 0.000 0.000 0.079
204 0.000 0.000 0.000 0.000
206 0.000 0.064 0.000 0.064
368 0.000 0.000 0.000 0.000
合计 0.167

[0101] 第九步：制订留种公母羊的选配方案，结果如表1.7所示。

[0102] 表1.7 选配结果

[0103]

[0104]

[0105] 第十步：预测下一世代近交系数，下一世代群体(9头母羊和3头公羊)总近交系数为1.080，平均近交系数为0.09，较上一世代增加0.07475。

[0106] 实施例2：

[0107] 有一个闭锁繁育猪群，留种母猪20头(偶数耳号)，留种公猪5头(奇数耳号)，根据群体系谱制订最佳的保种选配方案。

[0108] 第一步：根据群体系谱，建立群体加性遗传相关矩阵。矩阵中对角线数字为各个体的近交系数+1。该留种群体平均近交系数为0.0186。

[0109] 第二步：建立留种公猪和留种母猪所有组合后代近交系数矩阵，如表2.1所示。第一行为公猪，第一列为母猪。表中数值为各公猪和母猪组合后代的近交系数。

[0110] 表1.2 近交系数矩阵

[0111]

[0112]

[0113] 第三步：建立与近交系数矩阵行列相同的可变矩阵，如表2.2所示。表中各公母组合数值取0或1。

[0114] 表2.2 可变矩阵(母猪规划求解结果)

[0115]487 489 515 517 625 合计
468 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000
486 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000
488 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000
570 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 1.000
572 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000
574 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 1.000
600 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 1.000
602 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 1.000
604 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 1.000
606 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 1.000
614 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000
616 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000
618 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000
628 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000
630 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000
632 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000
634 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000
646 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000
648 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 1.000
650 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 1.000
合计 4.000 4.000 4.000 4.000 4.000 20.000

[0116] 第四步：建立目标函数，要求最后选留组合后代的近交系数最低。

[0117] 第五步：建立约束条件(求留种母猪)，每一头母猪配一头公猪，每一头公猪配4头母猪，每一头母猪留一头母猪作种。

[0118] 第六步：规划求解(求留种母猪)，结果如表2.3所示。选留20个组合，每个组合选留一头母猪，20头母猪的总近交系数为0.687。

[0119] 表2.3 规划求解结果(求留种母猪)

[0120]487 489 515 517 625 合计
468 0.000 0.000 0.000 0.000 0.056 0.056
486 0.000 0.026 0.000 0.000 0.000 0.026
488 0.000 0.026 0.000 0.000 0.000 0.026
570 0.000 0.000 0.000 0.025 0.000 0.025
572 0.049 0.000 0.000 0.000 0.000 0.049
574 0.000 0.000 0.000 0.038 0.000 0.038
600 0.000 0.000 0.000 0.018 0.000 0.018
602 0.000 0.000 0.030 0.000 0.000 0.030
604 0.000 0.000 0.000 0.032 0.000 0.032
606 0.000 0.000 0.030 0.000 0.000 0.030
614 0.000 0.000 0.000 0.000 0.042 0.042
616 0.000 0.026 0.000 0.000 0.000 0.026
618 0.026 0.000 0.000 0.000 0.000 0.026
628 0.049 0.000 0.000 0.000 0.000 0.049
630 0.000 0.000 0.000 0.000 0.043 0.043
632 0.000 0.015 0.000 0.000 0.000 0.015
634 0.049 0.000 0.000 0.000 0.000 0.049
646 0.000 0.000 0.000 0.000 0.047 0.047
648 0.000 0.000 0.033 0.000 0.000 0.033
650 0.000 0.000 0.025 0.000 0.000 0.025
合计 0.687

[0121] 第七步：建立约束条件(求留种公猪)，每头公猪配一头母猪，每头母猪与配公猪数小于等于1。

[0122] 表2.4 可变矩阵(公猪规划求解结果)

[0123]

[0124]

[0125] 第八步：规划求解(求留种公猪)，结果如表2.5所示。选留5个组合，每个组合选留1头公猪。5头公猪的总近交系数为0.126。

[0126] 表2.5 规划求解(求留种公猪)

[0127]

[0128]

[0129] 第九步：制订留种公母猪的选配方案，结果如表2.6所示。

[0130] 表2.6 选配结果

[0131]

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