DH群体及其亲本数量性状分离分析软件 用户手册

1、dh群体及其亲本数量性状分离分析软件(sea-dh )用户手册一、软件简介dh群体及其亲本数量性状分离分析软件(segregation analysis-dh)是对植物数量性状遗传体系中dh群体及其亲本进行分离分析的软件，简称sea-dh。植物数量性状遗传体系是指控制植物数量性状的基因体系，其中控制植物数量性状的基因数目有多有少，各对基因的效应不同，而且其表现受环境的影响。效应大的基因在一般的试验条件下通过适当的方法可以检测出来，称之为主基因；效应小的基因在一般的试验条件下即便通过专门的技术，仍检测不出来，称之为微效基因或多基因。主基因与微基因或多基因是相对的。因而一个数量性状的遗传体系可能由

2、主基因组成，也可能有多基因组成，还可能同时并存着主基因和多基因，即主基因加多基因组成。这后者可以看作为数量性状遗传体系的普遍情况，而前二者可看为后者的特殊情况。后者称为主基因和多基因混合遗传（mixed major gene and polygene inheritance），或主基因-多基因混合遗传（major-polygene mixed gene inheritance）、主基因-微基因混合遗传（major-minor gene mixed inheritance）。了解植物数量性状遗传体系对于作物育种工作者具有重要的意义。如果一个数量性状由少数主基因控制，则一般可以采用主基因的育种方法

3、，通过杂交、回交转移主基因；如果一个数量性状由多基因控制，则需通过轮回选择集中增效基因或通过聚合回交转移这一多基因性状；如果一个数量性状由主基因-多基因共同控制，则需明确主基因为主，还是多基因为主，以便采用相应的育种方法，若两者均很重要须进一步研究适用于主基因、多基因同时改良的育种方法。所以对植物数量性状遗传体系的研究，不仅具有遗传学上的理论意义，而且还有育种学上的实际意义。sea-dh包括两部分内容，一是dh单世代的分离分析（dh），二是p1、p2和dh三世代联合的分离分析（g3dh）。前者通过利用dh群体的表型数据对数量性状进行分离分析，但是不能鉴定出多基因的存在。只有加入同质群体p1、p

4、2提供的试验误差方差后，才能鉴定多基因的存在并估算出其遗传效应，因此有必要对p1、p2和f2三世代联合分离分析进行研究，并编制相应的软件。sea-dh软件对dh单世代和p1、p2和dh三世代联合进行分离分析，既适用于数量性状的单个遗传模型，也适用所有的遗传模型，所涉及模型如表1所示。若遗传模型已知，在此情况下，用户可以采用与其匹配的单一模型进行遗传效应估计。当模型未知时，此时选择所有可能模型并计算出每个模型对应的结果，从中选择最优模型。无论是选择单一模型还是所有模型，计算结果均可保存为excel表格形式。软件以windows为界面，通过下拉选项和表格的方式与用户进行交互，整个操作流程只需要通过

5、简单的鼠标点击即可完成。本软件在intel pentium 4 3.40 ghz cpu、1gb内存计算机、中文windows xp操作平台上，使用microsoft visual studio 2010和c / c+ 开发完成。表1 dh群体的数量性状遗传模型主基因对数模型模型代号多基因不存在多基因存在0无主基因0mgpg无主基因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-eamx2-ea-a显性上位2mg- dominanceimx2- d

6、ominancei-a隐性上位2mg- recessiveimx2- recessivei-a累加作用2mg-additivemx2- additive-a互补作用2mg-complementarymx2- complementary-a重叠作用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3mg-peamx3-pea-a注: mg=major gene m

7、odel , mx=mixed major gene and polygene model , pg=polygene model , a=additive effect, i=interaction (epistasis), e=equal, c=completely, p=partly. 图1 dh单世代分离分析软件主界面二、使用说明（一）dh单世代分离分析软件（dh）1软件界面软件启动界面的选项卡有：data、basic information 以及四个操作按钮（calcu1ate、clear、save 和close）（图1）。data 框中的 dh phenotype 按钮用于导入dh

8、 群体的表型数据，basic information 框下的阈值的默认值为0.0001，也可给定输入值。model selection复合框功能用于选择所分析的模型，其默认选项为all models（图2）。待添加的隐藏文字内容1图2 dh单世代分离分析软件数据导入、阈值输入和模型选择界面2功能实现2.1 数据形式 本软件所需的数据格式为excel文件格式（图3）。以microsoft excel 2003文件形式存储dh世代的表型数据。第一行为数据来源信息，如作物或群体类型，之后各行为所测个体的表型观测值数据，如株高、产量等。 图3 dh单世代分离分析软件数据形式 2.2 导入数据 点击dh

9、 phenotype按钮，选择数据文件的存放路径（图4），点击确定，即可导入。导入的数据显示在主界面的list control控件中（图5）。图4 导入dh群体表型数据界面图5 数据显示界面2.3 基本信息设定2.3.1 阈值设定 在threshold编辑框中输入阈值（是迭代停止的标准，即前后两次迭代的极大对数似然值的差值），用户可以选择默认值，也可以根据实验要求的精度，输入相应的阈值（图6）。图6 阈值选择卡2.3.2 选择模型在model selection复合框中，可以选择默认的模型，用户也可以根据实际数据的需要，选择相应的模型进行单独的计算（图7）。图7 模型选择卡2.4 分析 数据导

10、入及参数设定完成之后，点击calculate按钮，进行计算分析。当模型选择为all models时，计算的结果如图8所示，即所有模型的对应的结果。当模型选择为单一的模型时，计算如图9所示。若分析完成后再选择其他模型进行计算，此时需点击clear按钮清除之前分析结果，并点击calculate按钮进行重新计算。图8 all models运行的结果图9 单一模型运行的结果2.5 结果保存计算分析完成之后，点击save按钮，选择保存路径及文件的名称（图10），将结果保存为excel文件形式（图11, 图12），图11和图12分别表示所有模型和单一模型对应的分析结果。图10 保存结果界面图11 所有模型

11、计算结果保存的部分图图12 单一模型计算结果保存的部分图2.6 退出软件 当运算结果保存完成之后，点击close退出软件。（二）p1、p2和dh联合三世代分离分析软件（g3dh）1软件界面 图13 p1、p2和dh联合三世代分离分析软件主界面软件启动界面的选项卡有：phenotypic data、basic information以及四个操作按钮（calcu1ate、clear、save、close）（图13）。phenotypic data框中的p1、p2和dh三个按钮，分别用于导入p1、p2和dh群体的表型数据。basic information 框下的阈值的默认值为0.0001，也可给定

12、输入值。no .of plants in each line 框下的植株数的默认值为1，也可给定输入值。 model selection复合框功能用于选择所分析的模型，其默认选项是all models（图14）。图14 p1、p2和dh联合三世代分离分析软件数据导入、阈值输入和模型选择界面2功能实现2.1 数据形式 本软件所需的数据格式为excel文件格式（图15）。以microsoft excel 2003文件形式存储p1、p2和dh各世代的表型数据。第一行为数据来源信息，如作物或群体类型，之后各行为所测个体的表型观测值数据，如株高、产量等。 图15 p1、p2和dh联合三世代分离分析软件数

13、据形式2.2 导入数据分别点击p1、p2和dh按钮（需按顺序导入），选择数据文件的存放路径（图16）。点击确定，即可导入。导入的数据显示在主界面的list control控件中（图17）。 图16导入p1、p2和dh群体表型数据界面图17 数据显示界面2.3 基本信息设定2.3.1阈值设定 在threshold编辑框中输入阈值（是迭代停止的标准，即前后两次迭代的极大对数似然值的差值），用户可以选择默认值，也可以根据实验要求的精度，输入相应的阈值（图18）。图18 阈值选择卡2.3.2家系植株数设定用户可以根据试验结果，输入每个dh家系观察的植株数（图19）图19 每个dh家系的植株数选择卡2.

14、3.3选择模型在model selection复合框中，可以选择默认的模型，用户也可以根据实际数据的需要，选择相应的模型进行单独的计算（图20）。图20 模型选择卡2.4 分析数据导入及参数设定完成之后，点击calculate按钮，进行计算分析。当模型选择为all models时，计算的结果如图21所示，即所有模型对应的结果。当模型选择为单一的模型时，计算如图22所示。若分析完成后再选择其他模型进行计算，此时需点击clear按钮清除之前分析结果，并点击calculate按钮进行重新计算。图21 all models运行结果界面图22 单一模型运行结果界面2.5 保存结果计算分析完成之后，点击s

15、ave按钮，选择保存路径及文件的名称（图23），将结果保存为excel文件形式（图24, 图25），图24和图25分别表示所有模型和单一模型对应的分析结果。图23 保存结果界面图24 所有模型计算结果保存的部分图图25 单一模型计算结果保存的部分图2.6 退出软件当运算结果保存完成之后，点击close退出软件。（三）结果说明1dh单世代分离分析软件（dh）结果分析excel表格列出了dh世代所有模型的计算结果，其内容包括：模型（model）、极大对数似然值（log_max_likelihood_value）、aic值、成分分布平均值（mean1mean8）、成分分布方差（var（residua

16、l +polygene）与成分分布比例（proportion1 proportion 8）、一阶遗传参数（群体平均数 （m）、加性效应（da）、（db）和（dc）、加性加性效应（iab）、加性加性效应（iac）、加性加性效应（ibc）和加性加性加性效应（iabc）、主基因方差（major-gene var）、主基因遗传率（heritability（major-gene）和适合性检验（均匀性（u1）、（u2）、（u3）检验、smirnov检验（）（nw）和kolmogorov检验（）（dn）。由模型的似然函数值计算出aic(akaikes information criterion)值，根据最小

17、aic值原则，aic值最小的模型为相对最佳模型，模型间aic值差异不大时可能有几个供选的相对最佳模型，同时还进行一组样本分布与模型所代表的理论分布间的适合性检验，这组测验包括有均匀性u12、u22、u32检验，smirnov检验和kolmogorov检验，根据模型适合性的概率从1个或几个相对最适模型中选出最佳遗传模型，同时选得相应的各成分分布参数。如结果分析所示模型3mg-ai的aic值最小，它应该作为供选的相对最佳模型（图26），从而选得相应的各成分分布参数（图27，图28），其适合性检验部分如图29所示。由最佳遗传模型的各成分分布参数估计出主基因和多基因的有关遗传参数，采用最小二乘法从分布

18、参数估计各基因效应值，从而估计各种遗传方差（图30）。图26 选择最小aic值图27 成分分布平均数和方差图28 成分分布比例图29 适合性检验图30 一阶遗传参数与主基因遗传方差和主基因遗传率2p1、p2和dh 三世代联合分离分析软件（g3dh）结果分析excel表格列出了p1、p2和dh联合三世代所有模型的计算结果，其内容包括：模型（model）、极大对数似然值（log_max_likelihood_value）、aic值、亲本估计的平均数（meanp1、meanp2）、误差方差（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）、一阶遗传参数（群体平均数（m1（m）、（m2）、（m3）、加性效应（da（d）、（db）和（dc）、加性加性效应（iab（i*）、加性加性效应（iac）、加性加性效应（ibc）、加性加性加性效应（iabc）和多基因加性效应）、二阶遗传参数（major-gene var、heritability（major-gene）、polygenes var和