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如何從遺傳力的角度來看待提升育種效率

 育種數(shù)據(jù)分析 2025-10-20 發(fā)布于河南

家好,我是鄧飛。最近翻遺傳力相關的資料時突然想到:咱們研究任何概念,最終都是為了 “用起來”。那遺傳力這東西,到底怎么幫咱們提升育種效率?

其實咱們常說的 “提升育種效率”,背后藏著不同的策略 —— 而這些策略,全和 “遺傳力的類型” 掛鉤:比如用 MAS 找大效應位點,靠的是h2_GWAS;用 GBLUP 做全基因組選擇,靠的是h2_SNP;甚至現(xiàn)在比較火的泛基因組、多組學 GS,本質也是為了 “找全遺傳力”。

今天就從 “消失的遺傳力” 這個角度,跟大家掰扯清楚:怎么把 “丟了的遺傳力” 找回來,讓育種選擇更準、更快。

1,先看張 Nature 圖:遺傳力為啥會 “消失”?

https://www./news/2008/081105/pdf/456018a.pdf

咱們可以把 “找消失的遺傳力” 比作懸疑片:

  • 消失的遺傳力 = 懸疑片里 “消失的子彈”;
  • 科學家就是偵探,手里的工具是生物統(tǒng)計、基因測序、數(shù)量遺傳;
  • 目標只有一個:搞清楚 “遺傳力到底丟在哪了”。

所以,育種中的數(shù)據(jù)分析師的形象是這樣的:

要是能找到 “消失的遺傳力”,報酬可不是小數(shù) —— 育種里的選擇準確性、選擇響應會直接提升,相當于給育種裝上 “加速器”!

2,舉個身高的例子:啥是 “丟失的遺傳力”?

先通俗解釋下核心概念:“遺傳力丟失”(Missing heritability)是數(shù)量遺傳學里的經(jīng)典問題 —— 簡單說就是:實際的遺傳力(比如家系里測出來的),比 GWAS 找的顯著 SNP、芯片 SNP 能解釋的遺傳力,要大得多。

給大家舉個直觀的例子:比如人類身高的 “總遺傳力”(家系里測的,h2_family)大概是 0.8(意思是 80% 的身高差異由遺傳決定)。但 GWAS 分析后,那些 “顯著相關的 SNP” 只能解釋 35% 的變異(對應h2_GWAS=0.35)—— 這就丟了 45% 的遺傳力;后來用基因組選擇(GBLUP),拿芯片全 SNP 算,能解釋 64% 的變異(對應h2_SNP=0.64)—— 但還是丟了 16%。

這 “丟了的部分”,就是咱們要找的 “消失的遺傳力”。

3,再拆細點:消失的遺傳力,其實分兩種

參考:

Witte JS, Visscher PM, Wray NR. The contribution of genetic variants to disease depends on the ruler. Nat Rev Genet. 2014 Nov;15(11):765-76. doi: 10.1038/nrg3786. Epub 2014 Sep 16. PMID: 25223781; PMCID: PMC4412738.

遺傳力細分:


  • Total heritability,是實際的遺傳力,主要是從家系群體(比如同卵雙胞胎、全同胞)估計的遺傳力,對應的是family遺傳力, h2_family

  • Chip heritability,(SNP 遺傳力,也稱為 “基于芯片的遺傳力”)是指全基因組關聯(lián)分析(GWAS)芯片上所有 SNP 變異共同解釋的表型方差比例,反映 “芯片可檢測的遺傳變異” 對表型的加性遺傳貢獻(屬于狹義遺傳力范疇)。其核心計算方法是基于基因組關系矩陣(GRM)的約束最大似然(GREML)方差組分估計是通過REML估計的遺傳力,使用的是全部SNP數(shù)據(jù),比如GCTA、asreml中的GBLUP,估計的遺傳力都屬于此,對應的是SNP遺傳力. h2_snp

  • Heritability due to known variants,是GWAS分析中顯著的SNP估計的遺傳力,對應的是PVE(解釋百分比),對應的是GWAS遺傳力,h2_gwas

一般我們認為消失的遺傳力為:

但是它還可以進一步剖分為兩部分:

  • 第一部分:Still-missing heritability,是依舊消失的遺傳力,它的計算公式是,它的來源是GWAS無法捕捉到的變異,比如CNV,SV等,以通過增加變異來源(CNV,SV,PVA),稀有變異來解決,(泛基因組的應用)。

  • 第二部分:Hiding heritability,是隱藏的遺傳力,它的計算公式是,它主要是由于目前的統(tǒng)計方法導致一些效應小的位點沒有檢測出來(假陰性),可以通過增加樣本量來降低這部分的值。

4, 關鍵問題:怎么用這兩類 “消失的遺傳力” 提升育種效率?

育種里有個核心邏輯:遺傳力的 “可利用程度”,直接決定選擇策略。先給大家劃個基礎準則:

  • 高遺傳力(比如百粒重,h2=0.95):不用分子標記、不用 GS,直接表型選擇就行 —— 這就是 “老子英雄兒好漢”,表型準得很;
  • 中高遺傳力:靠家系 / 系譜選擇(ABLUP),比如用半同胞、全同胞的表型輔助判斷;
  • 中低遺傳力:靠 MAS(MA-BLUP),找?guī)讉€大效應位點輔助;
  • 低遺傳力:必須靠 GS(GBLUP、ssGBLUP),用全基因組信息堆準確性。

而 “找回來消失的遺傳力”,本質是把 “不可利用的遺傳力” 變成 “可利用的”—— 這樣選擇準確性會提升,選擇效率自然就高了。

具體怎么做?對應前面兩類 “消失的遺傳力”,有兩個核心方向:

方向一:降低 “依舊消失的遺傳力”—— 找更多變異

比如用泛基因組、圖泛基因組,把之前芯片沒覆蓋的 SV、CNV、稀有變異都挖掘出來。

  • 用在 MAS 上:能找到更準的 “因果位點”,輔助選擇更有效;
  • 用在 GS 上:把這些新變異加進 GRM(基因組關系矩陣),GBLUP 的估計準確性會更高。

方向二:降低 “隱藏的遺傳力”—— 堆更多數(shù)據(jù)

比如 GS 里擴大參考群的數(shù)量(從 1000 份擴到 5000 份),GWAS 里增加樣本量(從 2000 個加到 1 萬個)。數(shù)據(jù)量上去了,統(tǒng)計方法能 “抓” 到更多小效應位點,假陰性減少,h2_GWAS會更接近h2_SNP—— 選擇時能用到的遺傳信息就更多了。

最后說句實在話

《三體》里說 “鎖死科技”,靠的是卡住微觀物理的進展;而育種里 “提升效率”,靠的就是把 “消失的遺傳力” 一步步找回來 —— 先拆清楚 “丟在哪”,再針對性解決(找變異、堆數(shù)據(jù)),這才是科學的思路。

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