本发明专利技术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。本发明专利技术应用于作物生产及害虫防治管理，具有很好的积极效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二倍体昆虫遗传群体的模拟方法，特别是一种基于自然生殖过程的昆虫遗传群体模拟的新方法。
技术介绍
昆虫是动物界中最大的类群，与人类有着密切的利害关系。对昆虫的数量预测与符合经济和生态规律的管理，一直都被国内外列入重点研究课题。种群动态模拟是害虫管理中重要的基础工作。长期以来，关于昆虫种群动态模型的理论和实验研究主要集中于种群中个体数目的变化，而对其遗传结构的研究较少。基于计算机的模拟在昆虫种群动态的分析中一直是一个重要手段。人们应用模拟模型加深了对害虫种群生命系统的理解，并改进了对害虫种群的管理和具体防治措施。近年来，关于昆虫种群动态模拟模型的研究发展迅速，从理论模型的建立、模型参数估计、稳定性讨论、实验验证，到作用机理的研究都有长足的进展。但是这些模拟都是以生态学和数学模型为基础的，适用于种群动态的数量、时间、空间3种结构，而不适用于种群遗传结构的模拟。近年来，国内外转基因研究取得了大量的新成果，许多植物都已经成功地转入了 Bt毒蛋白基因，并且一些主要的转基因农作物如玉米、棉花等已经获得批准进入市场。随着转基因作物的推广，有害昆虫对Bt杀虫剂的抗性进化问题已经引起了广泛的关注。迄今为止，在田间和实验室研究中已经发现有十多种昆虫对Bt杀虫毒蛋白产生了抗性。由于转 Bt作物能够持续地高水平表达单一的杀虫毒蛋白，因而Bt作物的释放将会加速昆虫的抗性进化。研究昆虫对Bt杀虫剂抗性的遗传特性和群体动态对于转基因作物的应用具有重要意义。在人类遗传研究中有人采用过基于随机过程的遗传群体模拟方法，但是这些方法中的随机过程难以完全模拟生物学的自然生殖过程，生物学意义不明确，而且不能用于转基因情况下受到选择的群体，因此难以用于昆虫的研究(参考文献见Terwilliger J5Speer M and J Ott, Genetic Epidemiology，1993，10 :217-224)。在昆虫中还没有建立。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于自然生殖过程的昆虫遗传群体模拟的新方法，通过配子抽样和合子形成来构造个体基因组，可以实现对回交群体和F2群体的模拟。本专利技术是通过以下技术方案实现的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χω = {Χωω，Χω(2)，...，Χω(η)}，其中i = 1代表母本，i = 2代表父本，X⑴ (1)，X(i)⑵，...，X⑴(n)分别代表第1，2，...，η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)，d⑵，...，d(n)}，其中d(1)，d⑵，...，d(n)分别代表第1，2，. . .，η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。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，. . .，η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X⑶={X(F1) ⑴，X(F1)⑵，...，X(F1) ( )}，其中 X(F1)⑴，X(F1)⑵，...，X(F1) ( )分别代表第 1，2，...，η 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)⑴，χ(η)ω (2), ... , X(F1)(i) (Ili)}，其中 X⑶⑴⑴，Xm)⑴(2),..., X(F1)(i) (Hi)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，η,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,...,η)中的元素Χ(η)ω(1)的产生方法产生一个均勻分布随机数u U，若u彡0. 5，则X(F1)⑴⑴=0，第i条染色体的第1个位点来自母本， 否则χ(η)ω (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 = 1，2，...，η)中的元素 X(F1)(i)(j) (j = 2，3，...，η,)的产生方法产生一个均勻分布随机数u 饥0，1]，当u<r(i)(j-l)时，如果X(F1)(i)(k) =1，则 X(F1)⑴(k+1) =0，否则 X(F1)⑴(k+1) = 1 ；当 u>r ⑴(j-1)时，如果 X(F1)⑴(k) = 1，则 X(F1)⑴ (k+1) = 1，否则 X(F1)⑴(k+1) =0;其中 k= l，2，...，ni-l，r(i)(j-l)为第 i 条染色体上的重组率向量r(i)的第j-Ι个元素，即第j-Ι个标记区间的重组率。步骤六对i = 1，2，...，n，j = 2，3，...，Iii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η个染色体，每个染色体上有Iii个分子标记，配子的标记基因型矩阵为 x(F1) = {X(F1)⑴，X(F1)⑵，...，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Fl配子的类型，因此回交群体的产生过程就是重复产生Fl配子的过程。对i = 1，2，. . .，n，j = 2，3，...，叫重复步骤四 步骤六，每循环一次产生一个完整的配子，循环nB。次就得到nB。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(F1) (1), X(F1) (2),..., X(F1) (nBC)}，其中 X(F1)⑴，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Fl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Fl配子。对i = 1，2，. . .，n，j = 2，3，. . .，Iii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nF2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)(D,X(F1)(1')]， [x(f1) (2)jx(fd (2, ) ],..., (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。本专利技术的优点1、本专利技术采用基于自然生殖过程的方法来模拟二倍体昆虫的遗传群体，其配子和合子的形成完全与自然生殖过程的步骤相同，便于生物学工作者理解应用；减数分裂中的交换由产生的均勻随机数和标记位点间的遗传距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于自然生殖过程的昆虫遗传群体的模拟方法，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＝１，２，．．．，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（Ｆ１）（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ｎＦ２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′）］...
【技术特征摘要】
1. 一种基于自然生殖过程的昆虫遗传群体的模拟方法，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χω = {Χωω，X⑴⑵，...，Χωω}，其中i = ι代表母本，i = 2代表父本，X⑴⑴， X⑴⑵，...，X⑴(n)分别代表第1，2，...，η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)，d⑵，...，d(n)}，其中d(1)，d⑵，...，d(n)分别代表第 1,2, ...,η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，...，η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(n)⑵，...，X(F1)(n)}，其中 X(F1)(1)，x(n)⑵，...，X(F1)(n)分别代表第 1，2，...，η 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)⑴，X(F1) (i) (2),... , X(F1) ω (η,)}，其中 X(F1) ω ⑴，X(F1) ω (2),... , X(F1) (i) (η,)分别代表第 i 条染色体上第1，2，...，Iii位点上的分子标记基因型，η,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,...,η)中的元素Χ(η)ω(1)的产生方法产生一个均勻分布随机数u U W，1]，若u彡0. 5，则X(F1)⑴(1) = 0，第i条染色体的第1个位点来自母本，否则X(F1)⑴(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 Iii个位点的亲本来源，即分子标记序列向量 X(F...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建国，马伟华，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：83
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