مقایسه صحت برخی روش‌های بیزی در استراتژی‌های مختلف ارزیابی ژنومی صفات آستانه‌ای

195072032763100
دانشکده علوم دامی و شیلات
رساله‌ي دکتری رشتهی ژنتیک و اصلاح دام
عنوان رساله:
مقایسه صحت برخی روش‌های بیزی در استراتژی‌های مختلف ارزیابی ژنومی صفات آستانه‌ای
دانشجو:
حسن بانه
استادان راهنما:
دکتر قدرت الله رحیمی
دکتر اردشیر نجاتی جوارمی
استاد مشاور:
دکتر محمود هنرور
خرداد 1394

کلیه حقوق مادی مترتب بر نتایج مطالعات، ابتکارات
و نوآوری‌های ناشی از تحقیق موضوع این پایان‌نامه
متعلق به دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری است

تشکر و قدردانی
خداوند متعال را شاکرم که بنده حقير را در درياي ژرف و بيكران انديشه، قطره‌ای ساخت تا وسعت آن را از دريچه اندیشه‌های ناب آموزگاراني بزرگ به تماشا نشيند. اکنون‌که در سايه‌سار بنده‌نوازی‌هایش رساله حاضر به انجام رسيده است، بر خود لازم می‌دانم مراتب سپاس از بزرگواراني به‌جا آورم كه اگر دست ياريگرشان نبود اين پژوهش به انجام نمي‌رسيد. از استاد بزرگوار جناب آقای دکتر رحیمی كه همواره شاگردي ایشان برایم افتخار بوده و هست به خاطر مساعدت‌ها و مهربانی‌هایشان تشکر می‌کنم. از زحمات بی‌دریغ جناب آقای دکتر نجاتی که همواره صمیمانه پذیرای بنده بودند و با گشاده‌رویی به سؤالات بنده پاسخ می‌دادند بسیار سپاسگزارم. همچنین از جناب آقای دکتر محمود هنرور بابت راهنمایی‌های ارزنده‌شان تشکر می‌کنم. از اساتيد محترم و گران‌قدر از جناب آقایان دكتر حسن حافظيان، دكتر روح‌الله عبدالله پور و دكتر محسن قلی زاده كه زحمت داوري اين رساله را تقبل فرمودند صميمانه تشكر می‌کنم. همکلاسی‌های ارجمندم دكتر مظاهر صفدریان، دكتر فرهاد غفوری کسبی و دكتر بیژن سلیمانی كه آخرين مقطع تحصيلي را شيرين و پرخاطره نمودند و همواره مشوق و يار این‌جانب بوده‌اند صميمانه تشكر می‌کنم. از دوستان عزيز و عالي‌قدر مجتبی نجفی، رستم عبدالهي آرپناهي، شورش شريفي، محمد رزم کبیر، محمد رکوعی، شهرام نیک‌نفس، خه‌بات خسروي، سعيد شیوخی، محمد قادر زاده، سليمان جهانگيري، سامان امینی، شهاب سهرابي، سیما ساور سفلی كه هر يك به‌نوعی بنده را مراحل مختلف انجام اين پژوهش ياري نمودند تشكر و قدردانی می‌کنم. همچنين جا دارد مراتب سپاس خود را تقديم استاد عزیز Jose Fernando Garcia نمايم که موجبات اداري و مالي سفر کوتاه مطالعاتی این‌جانب را به برزیل فراهم نمودند. از استادان محترم MP Clus، de los Campus و VanRaden که با کمال متانت و در اسرع وقت به سؤالات بنده پاسخ دادند تشکر می‌کنم. از پدر و مادر عزيزم كه دلسوزانه برايم زحمت كشيدند، خواهران و برادرم، و خانواده محترم کهنه پوشی که همواره مشوق این‌جانب بودند صمیمانه قدردانی می‌کنم. سپاس آخر را به مهربان ياورم، همسر عزيزم، تقديم می‌کنم كه حضورش در فضاي زندگي مصداق بی‌ریای رفاقت است.
حسن بانه
خرداد 1394

چکیده
این مطالعه با هدف ارزیابی صحت روش‌های مختلف بیزی در پیش‌بینی ارزش‌های اصلاحی ژنومی صفات آستانه‌ای انجام شد. به همین منظور، ژنومی متشکل از سه کروموزوم هر یک به طول یک مورگان، و روی هر کروموزوم 2000 نشانگر چند شکل تک نوکلئوتیدی شبیه‌سازی شد. جمعیت پایه شامل 100 جفت بود که 50 نسل آمیزش تصادفی (جمعیت تاریخی) منجر به عدم تعادل لینکاژی (در سطح تقریباً 2/0) شد. نسل 51 که دارای اطلاعات فنوتیپی و ژنوتیپی بود به‌عنوان جمعیت مرجع در نظر گرفته شد و به‌منظور برآورد اثرات آللی استفاده شد. نسل‌های بعد که فقط دارای اطلاعات نشانگری بودند به‌عنوان جمعیت تایید در نظر گرفته شدند. اطلاعات فنوتیپی صفت نرمال در جمعیت مرجع با توجه به ارزش فنوتیپی فرد و نقاط آستانه به دو صفت آستانه‌ای زنده‌مانی (صفت یک آستانه) و تعداد همزادان (صفت دو آستانه) تبدیل گردید. سناریوهای مورد مطالعه به‌صورت ترکیبی از سطوح مختلف تعداد QTL (01/0، 05/0 و 1/0 تعداد کل نشانگر)، توزیع اثرات ژنی (توزیع نرمال، گاما و یکنواخت)، وراثت‌پذیری صفت (05/0، 1/0، 15/0 و 2/0) و اندازه جمعیت مرجع (250، 500، 1000، 2000 و 5000) بود. ارزش‌های اصلاحی ژنومی افراد جمعیت مرجع و تایید با استفاده از اثرات نشانگری برآورد شده توسط رگرسیون ریج بیزی (BRR)، بیز A (Bayes A)، بیز B (Bayes B)، بیز C (Bayes C) و بیز L (Bayes L) پیش‌بینی شد. همبستگی پیرسون بین ارزش‌های اصلاحی برآورد شده و واقعی به‌عنوان صحت پیش‌بینی هر سناریو در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که صحت پیش‌بینی تمام روش‌های مورد مطالعه (به دلیل تشابه ماهیت محاسباتی) به هم نزدیک بوده ولی در این میان روش‌های بیز A و بیز B توانستند نسبت به سایر روش‌ها، اثرات آللی را اندکی بهتر (3 تا 7 درصد) برآورد کنند. همچنین زمانی که توزیع اثرات ژنی به‌صورت گاما بود، صحت برآوردها اندکی بالاتر از توزیع‌های نرمال و یکنواخت بود. اما در این دو توزیع، برآوردهای تقریباً مشابهی به دست آمد. مقایسه نتایج حاصل از سطوح مختلف تعداد (درصد) QTL نشان داد زمانی که صفت به‌وسیله تعداد QTL بیشتری کنترل می‌شود ارزش‌های اصلاحی ژنومی با صحت بالاتری پیش‌بینی می‌شوند. در هر دو صفت، این افزایش در توزیع اثرات ژنی گاما، نمایان‌تر بود. با افزایش وراثت‌پذیری صفت، صحت برآورد اثرات آللی و متعاقب آن پیش‌بینی ارزش‌های اصلاحی ژنومی افزایش یافت. هرچند که تفاوت صحت‌های به‌دست‌آمده در ضرایب پایین (05/0 و 1/0) بیشتر بوده ولی در ضرایب بالاتر (15/0 و 2/0) این تفاوت کمتر بود. به‌طورکلی، صحت پیش‌بینی در سطوح مختلف وراثت‌پذیری بین 54/0 تا 84/0 (در صفت تعداد همزادان) و 41/0 تا 70/0 (در صفت زنده‌مانی) متغیر بود. همان‌طور که انتظار می‌رفت در هر دو صفت، با افزایش تعداد افراد جمعیت مرجع، صحت پیش‌بینی ارزش‌های اصلاحی ژنومی افزایش یافت. اما صحت پیش‌بینی‌ها در صفت زنده‌مانی، با افزایش تعداد مشاهدات در جمعیت مرجع نسبت به صفت تعداد همزادان، افزایش بیشتری نشان داد. با افزایش فاصله بین نسل‌های جمعیت مرجع و جمعیت تأیید، صحت پیش‌بینی‌ها کاهش یافت. اما صفت زنده‌مانی و روش‌های بیز A و بیز B دارای نرخ کاهش آهسته‌تری بودند. همچنین نتایج نشان داد که نرخ کاهش، مستقل از وراثت‌پذیری صفت و تعداد افراد جمعیت مرجع بوده و بیشتر تابع سطح عدم تعادل لینکاژی در جمعیت است. صحت استنباط ژنوتیپی با روش جنگل تصادفی نسبت به روش تصادفی تفاوت چشمگیری داشت. همچنین صحت استنباط ژنوتیپی به روش جنگل تصادفی با افزایش سطح عدم تعادل لینکاژی افزایش یافت. صحت ارزیابی ژنوتیپ‌های استنباط شده، در سطوح مختلف عدم تعادل لینکاژی، تفاوت چندانی نداشت. نتایج این مطالعه نشان داد که روش‌های بیزی، روش‌های قدرتمندی در پیش‌بینی ارزش‌های اصلاحی ژنومی بوده و استفاده از این روش‌ها، در سناریوهای مختلف ژنومی و جمعیتی، می‌تواند منجر به پیشرفت ژنتیکی چشمگیری در صفات آستانه‌ای شود. روش جنگل تصادفی تا سطح 70% ژنوتیپ ازدست‌رفته کارایی بالایی دارد اما صحت استنباط آن در سطوح بالاتر شدیداً کاهش پیدا می‌کند.
کلمات کلیدی: صفات آستانه‌ای، معماری ژنتیکی، ژنوم، روش‌های بیزی، جنگل تصادفی، استنباط ژنوتیپی.
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
TOC o “1-1” h z t “قسمت,3,بخش,2” فصل اول PAGEREF _Toc421465419 h 1مقدمه و کلیات PAGEREF _Toc421465420 h 11-1- مقدمه PAGEREF _Toc421465421 h 22-1- اهداف پژوهش PAGEREF _Toc421465422 h 4فصل دوم PAGEREF _Toc421465423 h 5بررسی منابع PAGEREF _Toc421465424 h 52-1- اهداف اصلاح نژاد PAGEREF _Toc421465425 h 62-2- روش‌های ارزیابی کلاسیک PAGEREF _Toc421465426 h 62-3- استفاده از منابع اطلاعاتی نشانگری PAGEREF _Toc421465427 h 72-4- انتخاب به کمک نشانگر PAGEREF _Toc421465428 h 82-5- چند شکلي‌هاي تک نوکلئوتيدي PAGEREF _Toc421465429 h 92-6- ميکرو تراشه‌های DNA PAGEREF _Toc421465430 h 92-7- انتخاب ژنومی PAGEREF _Toc421465431 h 102-8- مزایای انتخاب ژنومی PAGEREF _Toc421465432 h 132-9- روش‌هاي آماري پيش‌بيني ژنومي PAGEREF _Toc421465433 h 132-10- روش‌های بیزی در انتخاب ژنومی PAGEREF _Toc421465434 h 162-11- استنباط ژنوتيپي PAGEREF _Toc421465436 h 172-11-1- استنباط مبتني بر شجره PAGEREF _Toc421465437 h 182-11-2- استنباط مبتني بر ساختار جمعيت PAGEREF _Toc421465438 h 182-12- اصلاح نژاد ژنومي در گوسفند PAGEREF _Toc421465439 h 192-13- مروري بر نتايج برخي مطالعات انجام شده PAGEREF _Toc421465440 h 20فصل سوم PAGEREF _Toc421465441 h 26مواد و روش‌ها PAGEREF _Toc421465442 h 263-1- شبیه‌سازی ژنوم PAGEREF _Toc421465443 h 273-2- شبیه‌سازی جمعیت‌ها PAGEREF _Toc421465444 h 273-3- محاسبه عدم تعادل لینکاژی PAGEREF _Toc421465445 h 273-4- صفات مورد مطالعه PAGEREF _Toc421465446 h 283-5- سناریوهای مورد آزمایش PAGEREF _Toc421465447 h 293-5-1- توزیع اثرات QTL PAGEREF _Toc421465448 h 293-5-2- تعداد QTL PAGEREF _Toc421465449 h 293-5-3- وراثت‌پذیری صفت PAGEREF _Toc421465450 h 293-5-4- تعداد مشاهدات PAGEREF _Toc421465451 h 303-5-5- پایداری صحت پیش‌بینی‌ها PAGEREF _Toc421465452 h 303-6- روش‌های ارزیابی PAGEREF _Toc421465453 h 303-7- برآورد ارزش‌های اصلاحی ژنومی PAGEREF _Toc421465454 h 343-8- مقایسه صحت روش‌ها PAGEREF _Toc421465455 h 343-9- استنباط ژنوتیپی PAGEREF _Toc421465456 h 343-10-1-روش تخصیص تصادفی PAGEREF _Toc421465457 h 343-10-2- روش جنگل تصادفی PAGEREF _Toc421465458 h 353-11- صحت استنباط ژنوتیپ PAGEREF _Toc421465459 h 353-12- صحت پیش‌بینی ارزش‌های اصلاحی ژنومی حاصل از ژنوتیپ استنباط شده PAGEREF _Toc421465460 h 36فصل چهارم PAGEREF _Toc421465461 h 37نتایج PAGEREF _Toc421465462 h 374-1- سطح عدم تعادل لينکاژي PAGEREF _Toc421465463 h 384-2- صحت ارزيابي‌ها در سناريوهاي مختلف PAGEREF _Toc421465464 h 384-3- توزيع اثرات ژني PAGEREF _Toc421465465 h 394-4- تعداد QTL PAGEREF _Toc421465466 h 404-5- وراثت‌پذیری صفت PAGEREF _Toc421465467 h 414-6- تعداد افراد جمعیت مرجع PAGEREF _Toc421465468 h 444-7- پايداري صحت پيش‌بيني در نسل‌های جمعیت تايید PAGEREF _Toc421465469 h 454-8- استنباط ژنوتیپی PAGEREF _Toc421465470 h 48فصل پنجم PAGEREF _Toc421465471 h 50بحث و نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc421465472 h 505-1- بحث PAGEREF _Toc421465473 h 515-2- نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc421465474 h 605-3- پیشنهادها PAGEREF _Toc421465475 h 61منابع و ماخذ PAGEREF _Toc421465476 h 62

فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول 4-1- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی روش‌های مورد مطالعه در تعداد افراد مرجع و وراثت‌پذیری‌های مختلف 46

فهرست شکل‌ها
عنوان شماره صفحه
شکل 2-1- فرایند انتخاب ژنومی 12
شکل 4-1- تغییرات عدم تعادل لینکاژی در نسل‌های مختلف جمعیت تاریخی 38
شکل 4-2- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت تعداد همزادان با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در سه حالت توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 39
شکل 4-3- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت زنده‌مانی با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در سه حالت توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 40
شکل 4-4- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت تعداد همزادان با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در سه حالت توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 41
شکل 4-5- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت زنده‌مانی با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در سه حالت توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 42
شکل 4-6- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای تعداد همزادان با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در وراثت‌پذیری‌های مختلف و توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 43
شکل 4-7- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت زنده‌مانی با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در وراثت‌پذیری‌های مختلف و توزیع اثرات ژنی یکنواخت، نرمال و گاما 43
شکل 4-8- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت تعداد همزادان با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در تعداد افراد مرجع و وراثت‌پذیری‌های مختلف 44
شکل 4-9- صحت ارزش‌های اصلاحی ژنومی برای صفت زنده‌مانی با استفاده از روش‌های بیز A (BA)، بیز B (BB)، بیز C (BC)، بیز لاسو (BL)، رگرسیون ریج بیزی (BRR) در تعداد افراد مرجع و وراثت‌پذیری‌های مختلف 45
شکل 4-10- تابعیت صحت ارزش‌های اصلاحی روش‌های مورد مطالعه به نسل (صفت تعداد همزادان) 47
شکل 4-11- تابعیت صحت ارزش‌های اصلاحی روش‌های مورد مطالعه به نسل (صفت زنده‌مانی) 47
شکل 4-12- صحت استنباط ژنوتیپی با استفاده از روش‌های جنگل تصادفی و روش انتساب تصادفی در سطح مختلف عدم تعادل لینکاژی و درصدهای مختلف ژنوتیپ ازدست‌رفته 48
شکل 4-13- صحت ارزیابی ژنومی صفت تعداد همزادان در سطح مختلف عدم تعادل لینکاژی و درصدهای مختلف ژنوتیپ ازدست‌رفته استنباط شده با استفاده از روش‌های جنگل تصادفی و روش انتساب تصادفی. 49
شکل 4-13- صحت ارزیابی ژنومی صفت زنده‌مانی در سطح مختلف عدم تعادل لینکاژی و درصدهای مختلف ژنوتیپ ازدست‌رفته استنباط شده با استفاده از روش‌های جنگل تصادفی و روش انتساب تصادفی 49
فصل اول14533954862926مقدمه و کلیات1-1- مقدمههدف اصلی اصلاح نژاد، افزایش سودآوری تولیدکنندگان در راستای پاسخ به نیاز

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *