一种基于多元猪育种体系的综合选择指数制定及遗传进展预测方法

本发明属于猪育种，具体涉及一种基于多元猪育种体系的综合选择指数制定及遗传进展预测方法。

背景技术：

1、在猪的育种中，通常需要对多个性状同时进行遗传改良，综合选择指数能综合考虑候选个体多个性状的优缺点，并最大化经济效益，因此被广泛使用。

2、综合选择指数是一个线性方程，由各性状的估计育种值（ebv）和经济权重（w）相乘之和组成。综合选择指数表示如下：

3、

4、其中，代表第个性状的经济权重，代表第个性状的估计育种值。

5、估计育种值可以通过blup（最佳线性无偏估计）、gblup（基因组最佳线性无偏估计）等算法获得，并具有成熟的计算工具。性状经济权重表示为性状经济值与性状表现贴现值的乘积，尚缺少通用的计算工具。

6、目前，在制定猪的综合选择指数时，通常采用为终端商品猪生产体系建立生物经济学模型的方法，计算综合选择指数中各性状的经济权重。该方法的具体实现综合考虑繁殖母猪从使用到全部淘汰的生产过程和子代商品猪的从出生到出售的全部过程，并基于该过程建立一个生物经济学模型。然后根据该模型考虑整个生产过程中的成本和收入，计算整个生产流程的总利润，进而计算获得各性状的边际经济值。然后将性状的边际经济值作为经济权重计算综合选择指数，通常缺乏性状表现贴现值的计算。

7、在现有技术中，为终端商品猪生产体系建立生物经济学模型的方法没有综合考虑不同猪育种体系的复杂性（如纯系育种体系、二元杂交体系、三元杂交体系等），缺乏使用基因流动法计算性状的性状表现贴现值，以衡量不同性状表达的频率和时间对性状经济值的影响，并缺乏通用的包含所有选择指数计算过程的对于用户友好的方法和技术，这将对经济权重的准确性造成一定影响。同时无法对育种者较为关心的综合选择指数的预期遗传进展进行预测，增加了育种过程中的风险，给猪的综合选择指数制定及遗传进展预测带来了阻碍。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种基于多元猪育种体系的综合选择指数制定及遗传进展预测方法，以综合考虑不同猪育种体系的复杂性，制定适用于不同育种体系的生物经济学模型和综合选择指数方法，并依据计算结果对遗传进展进行预测，提高猪综合选择指数制定的科学性和合理性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于多元猪育种体系的综合选择指数制定及遗传进展预测方法，其特征在于包括如下步骤：

3、1）使用生物经济学模型方法建立终端商品猪生产体系、纯系育种体系、二元杂交体系和三元杂交体系四种生物经济学模型；

4、2）根据生猪的生长过程及育种需求，选择与经济密切相关的生长性状、繁殖性状及胴体性状作为育种目标性状；

5、3）基于所建立的生物经济学模型构造不同体系的总利润方程，以计算性状边际经济值，其中，终端商品猪生产体系总利润表示为：；

6、纯系育种体系、二元杂交体系和三元杂交体系的总利润方程表示为：；

7、在建立好各模型的总利润方程后，根据目标性状的种群均值计算边际经济值，目标性状的边际经济值表示为该性状变化一个单位时利润的改变量，边际经济值计算公式为：；

8、表示边际经济值，表示目标性状均值，表示性状均值提高0.1%时的利润，表示性状均值降低0.1%时的利润，在这种情况下，目标性状的边际经济值近似等于偏导数计算结果，进而获得目标性状的边际经济值；

9、4）采用基因流动法计算性状表现贴现值；

10、5）建立性状经济值敏感性分析方法，将生物经济学模型中需要的饲料价格参数、非饲料价格参数和出售价格参数依次提高10%，20%，30%，40%，50%，重复使用前述生物经济学模型和经济值计算方法计算在提高不同价格百分比情况下性状的经济权重，以比较市场价格参数变化对经济权重的影响；

11、6）在获得性状经济权重后，根据目标性状的遗传标准差计算性状的相对经济权重和标准化选择指数，相对经济权重计算公式如下：；

12、；

13、其中，为性状i的标准化经济权重，为性状i的遗传标准差，为性状i的相对经济权重；

14、然后计算综合选择指数：

15、；

16、其中，为标准化选择指数的平均值，为所选择性状的方差协方差矩阵，为性状的经济权重向量，为标准化选择指数的标准差；

17、7）建立长期遗传进展预测方法：为模拟猪选择育种过程，首先使用qmsim软件模拟生成基因型数据，然后对基因型数据预处理，去除纯合位点以获得所需数据，然后以基因型数据为基础建立种猪模拟选择过程，该过程根据实际生产中种猪选育过程构建，并以种群遗传参数和综合选择指数作为输入参数，构建初始代个体的加性效应值，然后模拟选择下一代个体，并根据选择结果生成下一代个体的基因型数据，利用基因型数据计算后代的育种值和综合选择指数，在每一代中均选择综合选择指数最高的个体作为后代，每代个体的数量默认为3000头，公母比为1:1，所有代的育种值和综合选择指数在计算中存储，模拟选择完成后计算未来十代个体性状育种值和综合选择指数。

18、在步骤1）中，建立终端商品猪生产体系生物经济学模型步骤如下：1.将繁殖母猪繁殖过程的每个胎次划分为一个周期，每个周期化分为授精、妊娠、分娩、哺乳、交配间隔这五个过程；2.根据初始母猪数量及不同过程的死亡率和淘汰率计算得到所有过程的猪只数量，得到猪只数量变化情况；3.根据不同周期繁殖母猪数量、窝产仔数、窝产活仔数得到后代仔猪数量；4.将后代仔猪的生长过程分为哺乳期、保育期和育肥期三个不同的生长阶段，根据实际养殖过程，将保育期和育肥期分别划分为一至三个不同的阶段，根据不同阶段的死亡率计算得到不同阶段的后代数量；5.根据母猪各过程的数量和饲养过程中生长情况、管理成本、饲料成本和繁殖成本计算得到母猪所需成本和母猪淘汰收入；6.根据仔猪各阶段数量和各阶段的饲料成本、管理成本、生产性能和出售价格计算仔猪所需生长成本和出售收入；7.根据各环节成本和收入获得模型总收入和总成本。

19、在步骤1）中，建立纯系育种体系生物经济学模型步骤如下：1.将繁殖母猪繁殖过程的每个胎次划分为一个周期，每个周期化分为授精、妊娠、分娩、哺乳、交配间隔这五个过程，将繁殖母猪从转入后备母猪开始到第一次授精开始之间的间隔划分为生长过程；2.将后代仔猪的生长过程分为哺乳期、保育期和育肥期三个不同的生长阶段，根据实际养殖过程，将保育期和育肥期分别划分为一至三个不同的阶段；在育肥期，根据后代仔猪的生长性能，将较为优质的后代划分为繁殖组，进行生长性能测定选育工作，部分生长性能较差的后代划分为育肥组，两组在不同的育肥单元进行饲养；3.将繁殖母猪的后备猪来源设定为来自后代中较为优秀的猪转入，或者从模型外的种群购买，其余后代以多种形式出售；4.根据初始母猪数量及不同过程的死亡率和淘汰率计算得到所有过程的繁殖母猪数量，根据不同周期繁殖母猪数量、窝产仔数、窝产活仔数和不同阶段的死亡率计算得到不同阶段的后代数量；5.根据母猪各过程的数量和饲养过程中生长情况、管理成本、饲料成本和繁殖成本计算得到母猪所需成本和母猪淘汰收入；6.根据仔猪各阶段数量和各阶段的饲料成本、管理成本、生产性能和出售价格计算仔猪所需生长成本和出售收入，其中后代出售可分为种猪出售、商品猪屠宰出售不同的形式；7.根据各环节成本和收入获得模型总收入和总成本。

20、在步骤1）中，建立二元杂交体系生物经济学模型步骤如下：1.将二元杂交体系划分为两个纯系品种和用于生产杂交后代的繁殖群，共三个种群，其中两个纯系品种一个为母系品种，一个为父系品种，均使用人工授精技术进行繁殖；2.在三个种群中，将繁殖母猪繁殖过程的每个胎次划分为一个周期，每个周期化分为授精、妊娠、分娩、哺乳、交配间隔这五个过程，将繁殖母猪从转入后备母猪开始到第一次授精开始之间的间隔划分为生长过程；3.将后代仔猪的生长过程分为哺乳期、保育期和育肥期三个不同的生长阶段，根据实际养殖过程，将保育期和育肥期分别划分为一至三个不同的阶段；在两个纯系品种的育肥期，根据后代仔猪的生长性能，将较为优质的后代划分为繁殖组，可进行生长性能测定选育工作，部分生长性能较差的后代划分为育肥组，两组可在不同的育肥单元进行饲养，繁殖群则无此划分；4.在两个纯系品种中，将繁殖母猪的后备猪来源设定为来自后代中较为优秀的猪转入，或者从模型外的种群购买，允许部分后代出售，繁殖群中繁殖母猪的后备猪来源设定为来自母系品种后代；5.根据初始母猪数量及不同过程的死亡率和淘汰率计算得到所有过程的繁殖母猪数量，根据不同周期繁殖母猪数量、窝产仔数、窝产活仔数和不同阶段的死亡率计算得到不同阶段的后代数量；6.根据母猪各过程的数量和饲养过程中生长情况、管理成本、饲料成本和繁殖成本计算得到母猪所需成本和母猪淘汰收入；7.根据仔猪各阶段数量和各阶段的饲料成本、管理成本、生产性能和出售价格计算仔猪所需生长成本和出售收入，其中后代出售可分为种猪出售、商品猪屠宰出售不同的形式；8.根据各环节成本和收入获得模型总收入和总成本。

21、在步骤1）中，建立三元杂交体系生物经济学模型步骤如下：1.将三元杂交体系划分为三个纯系品种和两个用于生产杂交后代的繁殖群，共五个种群，其中三个纯系品种包括母系品种，第一父系品种和终端父系品种，两个繁殖群包括生产二元杂交后的繁殖群a和生产三元杂交后代的繁殖群a×b，均使用人工授精技术进行繁殖；2.在五个种群中，将繁殖母猪繁殖过程的每个胎次划分为一个周期，每个周期化分为授精、妊娠、分娩、哺乳、交配间隔这五个过程，将繁殖母猪从转入后备母猪开始到第一次授精开始之间的间隔划分为生长过程；3.将后代仔猪的生长过程分为哺乳期、保育期和育肥期三个不同的生长阶段，根据实际养殖过程，将保育期和育肥期分别划分为一至三个不同的阶段；在三个纯系品种的育肥期，根据后代仔猪的生长性能，将较为优质的后代划分为繁殖组，可进行生长性能测定选育工作，部分生长性能较差的后代划分为育肥组，两组可在不同的育肥单元进行饲养，繁殖群则无此划分；4.在三个纯系品种中，将繁殖母猪的后备猪来源设定为来自后代中较为优秀的猪转入，或者从模型外的种群购买，允许部分后代出售；繁殖群a中繁殖母猪的后备猪来源设定为来自母系品种后代，繁殖群a×b中繁殖母猪的后备猪来源设定为来自繁殖群a后代；5.根据初始母猪数量及不同过程的死亡率和淘汰率计算得到所有过程的繁殖母猪数量，根据不同周期繁殖母猪数量、窝产仔数、窝产活仔数和不同阶段的死亡率计算得到不同阶段的后代数量；6.根据母猪各过程的数量和饲养过程中生长情况、管理成本、饲料成本和繁殖成本计算得到母猪所需成本和母猪淘汰收入；7.根据仔猪各阶段数量和各阶段的饲料成本、管理成本、生产性能和出售价格计算仔猪所需生长成本和出售收入，其中后代出售可分为种猪出售、商品猪屠宰出售不同的形式；8.根据各环节成本和收入获得模型总收入和总成本。

22、在步骤2）中，所述生长性状包括仔猪断奶平均重量、断奶前平均日增重、保育期结束体重、保育期平均日增重、育成期平均日增重、育成期天数、终生平均日增重、达目标体重日龄、保育期饲料转化率、育成期饲料转化率、保育期存活率及育成期存活率。

23、在步骤2）中，所述繁殖性状包括总产仔数、窝产活仔数、断奶仔猪数、出生时存活率、断奶前存活率、后备母猪首次交配日龄、平均受孕率、断奶到受孕间隔及母猪平均生产寿命。

24、在步骤2）中，所述胴体性状包括屠宰率、瘦肉率、背膘厚、眼肌深度及眼肌面积。

25、步骤4）包括如下步骤：首先根据不同养殖体系的结构，以半年为时间单位，将家畜划分为不同的年龄-性别组，并构建相应的传输矩阵p，其中行表示时间为t的所有年龄-性别组，列表示时间为t-1的所有年龄-性别组，每一行的元素都满足和为1，该矩阵描述了家畜的生长繁殖过程，然后定义向量m以计算在每个年龄-性别组中基因的传递过程，公式如下：

26、

27、为每个性状定义一个实现向量h，其元素表示给定性状在不同年龄-性别组中表达的数量占母猪总数的比例，并假设性状实现向量h保持不变，利用下式计算性状表现贴现值:

28、

29、式中，表示性状i在性别组j中的性状表现贴现值，d为育种投资期，为性状i的实现向量，为性别组j在t时刻的基因概率向量，r为贴现因子，t为性状表达的时间；

30、然后将性状表现贴现值与性状的边际经济值相乘，获得性状的经济权重：

31、

32、其中为性状i的经济权重，为性状i的边际经济价值；在二元杂交体系和三元杂交体系中，同时对两个或三个品种的经济权重进行计算，同时获得多个品种的经济权重。

33、本发明的有益效果是：本发明为选择出的合适的生物经济学模型确定育种目标并制定综合选择指数，满足生产企业绝大多数情况下的综合选择指数计算需求，同时本发明提供长期遗传进展预测方法，可以提前为育种计划的预期成果提供参考，为减少育种目标的错误选择和选择指数的科学制定提供帮助，有助于加快猪的遗传改良。