【原】如何從遺傳力的角度來(lái)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

展開(kāi)全文

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

其實(shí)咱們常說(shuō)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(yīng)位點(diǎn)，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(xué) GS，本質(zhì)也是為了 “找全遺傳力”。

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

1，先看張 Nature 圖：遺傳力為啥會(huì) “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(xué)家就是偵探，手里的工具是生物統(tǒng)計(jì)、基因測(cè)序、數(shù)量遺傳；
目標(biāo)只有一個(gè)：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(bào)酬可不是小數(shù) —— 育種里的選擇準(zhǔn)確性、選擇響應(yīng)會(huì)直接提升，相當(dāng)于給育種裝上 “加速器”！

2，舉個(gè)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(xué)里的經(jīng)典問(wèn)題 —— 簡(jiǎn)單說(shuō)就是：實(shí)際的遺傳力（比如家系里測(cè)出來(lái)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(gè)直觀的例子：比如人類身高的 “總遺傳力”（家系里測(cè)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(guān)的 SNP” 只能解釋 35% 的變異（對(duì)應(yīng)h2_GWAS=0.35）—— 這就丟了 45% 的遺傳力；后來(lái)用基因組選擇（GBLUP），拿芯片全 SNP 算，能解釋 64% 的變異（對(duì)應(yīng)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(xì)點(diǎn)：消失的遺傳力，其實(shí)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(xì)分：

Total heritability，是實(shí)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(jì)的遺傳力，對(duì)應(yīng)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(guān)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(cè)的遺傳變異” 對(duì)表型的加性遺傳貢獻(xiàn)（屬于狹義遺傳力范疇）。其核心計(jì)算方法是基于基因組關(guān)系矩陣（GRM）的約束最大似然（GREML）方差組分估計(jì)是通過(guò)REML估計(jì)的遺傳力，使用的是全部SNP數(shù)據(jù)，比如GCTA、asreml中的GBLUP，估計(jì)的遺傳力都屬于此，對(duì)應(yīng)的是SNP遺傳力. h2_snp
Heritability due to known variants，是GWAS分析中顯著的SNP估計(jì)的遺傳力，對(duì)應(yīng)的是PVE（解釋百分比），對(duì)應(yīng)的是GWAS遺傳力,h2_gwas

一般我們認(rèn)為消失的遺傳力為：

但是它還可以進(jìn)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(jì)算公式是，它的來(lái)源是GWAS無(wú)法捕捉到的變異，比如CNV，SV等，以通過(guò)增加變異來(lái)源（CNV，SV，PVA），稀有變異來(lái)解決，（泛基因組的應(yīng)用）。
第二部分：Hiding heritability，是隱藏的遺傳力，它的計(jì)算公式是，它主要是由于目前的統(tǒng)計(jì)方法導(dǎo)致一些效應(yīng)小的位點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)（假陰性），可以通過(guò)增加樣本量來(lái)降低這部分的值。

4，關(guān)鍵問(wèn)題：怎么用這兩類 “消失的遺傳力” 提升育種效率？

育種里有個(gè)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(gè)基礎(chǔ)準(zhǔn)則：

高遺傳力（比如百粒重，h2=0.95）：不用分子標(biāo)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(zhǔn)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€(gè)大效應(yīng)位點(diǎn)輔助；
低遺傳力：必須靠 GS（GBLUP、ssGBLUP），用全基因組信息堆準(zhǔn)確性。

而 “找回來(lái)消失的遺傳力”，本質(zhì)是把 “不可利用的遺傳力” 變成 “可利用的”—— 這樣選擇準(zhǔn)確性會(huì)提升，選擇效率自然就高了。

具體怎么做？對(duì)應(yīng)前面兩類 “消失的遺傳力”，有兩個(gè)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(méi)覆蓋的 SV、CNV、稀有變異都挖掘出來(lái)。

用在 MAS 上：能找到更準(zhǔn)的 “因果位點(diǎn)”，輔助選擇更有效；
用在 GS 上：把這些新變異加進(jìn) GRM（基因組關(guān)系矩陣），GBLUP 的估計(jì)準(zhǔn)確性會(huì)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(kuò)大參考群的數(shù)量（從 1000 份擴(kuò)到 5000 份），GWAS 里增加樣本量（從 2000 個(gè)加到 1 萬(wàn)個(gè)）。數(shù)據(jù)量上去了，統(tǒng)計(jì)方法能 “抓” 到更多小效應(yīng)位點(diǎn)，假陰性減少，h2_GWAS會(huì)更接近h2_SNP—— 選擇時(shí)能用到的遺傳信息就更多了。