Lenarcic, A.B., Svenson, K.L., Churchill, G.A., and Valdar, W. 2012. General Bayesian approach to analyzing diallel crosses of inbred strains. Genetics 190(2): 413–435. doi:10.1534/genetics.111.132563.

摘要

經(jīng)典的diallel采取一組父母，并從所有可能的交配對(duì)產(chǎn)生后代蒜焊。后代中的表型值可以與其各自的親本相關(guān)聯(lián)龄糊。當(dāng)父母是二倍體的，有性別的和近交的時(shí)候，雙列可以表征遺傳背景對(duì)表型的總體影響妻怎，揭示菌株劑量箫锤，雜種優(yōu)勢(shì)，親本來(lái)源僚焦，上位性和其性別特異性形式的影響锰提。然而，其分析傳統(tǒng)上錯(cuò)綜復(fù)雜芳悲，無(wú)計(jì)劃的缺失信息立肘，對(duì)不平衡的高度敏感，使得雙列對(duì)許多遺傳學(xué)家無(wú)法接近名扛。盡管如此谅年，不平衡和不完整的diallel經(jīng)常出現(xiàn)，盡管是無(wú)意識(shí)地肮韧，作為收集F1數(shù)據(jù)的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的副產(chǎn)品融蹂，例如試驗(yàn)研究或多種繁殖努力旺订，例如Collaborative Cross或擬南芥MAGIC系列。我們提出了一個(gè)通用的貝葉斯模型殿较，用于分析雌雄異株二倍體近交系的雙列數(shù)據(jù)耸峭，將觀察到的變異模式干凈地分解成生物直觀成分，同時(shí)模型和適應(yīng)異常值淋纲，并提供由于不平衡劳闹、缺失數(shù)據(jù)、樣本量小導(dǎo)致的不確定性而自動(dòng)包含不確定性的效應(yīng)的收縮估計(jì)洽瞬。我們進(jìn)一步提出了一個(gè)模型選擇程序本涕，用于衡量是否將這些組件納入預(yù)測(cè)模型的證據(jù)。我們通過(guò)模擬評(píng)估我們的方法伙窃，并將其應(yīng)用于關(guān)于創(chuàng)建者和Collaborative Cross 的F1的不完整雙列數(shù)據(jù)菩颖，強(qiáng)健地表征了48種表型的遺傳結(jié)構(gòu)。

diallel是遺傳學(xué)中最古老的設(shè)計(jì)之一为障，其分析非常復(fù)雜晦闰。前提是簡(jiǎn)單的：給予一組J父母，從所有JxJ互惠雜交產(chǎn)生和表型后代鳍怨，并從這些數(shù)據(jù)估計(jì)遺傳參數(shù)呻右，表征親代基因組和性別如何影響表型變異。使用這種設(shè)計(jì)鞋喇，可以估計(jì)平均父母對(duì)表型的影響以及與其他父母的特定組合的影響声滥。當(dāng)親本是近交系時(shí)，也可以估計(jì)親本效應(yīng)侦香。盡管在diallel中包含了大量的信息落塑，但在實(shí)踐中阻礙了它的使用。關(guān)于估計(jì)參數(shù)的解釋的爭(zhēng)議已經(jīng)與關(guān)于分析方法本身的爭(zhēng)議不可避免地混淆在一起罐韩，并且討論文獻(xiàn)中的大部分被沉浸在潛在用戶不熟悉的術(shù)語(yǔ)中憾赁。事實(shí)上，對(duì)于局外人來(lái)說(shuō)伴逸，這個(gè)diallel是作為一個(gè)奧秘的難題出現(xiàn)的缠沈，或許是為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)而最好的避免。
這個(gè)diallel起源于動(dòng)物和植物育種错蝴，作為從育種的角度來(lái)看，你應(yīng)該通過(guò)它的后代的表型來(lái)判斷一個(gè)人的價(jià)值（克里斯蒂和沙特克1992年及其中的參考文獻(xiàn)）颓芭。它最初被Schmidt（1919）定義為所有可能的J2成對(duì)雜交的集合顷锰，并且后來(lái)被Jinks和Hayman（1953）引入主流遺傳學(xué)文獻(xiàn)。在接下來(lái)的十年里亡问，這個(gè)diallel定義迅速擴(kuò)展到包含J之間的任何一組F1官紫。 2位家長(zhǎng)肛宋，引起了一群活躍的定量遺傳學(xué)家的注意，他們繼續(xù)研究設(shè)計(jì)和分析的一系列細(xì)節(jié)束世。最簡(jiǎn)單和最流行的分析是Griffing（1956）酝陈。如果hjk是親本j與親本k的交叉的平均表型或預(yù)測(cè)值，那么親本效應(yīng)可以被建模為
其中m是截距毁涉，gj是父母j的主效應(yīng)沉帮，sjk是j和k的統(tǒng)計(jì)互動(dòng)，即父母j和k的特定配對(duì)引起的組合主效應(yīng)的偏差贫堰。繼斯普拉格和塔特姆（1942）提出并在整個(gè)雙語(yǔ)文獻(xiàn)中使用的術(shù)語(yǔ)之后穆壕，gj是父親j的廣義組合能力（GCA），而sjk是父母j和k的特定組合能力（SCA）其屏。 GCA捕獲加性遺傳學(xué)的綜合影響喇勋，而SCA則反映導(dǎo)致偏離加性的總遺傳效應(yīng)，如顯性和上位性偎行。
已經(jīng)提出了許多對(duì)Griffing模型的擴(kuò)展川背，以從雙列中提取更微妙的效應(yīng)。 （Hayman蛤袒，1957; Gardner和Eberhart熄云，1966）將其分解為互惠效應(yīng)（Griffing，1956）汗盘，進(jìn)一步將其分解為母體和父本效應(yīng)（Cockerham和Weir皱碘，1977; Zhu和Weir，1996）和與其性相關(guān)的變體（Carbonell等隐孽，1983）癌椿。相反，對(duì)獲得少于J2十字架的GCA的興趣激發(fā)了設(shè)計(jì)的變體菱阵，例如半雙列（Griffing 1956）和部分雙列（Kempthorne and Curnow 1961）等等（參見(jiàn)Christie and Shattuck 1992; Lynch and Walsh 1998）踢俄，它們本身也導(dǎo)致了技術(shù)創(chuàng)新（如Greenberg等，2010）晴及。
關(guān)于從diallel估計(jì)的參數(shù)的確切含義的不一致都办，給他們的解釋提出了一個(gè)理論上的絆腳石。親本可以是自交系虑稼，獨(dú)立的雜交種群（如開(kāi)放授粉的玉米品種）或遠(yuǎn)交的個(gè)體（Eberhart和Gardner琳钉，1966）。他們可能是故意選擇的蛛倦，隨機(jī)抽樣的歌懒，或者是這些的妥協(xié)。試驗(yàn)的目的可以是推斷父母本身溯壶，每個(gè)父母代表的人群及皂，還是所有父母都從中得到的更廣泛的人群甫男。對(duì)這些因素的綜合考慮是通過(guò)1950年至1970年的大部分基礎(chǔ)性diallel進(jìn)行的，并且一直是爭(zhēng)議的來(lái)源（Baker验烧，1978; Wright板驳，1985）。
一個(gè)更實(shí)際的絆腳石來(lái)自估計(jì)來(lái)自不完整碍拆，不平衡或被異常值污染的diallel數(shù)據(jù)的參數(shù)的困難若治。雖然有意識(shí)地建立了一些diallel雜交，但在多親本育種計(jì)劃中倔监，作為中間階段的副產(chǎn)品出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的雜交直砂。這樣的偶然撥號(hào)可以包含有價(jià)值的信息，但是它們經(jīng)常雜亂無(wú)章的缺失模式使得它們與經(jīng)過(guò)充分研究的設(shè)計(jì)不完美匹配浩习。對(duì)于許多不完整的diallel静暂，目前還不清楚如何在不丟棄觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況下分析數(shù)據(jù)，大大減少推斷的范圍或做出其他重大的妥協(xié)谱秽。
即使傳統(tǒng)分析方法適用于設(shè)計(jì)洽蛀，關(guān)于哪些參數(shù)（例如明顯的顯性模型，SCA等）應(yīng)該被包括在模型中的選擇可以改變對(duì)其他參數(shù)的估計(jì)和解釋疟赊。通過(guò)對(duì)個(gè)別術(shù)語(yǔ)的重要性測(cè)試進(jìn)行模型選擇的選擇（在較老的文獻(xiàn)中經(jīng)常提出）提供了一些指導(dǎo)郊供，但不令人滿意，因?yàn)樗膮?shù)是以忽略模型選擇中的不確定性的方式估計(jì)的近哟。我們認(rèn)為任何先驗(yàn)合理的效應(yīng)都應(yīng)該被排除在建模之外驮审，這似乎是人為的，與現(xiàn)代的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)推斷方法（例如Gelman and Hill吉执，2007）不同步疯淫。
我們提出了一種通用而有效的雙列雜交分析方法，并將其應(yīng)用于從建立協(xié)作雜交中偶然發(fā)現(xiàn)的不完整八菌株中收集的48種表型的數(shù)據(jù)集（Churchill等人2004; Chesler等人al戳玫。2008; Collaborative Cross Consortium 2012）熙掺。我們的分析方法提供了一個(gè)推理框架，對(duì)于設(shè)計(jì)中的不平衡咕宿，缺少數(shù)據(jù)和異常值是強(qiáng)大的币绩。我們模擬了廣泛的效應(yīng)，包括加性府阀，雜種優(yōu)勢(shì)缆镣，上位性，親本起源和性別特異性變異试浙。這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)重要的目標(biāo)费就。首先是對(duì)模型參數(shù)的熟悉和不斷的解釋。二是通過(guò)分層貝葉斯收縮和模型選擇實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定一致的估計(jì)和預(yù)測(cè)川队。