本發(fā)明屬于基因育種，尤其涉及一種快速匹配育種改良親本組合物、獲取方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、育種是提高作物產(chǎn)量的重要手段。常規(guī)育種手段主要利用性狀記錄值、基于系譜計(jì)算的個(gè)體間親緣關(guān)系，綜合考慮性狀差異進(jìn)行樣本的選擇。但在這過程中也存在很多問題，包括親本要存在表型差異，而往往判定表型存在差異是需要大量材料的表型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，這不僅需要很長的培育周期，還需要耗費(fèi)不少的人力。基因組信息很大程度上決定著表型的發(fā)展方向，因此可通過基因組直接對不同親本候選者的變異信息進(jìn)行匹配和組合來確定獲取優(yōu)質(zhì)目標(biāo)性狀子代潛力較大的最佳組合親本以避免大量的表型統(tǒng)計(jì)和較長的生長周期，此外已知功能位點(diǎn)代表性得到過驗(yàn)證，涵蓋這些位點(diǎn)很有必要。

2、優(yōu)勢位點(diǎn)需要被考慮。基因組上存在大量的變異信息，這些變異信息對不同的表型存在不同的效應(yīng)，因此通過gwas分析鑒定到的大量和表型相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記往往對表型有著更大的影響潛力。

3、位點(diǎn)間的搭載效應(yīng)具有很強(qiáng)的改良突破潛力，位于同一個(gè)block區(qū)域內(nèi)的位點(diǎn)往往處于很強(qiáng)的連鎖狀態(tài)，因此會出現(xiàn)一個(gè)優(yōu)勢的基因型可能搭載著多個(gè)劣勢的位點(diǎn)。通過不同材料間block的長短差異可以為染色體重組的變異提供打破連鎖的可能，使更多優(yōu)勢基因型在子代中聚集。

4、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：常規(guī)的育種手段是通過尋找具有明顯表型差異的個(gè)體作為育種親本，需要等待所有個(gè)體成熟同時(shí)基于大量表型記錄，這需要很長的時(shí)間和人力成本；而且現(xiàn)有技術(shù)育種效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開實(shí)施例提供了一種快速匹配育種改良親本組合物、獲取方法的應(yīng)用，具體涉及一種通過基因組的變異信息及相關(guān)表型的優(yōu)勢位點(diǎn)來尋找最佳改良親本的方法。本發(fā)明目的在于提供一種通過基因組的變異信息及相關(guān)表型的優(yōu)勢位點(diǎn)來尋找最佳改良親本的方法來快速匹配最佳育種改良親本，以此大大減少育種成本，加快育種進(jìn)程，為育種科學(xué)家提供全新的參考和指導(dǎo)。

2、所述技術(shù)方案如下：快速匹配育種改良親本組合物的獲取方法，該方法分析功能位點(diǎn)之間的基因型互補(bǔ)情況，結(jié)合每一個(gè)功能位點(diǎn)對表型的貢獻(xiàn)度pve以及不同分群/材料之間的block進(jìn)行評估，為親本組合時(shí)打破位點(diǎn)之間搭載效應(yīng)以此在子代中聚合更多優(yōu)勢基因型提供參考；具體包括以下步驟：

3、s1，獲取得到基礎(chǔ)snp標(biāo)記；

4、s2，基于收集的表型和獲取的基礎(chǔ)snp標(biāo)記進(jìn)行g(shù)was分析，并對和表型相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記進(jìn)行優(yōu)勢基因型的鑒定，構(gòu)建功能位點(diǎn)優(yōu)勢基因型庫；

5、s3，計(jì)算功能位點(diǎn)對表型的貢獻(xiàn)度pve，計(jì)算每一個(gè)材料或群體的連鎖區(qū)域block，構(gòu)建材料pve分值庫和block庫；

6、s4，基于優(yōu)勢基因型、功能位點(diǎn)的貢獻(xiàn)度pve、材料/群體的連鎖區(qū)域block進(jìn)行兩兩材料間的匹配組合，獲取每個(gè)材料的最佳組合親本。

7、在步驟s1中，獲取得到基礎(chǔ)snp標(biāo)記，包括：

8、所有樣本wgs測序數(shù)據(jù)使用fastp軟件質(zhì)控，得到有效數(shù)據(jù)，使用bwa軟件比對得到bam文件，使用gatk軟件進(jìn)行變異檢測得到snp標(biāo)記，基于深度，缺失率和最小等位基因頻率進(jìn)行過濾，得到基礎(chǔ)snp標(biāo)記。

9、在步驟s2中，在表型中，單株產(chǎn)量高和粒重表現(xiàn)高的基因型為優(yōu)勢基因型；株高在范圍內(nèi)表現(xiàn)低的基因型被判斷為優(yōu)勢基因型。

10、在步驟s2中，基于收集到的表型中，收集已知功能位點(diǎn)信息進(jìn)行表型分析；

11、構(gòu)建功能位點(diǎn)優(yōu)勢基因型庫，包括：根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及gwas結(jié)果，對材料的每個(gè)性狀相關(guān)基因型位點(diǎn)進(jìn)行評分，優(yōu)勢等位基因型評分為1，劣勢等位基因評分為-1；按照每個(gè)位點(diǎn)的順序以及分值情況，每個(gè)樣本形成一個(gè)基因型分值矩陣；最終所有樣本材料共同組成功能位點(diǎn)優(yōu)勢基因型庫。

12、在步驟s3中，計(jì)算功能位點(diǎn)對表型的貢獻(xiàn)度pve進(jìn)行分析，包括：使用軟件r包lme4計(jì)算功能位點(diǎn)對表型的貢獻(xiàn)度pve進(jìn)行分析；

13、構(gòu)建材料pve分值庫，包括：獲取每個(gè)材料對應(yīng)的每個(gè)功能位點(diǎn)pve值后，根據(jù)位置信息，將各個(gè)樣本的功能位點(diǎn)相關(guān)的pve值以json形式存儲為pve分值庫。

14、在步驟s3中，構(gòu)建材料pve分值庫和block庫，包括：使用plink軟件計(jì)算每一個(gè)材料或群體的連鎖區(qū)域block；

15、構(gòu)建block庫包括：根據(jù)plink軟件計(jì)算得到的連鎖區(qū)域block，結(jié)合功能位點(diǎn)位置信息，對每一個(gè)樣本每一個(gè)功能位點(diǎn)設(shè)置block標(biāo)識矩陣作為block庫；即若兩個(gè)功能位點(diǎn)處于連鎖位置，則該兩個(gè)位點(diǎn)對應(yīng)的block庫的位置為1，若不連鎖，則設(shè)為0。

16、在步驟s4中，基于優(yōu)勢基因型、功能位點(diǎn)的貢獻(xiàn)度pve、材料/群體的連鎖區(qū)域block進(jìn)行兩兩材料間的匹配組合，包括：

17、根據(jù)構(gòu)建的優(yōu)勢等位基因型庫、pve分值庫、block庫；使用python?numpy第三方庫，進(jìn)行向量化計(jì)算，獲取目標(biāo)樣本功能位點(diǎn)分值矩陣與內(nèi)建庫所有樣本兩兩比對后得到的最佳組合親本；

18、獲取每個(gè)材料的最佳組合親本，包括：

19、s401，評價(jià)分值體系，功能位點(diǎn)分值與對應(yīng)位置的pve值相乘作為位點(diǎn)對表型影響最終效應(yīng)值；

20、s402，位點(diǎn)重組邏輯，選取出分值大的作為子代對應(yīng)位置的分值；

21、s403，評價(jià)最佳組合親本，將每個(gè)組合得到的子代最佳的分值和作為該組合最終的評分，在執(zhí)行對庫內(nèi)所有樣本兩兩組合計(jì)算后，獲取評分最高的幾個(gè)組合，這幾個(gè)組合作為育種的最佳親本組合，進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)育種。

22、在步驟s402中，位點(diǎn)重組邏輯，選取出分值大的作為子代對應(yīng)位置的分值，包括：對于兩兩比對的樣本，對每一段區(qū)域進(jìn)行遍歷，若該區(qū)域相互不為連鎖，則判斷該兩組組合得到子代的分值為分值大的哪個(gè)分值；若該區(qū)域兩個(gè)樣本均連鎖，且連鎖長度一致，則判斷連鎖區(qū)域內(nèi)位點(diǎn)分值總和大的一方作為子代在這個(gè)區(qū)域的分值；若一方連鎖，另一方不連鎖或連鎖區(qū)域不一致，則根據(jù)交叉片段情況，打破連鎖，以交叉部分最小片段為單位進(jìn)行兩個(gè)樣本連鎖區(qū)域的打破，打破后分別計(jì)算拆分后各個(gè)子區(qū)域的分值總和，選取分值大的一方作為子代對應(yīng)位置的分值。

23、本發(fā)明的另一目的在于提供一種快速匹配育種改良親本組合物，實(shí)施所述快速匹配育種改良親本組合物的獲取方法獲取而得。

24、本發(fā)明的另一目的在于提供一種在基因組信息育種不需等待成熟判斷基因組情況并對育種潛力進(jìn)行評估上的應(yīng)用，應(yīng)用所述快速匹配育種改良親本組合物的獲取方法篩選獲得改良親本組合物

25、結(jié)合上述的所有技術(shù)方案，本發(fā)明所具備的有益效果為：

26、本發(fā)明大大縮短育種周期和成本，本發(fā)明通過基因組信息育種，不需要等待成熟即可判斷基因組情況并對其育種潛力進(jìn)行評估，有效減少育成成本。此外，基因組的變異信息決定的表型往往更能穩(wěn)定遺傳，因此通過基因組育種更能快速獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)質(zhì)表型。

27、打破搭載效應(yīng)，提供更多的育種可能：本發(fā)明基于gwas分析鑒定到的大量與表型相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記，除了對其進(jìn)行貢獻(xiàn)度的評估（pve），還根根據(jù)不同材料或群體的block（連鎖區(qū)段）進(jìn)行匹配，尋找可能突破的連鎖，實(shí)現(xiàn)更多有利基因型聚合的狀態(tài)。

28、快速組配模式，可將大量材料的基因型信息進(jìn)行分析和構(gòu)建數(shù)據(jù)基礎(chǔ)庫，基于pve、block、優(yōu)勢基因型等信息快速找出與被改良個(gè)體匹配的最佳親本組合，大大提高育種效率。