前言

目前, 基因組選擇進入了一個高速發展的階段, 各種新的算法和模型被提出, 這里對基因組選擇的軟件進行一個匯總

大綱

• 1, 調查背景及目的
• 2, 調查方法介紹
• 3, 主要軟件匯總
• 4, 基因組軟件介紹:單機版
• 5, 基因組軟件介紹: R語言版
• 6, 結論及建議

1. 調查背景及目的

全基因組選擇需要選擇合適的分析軟件，本次調查為了解相關軟件應用的整體情況，為選擇合適的軟件提供決策。

本次軟件調查基于BLUP的方法，貝葉斯方法由于速度的限制，不做考慮。基于BLUP的方法，在速度、準確性和無偏性測試中比較穩健，因此選擇基于BLUP的軟件。

2. 調查分析方法介紹

選擇軟件主要來源于以下三個方面:

• 文獻檢索
• 通過客戶和朋友了解
• 實際的軟件使用經驗

3. 主要軟件匯總

單機版軟件

R語言軟件包

4. 基因組軟件介紹: 單機版

4.1 DMU軟件

網址：http://dmu.agrsci.dk
創建人：Just Jensen, Per madsen

計算機語言：FORTRAN

DMU命名：

• D（derivative free）：免求導
• MU（multivariate）：多性狀

免費軟件，商業使用需要授權

模塊：

• DMU1 : Prepare program，數據預處理和起始分析程序

• DMUAI： 約束性最大似然估計方差組分（AI，EM，AI-EM）

• DMU4： 計算BLUE值和BLUP值

• DMU5：迭代求解，預條件共軛梯度法

• RJMC：貝葉斯估算方差，Gibbs抽樣

4.2 ASREML軟件

網址：https://www.vsni.co.uk/software/asreml/

創建人：Arthur Gilmour

計算機語言：FORTRAN

ASREML命名：

• A：AI平均信息算法
• S：稀疏矩陣
• REML：約束性最大似然法

商業軟件：收費

作為商業軟件，其優點主要體現在：

• 1，操作簡單
• 2，運算速度快
• 3，可以支持復雜模型
• 4，有技術支持

4.3 PIBLUP軟件

網址：https://github.com/huiminkang/PIBLUP

創建人：康慧敏 劉劍鋒

計算機語言：C

PIBLUP命名：

• P：預條件共軛梯度（PCG）
• I：迭代數據（IOD）
• BLUP：最佳線性無偏預測

免費軟件，商業使用需要授權

4.4 BLUPF90軟件

網址：http://nce.ads.uga.edu/wiki/doku.php

創建人：Ignacy Misztal , Shogo Tsurute,
Daniela Lourenco, Yutake Masuda, Ignacio Aguilar

計算機語言：FORTRAN
BLUPF90命名：

• BLUP：最佳線性無偏預測
• F90：Fortran 90/95

免費軟件，商業使用需要授權

BLUPF90模塊介紹:

• RENUM90: 處理數據和代碼，生成模板

• BLUPF90：計算BLUP值

• AIREMLF90：使用AI，估算方差組分，計算BLUP值

4.5 WBOMBAT軟件

網址：http://didgeridoo.une.edu.au/km/wombat.php

創建人：Karin Meyer

計算機語言：FORTRAN

免費軟件，商業使用需要授權

4.6 MixBLUP軟件

網址：http://www.mixblup.eu/

創建人：Wageningen, Animal Breeding and Genomics

商業軟件：收費

價格表:

4.7 PEST, VCE和DFREML軟件

• PEST主要用于混合線性模型求解
• VCE主要用于估算方差組分

WOMBAT replaces DFREML which has been withdrawn from distribution at the end of 2005.

DFREML軟件, 是早期的非求導REML程序，現在演變為了WOMBAT

4.8 GVCBLUP軟件

網址： https://animalgene.umn.edu/gvcblub

估算GBLUP育種值，可以計算加性效應和顯性效應。

4.9 solGS軟件

網址： https://github.com/solgenomics

構建的基于Web的GS平臺

5. 基因組軟件介紹: R語言版

5.1 rrBLUP

rrBLUP

可以估算rrBLUP值，估算每個SNP的效應值。

5.2 sommer

Sommer

可以估算方差組分
可以計算GBLUP值

5.3 synbreed

Synbreed

可以估算方差組分
可以計算GBLUP值
可以交叉驗證

5.4 cpgen

cpgen

多線程
rrBLUP內核

5.5 BGGE

基因與環境互作

5.6 BGLR

里面有GBLUP的計算內核, 但主要是用于貝葉斯的計算

5.7 GSMX

GSMX

多性狀全基因組選擇
估算方差組分
交叉驗證

5.8 PopVar

PopVar

全基因組選擇
估算方差組分
交叉驗證

5.9 xbreed

基因組與系譜數據模擬軟件包

5.10 hiblup

地址: https://github.com/hiblup/hiblup

功能描述:

6. 結論及建議

目前市面上用于基因組選擇的軟件, 大體是以上這么多, 總體而言, 傳統評估軟件, 比如ASREML, DMU, BLUPF90都是基于Fortran編寫的, 在常規分析中應用較廣, 支持的模型和矩陣結構豐富. 隨著基因組時代的到來, 特別是一步法的應用, 其本質將系譜構建的A逆矩陣, 替換為系譜和基因組構建的H逆矩陣,因此這些軟件在基因組選擇時代也可以廣泛應用.

難點在于數據量的增大, G矩陣的求逆以及方差組分估算都是一個挑戰, 目前不斷有新的算法和模型出現, 但具體到應用還要一些時間的檢驗.

建議學習軟件時, 以理論學習為主, 比如H矩陣構建, 方差組分估算等, 數量遺傳學扎實了, 再去學習相關軟件, 都是想通的.

整體而言, BLUPF90構建H矩陣相對簡單, ASREML遇到錯誤時報錯機制比較健全, DMU5和PIBLUP計算BLUP值速度很快.

7. 作者介紹

我是鄧飛, 是一個讀了玉米育種的研究生, 做了一個二代重測序的課題, 畢業之后進入了一家賣軟件的公司, 開始了統計分析的培訓, 現在做起了動物全基因組選擇的數據分析工作.

擅長的學科:

• 作物育種

• 動物育種

• 生物統計

• 數量遺傳學

擅長的軟件:

• 統計軟件: SAS, SPSS, GenStat, R

• 腳本語言: Perl, Python, Shell

• 遺傳評估軟件: ASREML, DMU, BLUPF90, WOMBAT

• 最常使用的軟件: Perl, Python, R

• 想要學習的軟件: Go, Django

喜歡做的事情:

• 放飛自我

• 寫段子

• 吐槽

• 寫讀書筆記

• 寫教程cookbook

• 打排球

• 滑滑板

• 羽毛球

8. 我的公眾號: 育種數據分析之放飛自我(R-breeding)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基因组选择软件市场调研的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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