Genetyka populacji jest dyscypliną naukową zajmującą się badaniem zjawisk gene­tycznych zachodzących w populacjach. W początkowym okresie rozwoju obejmowała ona również praktyczne wykorzystanie jej osiągnięć w hodowli zwierząt i roślin. Obecnie można mówić o trzech dyscyplinach, które wyłoniły się z pierwotnej genetyki populacji. Zakres klasycznej genetyki populacji zwyczajowo ogranicza się do opisu konsekwencji działania pojedynczych genów. Opisem struktury genetycznej po­pulacji ze względu na cechy warunkowane wieloma genami zajmuje się genetyka cech ilościowych, natomiast wykorzystanie wiedzy genetycznej w praktycznej hodowli nosi nazwę metod hodowlanych, w których szczególne znaczenie (przynajmniej w hodowli zwierząt) mają metody oceny wartości hodowlanej.

Podręcznik adresowany jest głównie do studentów kierunków biologia i zootech­nika, studiujących na uczelniach o profilu biologiczno-rolniczym (uczelnie rolnicze, uniwersytety przyrodnicze). Może on być również pomocny dla studentów innych kie­runków studiów, w ramach których wykładana jest genetyka populacji i cech ilościo­wych.

W prezentowanej książce przedstawiony jest szeroki wachlarz zagadnień genety­ki populacji i metod hodowlanych, poczynając od omówienia czynników kształtują­cych strukturę genetyczną populacji (klasyczna genetyka populacji), poprzez pre­zentację metod oceny różnic genetycznych między populacjami (genetyka populacji z elementami genetyki molekularnej), aż po opis metod szacowania parametrów ge­netycznych i oceny wartości hodowlanej zwierząt (genetyka cech ilościowych z ele­mentami statystyki matematycznej).

Ponieważ podstawowych narzędzi do opisu populacji dostarcza statystyka matema­tyczna oraz rachunek prawdopodobieństwa i bez ich znajomości nie sposób zrozumieć większość tematów poruszanych w podręczniku, dlatego też pierwsza część podręczni­ka Podstawy matematyczne poświęcona jest tym podstawowym przedmiotom ze wzglę­du na niewystarczające często przygotowanie studentów z tego zakresu.

Druga część podręcznika, Genetyka populacji, dotyczy podstaw klasycznej genetyki populacji i krok po kroku pozwala analizować strukturę populacji ze względu na dzia­łanie pojedynczych genów. Rozpoczyna się od sformułowania podstawowego dla gene­tyki populacji prawa Hardy'ego-Weinberga, a następnie rozpatrywane są konsekwen­cje odstępstwa od poszczególnych założeń tego prawa. Ostatni rozdział poświęcony jest wykorzystaniu informacji genetycznej do określenia dystansu genetycznego między po­pulacjami.

W trzeciej części podręcznika, Metody hodowlane, przedstawione są zagadnienia związane ze strukturą populacji pod względem cech ilościowych oraz z wykorzystaniem genetyki cech ilościowych w pracy hodowlanej. Omawiane są w niej, między innymi, podstawy szacowania wartości hodowlanej oraz ocena skuteczności zastosowanej se­lekcji.

Podręcznik ten stanowi ważne uzupełnienie rynku podręczników akademickich, na którym brakuje obecnie pozycji obejmującej poruszaną w nim tematykę. Ostatnia książka z tego zakresu ukazała się w latach osiemdziesiątych XX wieku, a od tego cza­su pojawiło się wiele nowych zagadnień, rozwinęły się nowe metody badawcze, a nie­które problemy ujmowane są w całkiem inny sposób.

Rozdziały:

PODSTAWY MATEMATYCZNE

1. Rachunek macierzowy i rachunek róŜniczkowy 15
1.1. Rodzaje macierzy i podstawowe operacje na macierzach 15
1.2. Rząd macierzy 20
1.3. Macierz odwrotna 21
1.4. Pochodna i całka 24
1.4.1. Działania na pochodnych 25
1.4.2. Druga pochodna i pochodna cząstkowa 26
1.4.3. Ekstrema funkcji 27
1.4.4. Całka nieoznaczona i oznaczona 29

2. Podstawy probabilistyczne 31
2.1. Zdarzenie losowe i prawdopodobieństwo zdarzenia 31
2.1.1. Definicja aksjomatyczna prawdopodobieństwa 32
2.1.2. Definicja klasyczna prawdopodobieństwa 33
2.1.3. Definicja empiryczna (statystyczna) prawdopodobieństwa 33
2.2. Zdarzenia losowe niezaleŜne i zaleŜne 34
2.2.1. Prawdopodobieństwo warunkowe 35
2.2.2. Twierdzenie Bayesa 36
2.3. Zmienna losowa 37
2.3.1. Rozkład prawdopodobieństwa i dystrybuanta 37
2.3.2. Zmienna losowa ciągła 40
2.3.3. Parametry charakteryzujące zmienną losową 42
2.4. Rozkład zmiennej losowej 46
2.4.1. Rozkład dwumianowy 47
2.4.2. Rozkład Poissona 47
2.4.3. Rozkład normalny 49
2.5. Zmienne losowe zaleŜne 51
2.5.1. Korelacja i regresja 51
2.5.2. Zmienna losowa dwuwymiarowa 54
2.5.3. ZaleŜności przyczynowo-skutkowe 56

3. Podstawy statystyczne 61
3.1. Populacja i próba 61
3.2. Parametr populacji i jego estymator 62
3.2.1. Estymatory podstawowych parametrów 63
3.2.2. Cechy estymatora 64
3.2.3. Estymacja przedziałowa 65
3.3. Metody wyznaczania estymatorów 67
3.3.1. Metoda najmniejszych kwadratów 67
3.3.2. Metoda największej wiarogodności 69
3.4. Test statystyczny 71
3.4.1. Hipotezy statystyczne i ich weryfikacja 72
3.4.2. Błędy związane z weryfikacją hipotez 73
3.5. Model klasyfikacyjny 74
3.5.1. Rodzaje klasyfikacji 74
3.5.2. Typy modeli klasyfikacyjnych 77
3.5.3. Układ próby ortogonalny i nieortogonalny 73
3.5.4. Metoda Monte Carlo 80
3.6. Ocena efektów modelu klasyfikacyjnego 81
3.6.1. Model stały 81
3.6.2. Model losowy 83
3.6.3. Model mieszany 87

GENETYKA POPULACJI

4. Genetyczna struktura populacji 97
4.1. Frekwencja genotypu i allelu 97
4.2. Kojarzenie losowe w duŜej populacji 100
4.2.1. Jedna para alleli 101
4.2.2. Seria alleli 105
4.2.3. NiezaleŜne pary alleli 106
4.2.4. Nierówne frekwencje alleli samców i samic 107
4.2.5. Geny sprzęŜone z płcią 108
4.3. Kojarzenie nielosowe 110
4.3.1. Kojarzenie osobników podobnych 110
4.3.2. Kojarzenie osobników niepodobnych 117

5. Zmiana frekwencji allelu 118
5.1. Migracja 118
5.2. Mutacja 119
5.3. Selekcja 124
5.3.1. Wartość selekcyjna i współczynnik selekcji 124
5.3.2. Frekwencja allelu 127
5.3.3. Genetyczna równowaga przy selekcji 137
5.4. Selekcja i mutacja 138
5.4.1. Dominowanie kompletne - selekcja przeciw genotypowi recesywnemu 139
5.4.2. Dominowanie kompletne - selekcja faworyzująca genotyp recesywny 140

6. Kojarzenie w pokrewieństwie 142
6.1. Współczynnik inbredu i współczynnik pokrewieństwa 142
6.2. Frekwencje genotypów 143
6.3. ZaleŜności między gametami i zygotami 146
6.4. Systemy kojarzeń w pokrewieństwie 149
6.4.1. Kojarzenia nieregularne 149
6.4.2. Kojarzenia regularne 154

7. Małe populacje 162
7.1. Współczynnik inbredu 163
7.2. Frekwencje alleli 166
7.3. Frekwencje genotypów 171
7.4. Efektywna wielkość populacji 173

8. Dystans genetyczny 178
8.1. Markery genetyczne i ich wykorzystanie w genetyce populacji 179
8.2. Heterozygotyczność i polimorficzność markerów genetycznych 180
8.2.1. Współczynnik heterozygotyczności 180
8.2.2. Współczynnik polimorficzności 181
8.3. Szacowanie dystansu genetycznego na podstawie róŜnych źródeł informacji 183
8.4. Metody konstruowania drzew filogenetycznych 189

METODY HODOWLANE

9. Cecha ilościowa 201
9.1. Wartość cechy ilościowej; składniki wartości fenotypowej 201
9.2. Zmienność cechy ilościowej; komponenty wariancji fenotypowej 203
9.3. Podobieństwo fenotypowe krewnych 205
9.4. Depresja inbredowa i heterozja 207
9.4.1 . Depresja inbredowa 207
9.4.2. Heterozja 211
9.5. Loci cech ilościowych – QTL 215
9.5.1. Poligeny a geny o duŜych efektach 215
9.5.2. Detekcja QTL 216
9.5.3. Zaawansowanie detekcji QTL 225
9.6. Transformacja danych - sposoby normalizacji rozkładu 226

10. Parametry genetyczne 229
10.1 . Parametry jednej cechy 229
10.1.1. Odziedziczalność 229
10.1.2. Powtarzalność 232
10.2. Związki między cechami 233

11 . Szacowanie parametrów genetycznych 237
11.1. Estymatory parametrów genetycznych 237
11.1.1. Odziedziczalność i powtarzalność 238
11.1 .2. Korelacja genetyczna, środowiskowa, fenotypowa 243
11.2. Ocena parametrów genetycznych oparta na modelu mieszanym 247
11.3. Dokładność parametrów genetycznych 250
11.4. Próbkowanie Gibbsa 251

12. Ocena wartości hodowlanej 255
12.1. Źródta informacji o wartości hodowlanej 255
12.2. Efektywność róŜnych Ŝródet informacji o wartości hodowlanej 259
12.3. Łączenie Ŝródet informacji - indeks selekcyjny 260
12.3.1. Ocena wartości hodowlanej jednej cechy 261
12.3.2. Ocena wartości hodowlanej na podstawie cech skorelowanych 263
12.3.3. Ocena łącznej wartości hodowlanej 265
12.3.4. Określenie współczynników indeksu selekcyjnego z zastosowaniem zapisu i rachunku macierzowego 268
12.3.5. Wyznaczanie wag ekonomicznych 270
12.4. Eliminowanie systematycznych wpływów środowiskowych 271
12.4.1. Metody równoczesnego porównania 273
12.5. Ocena wartości hodowlanej metodą BLUP 276
12.5.1. Macierz spokrewnień addytywnych 277
12.5.2. Obliczenia metodą BLUP na podstawie róŜnych modeli 280
12.5.3. Analiza jednocechowa - model ojcowski (BLUP SM) 285
12.5.4. Analiza jednocechowa - model osobniczy (BLUP AM) 288
12.5.5. Analiza wielocechowa 292
12.5.6. Inne modele mieszane w metodzie BLUP 293
12.5.7. Dokładność ocen BLUP 295
12.6. Ocena wartości hodowlanej z wykorzystaniem markerów genetycznych (MAS) 297
12.7. Międzynarodowa ocena wartości hodowlanej 301

13. Cechy o zmienności fenotypowej nieciągłej 305
13.1. Cecha progowa 305
13.2. Modele analizy cech progowych 306
13.2.1. Model liniowy 307
13.2.2. Model logitowy 308
13.2.3. Model probitowy 309
13.3. Przekształcenie parametrów genetycznych cech progowych 312
13.4. Ocena wartości hodowlanej cechy progowej 314

14. Selekcja cech ilościowych 315
14.1. Reakcja populacji na selekcję-postęp hodowlany 315
14.2. Genetyczna i fenotypowa róŜnica selekcyjna 318
14.3. Optymalna wielkość grup potomstwa 323
14.4. Zrealizowany postęp hodowlany 326
14.5. Biotechniki rozrodu a postęp hodowlany 329
Angielsko-polski słownik terminów z zakresu genetyki populacji i metod hodowlanych
Polsko-angielski słownik terminów z zakresu genetyki populacji i metod hodowlanych