亲缘近交与ROH分析

更新：2026-10-26；状态：可用；验证范围：官方/原始来源核对；标准库教学算例已实跑；专业流程范围见正文。

两个人基因型很像、一个个体杂合很少、以及有一段长纯合区，是三种观察。它们与共同祖先相关，却不能互相替代。本页建立IBS、IBD、kinship、加性关系和FROH的区别，重点练习如何从ROH区间得到有明确分母的近交指标，而不从长度直接编造某一位祖先。

先确定关系的基准

IBS是等位状态相同，IBD表示相对于所讨论祖先基准来自同一祖先拷贝。kinship系数φij可理解为从两个人各抽一份等位基因、二者IBD的概率；常见系谱加性关系Aij=2φij，对角Aii=1+Fi。关系矩阵不同定义、频率基准和缩放会改变数值，不能把任意GRM阈值照搬为亲缘等级。

在理想无近交且父母无亲缘的系谱中，亲子或全同胞的期望加性关系为0.5、kinship为0.25；实际实现的估计误差和样本结构还要考虑。子代近交F等于父母之间的kinship，而不是父母加性关系本身。系谱BLUP与单步ssGBLUP进一步解释A及其分块。

ROH检测在找什么

ROH是满足软件规则的一段连续纯合区域，常用滑动窗口或HMM识别。输入需要足够密度的可靠标记、统一坐标及样本倍性；染色体缺口、长无标记区和少量错误可能桥接或打断片段。低覆盖把杂合漏成纯合，也会制造长片段。

以PLINK 1.9为例，最少SNP数、最短kb、最大间距、密度、窗口缺失/杂合和窗口命中规则分别控制不同证据。它们不是一个可以互换的“严格程度”。允许窗口出现少量杂合，可能容忍错误，也可能桥接真实非ROH区域；改变后必须检查具体区间。PLINK官方ROH规则

手算FROH：区间和分母同样重要

常定义 $F_{ROH}=L_{ROH}/L_{callable}$。LROH应为满足本次标准的ROH与可分析常染色体范围相交后的总长度；Lcallable是同一定义下的分母，不是随意选择全参考长度。原始坐标若为闭区间，需要先转换再计算长度，不能混用end−start与end−start+1。

用Mb为单位，三个半开区间[1,4)、[3,5)、[8,9)，朴素相加是3+2+1=6。前两个重叠1Mb，实际并集[1,5)、[8,9)总长5Mb。若可调用范围[0,10)，FROH=0.5；直接相加会错误得到0.6。生产软件的最终片段可能已互不重叠，但合并多阈值/多工具结果时仍需处理重复。

长度为什么与时间有关又不能精确换算

祖先来源片段在代际重组中被打碎，所以较长IBD/ROH往往富集较近期共同祖先信息，短片段还可能反映较早背景。简化重组模型下遗传长度与世代数有反向尺度关系，但单条片段具有很大随机变异，检测门槛也在选择长度。

物理Mb与遗传Morgan不是同一单位；重组率、背景LD、标记密度与近交结构都会影响长度分布。可报告预先定义的长度分层FROH，不应写成“每一条20Mb片段都来自恰好第几代祖先”。没有可靠重组图时，更要限制时间解释。

可操作的核查顺序

先查样本重复、性别/倍性与覆盖，再比较总体杂合度、关系估计和ROH；检查高FROH样本是否全部集中于同一低质量批次。可用系谱、重复分型或独立平台辅助核验，但技术重复不能替代祖先基准。

交付每条ROH的染色体、起止、长度、SNP数与质量，样本级阈值、可调用长度和FROH。跨平台比较时统一标记与规则或报告不可比的部分。对不完整片段或缺口不能因“没检出”就当不存在，也不要把芯片上未覆盖的区域加入高置信阴性的分母。

动手：运行后先对照什么

在下载项目的根目录执行；只需Python 3标准库，不安装专业统计包：

python3 examples/methods_genetics_demo.py --case roh

输出区间并集[1,5],[8,9](/SpiralKernel/bioinfo-wiki-migrated/wiki/1,5],[8,9)、FROH=0.5；naive_double_counted=0.6是故意保留的错误算法对照。这里长度单位统一为Mb。

运行的是区间并集与分母算术，不是从基因型检测ROH，也不实现PLINK、IBD估计或祖先年代推断。

命令只向终端打印JSON。若要保存所有22个小例，可用python3 examples/methods_genetics_demo.py --output examples/output/methods-genetics-practice1；目录必须新建或为空，已有结果不会被覆盖。源代码见标准库方法算例。

排错：先定位原因再改参数

症状	可能原因	下一步检查
FROH超过1	重复累加、单位或分母不一致	先合并区间并与可调用范围相交
某批次ROH异常长	杂合漏检或标记稀疏	查看覆盖、杂合平衡和最大无标记间隙
系谱F与FROH不一致	基准与测量对象不同	核对谱系完整性、长度门槛及频率/区域基准

自测与答案

1. 父母加性关系0.5时，子代F是0.5吗？ 在对应无近交基础的常见定义下，父母kinship为0.25，所以子代期望F为0.25。

2. 不同工具片段直接相加有什么风险？ 同一段会重复计数；应先统一坐标、规则及分母，再求区间并集。

原有实践与延伸入口

PLINK 1.9 ROH说明；PLINK 2关系说明；亲缘关系与遗传关系矩阵；有效群体大小漂变与近交。

学习顺序、前置与练习清单见方法与算法系统学习指南。

公式里的矩阵、下标或对数不熟时，可回查读懂方法公式的最小数学基础。