GPS:利用数据融合策略来提高基于机器学习的基因组和表型选择的准确性
Hongshan Wu1, Shichao Jin1, Chao Xiang2
1State Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Zhongshan Biological Breeding Laboratory, Collaborative Innovation Centre for Modern Crop Production co-sponsored by Province and Ministry, Jiangsu Key Laboratory of Soybean Biotechnology and Intelligent Breeding, Engineering Research Center of Plant Phenotyping, Ministry of Education, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China.
一个新的基因组和表型选择 (GPS) 框架通过融合基因组和表型数据来提高植物育种的准确性. 数据融合策略显著提高了复杂特征的预测性能,稳定性和可转移性.
科学领域:
- 植物育种和遗传学 植物育种和遗传学
- 统计基因组学 统计基因组学
- 机器学习在农业中的应用
背景情况:
- 基因组选择 (GS) 和表型选择 (PS) 对于加速植物育种至关重要.
- 这些方法的准确性,稳定性和可转移性,特别是复杂的特征,需要进一步研究.
研究的目的:
- 引入一个新的数据融合框架,GPS (基因组和表型选择),以提高预测性能.
- 整合基因组和表型数据使用三个不同的融合策略:数据,特征和结果融合.
- 评估GPS框架在各种作物物种和模型中的有效性和通用性.
主要方法:
- 开发了GPS框架,其中包含三个数据融合策略:数据融合,特征融合和结果融合.
- 使用广泛的模型测试了框架:统计 (GBLUP,BayesB),机器学习 (Lasso,RF,SVM,XGBoost,LightGBM),深度学习 (DNNGP) 和表型辅助预测 (MAK).
- 将模型应用于玉米,大豆,大米和小麦的大规模数据集.
主要成果:
- 数据融合优于特征和结果融合策略,顶级模型 (Lasso_D) 的精度比GS提高了53.4%,比PS提高了18.7%.
- 拉索_D表现出极大的稳定性和适应性,在小样本大小 (n=200) 和不同SNP密度下保持高准确性.
- 最好的数据融合模型显示了广泛的可转移性,显著改善了跨环境预测,精度损失最小.
结论:
- GPS框架,特别是数据融合,在植物特征预测中大大提高了预测准确性,稳定性和可转移性.
- 这种方法为优化植物育种策略和加速作物改进提供了巨大的潜力.
- 这些发现有助于植物科学,育种,统计和人工智能,为遗传预测提供了一个强大的新工具.
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