Benchmarking bacterial genome-wide association study methods using simulated genomes and phenotypes
Notice bibliographique
Résumé
Genome-wide association studies (GWASs) have the potential to reveal the genetics of microbial phenotypes such as antibiotic resistance and virulence. Capitalizing on the growing wealth of bacterial sequence data, microbial GWAS methods aim to identify causal genetic variants while ignoring spurious associations. Bacteria reproduce clonally, leading to strong population structure and genome-wide linkage, making it challenging to separate true 'hits' (i.e. mutations that cause a phenotype) from non-causal linked mutations. GWAS methods attempt to correct for population structure in different ways, but their performance has not yet been systematically and comprehensively evaluated under a range of evolutionary scenarios. Here, we developed a bacterial GWAS simulator (BacGWASim) to generate bacterial genomes with varying rates of mutation, recombination and other evolutionary parameters, along with a subset of causal mutations underlying a phenotype of interest. We assessed the performance (recall and precision) of three widely used single-locus GWAS approaches (cluster-based, dimensionality-reduction and linear mixed models, implemented in plink, pyseer and gemma) and one relatively new multi-locus model implemented in pyseer, across a range of simulated sample sizes, recombination rates and causal mutation effect sizes. As expected, all methods performed better with larger sample sizes and effect sizes. The performance of clustering and dimensionality reduction approaches to correct for population structure were considerably variable according to the choice of parameters. Notably, the multi-locus elastic net (lasso) approach was consistently amongst the highest-performing methods, and had the highest power in detecting causal variants with both low and high effect sizes. Most methods reached the level of good performance (recall >0.75) for identifying causal mutations of strong effect size [log odds ratio (OR) ≥2] with a sample size of 2000 genomes. However, only elastic nets reached the level of reasonable performance (recall=0.35) for detecting markers with weaker effects (log OR ~1) in smaller samples. Elastic nets also showed superior precision and recall in controlling for genome-wide linkage, relative to single-locus models. However, all methods performed relatively poorly on highly clonal (low-recombining) genomes, suggesting room for improvement in method development. These findings show the potential for multi-locus models to improve bacterial GWAS performance. BacGWASim code and simulated data are publicly available to enable further comparisons and benchmarking of new methods.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,012 | 0,028 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».