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Enregistrement W3167399595 · doi:10.1101/2021.05.27.445966

Predictive Modeling of <i>Pseudomonas syringae</i> Virulence on Bean using Gradient Boosted Decision Trees

2021· preprint· en· W3167399595 sur OpenAlexaff
Renan N. D. Almeida, Michael E. Greenberg, Cedoljub Bundalovic-Torma, Alexandre Martel, Pauline W. Wang, Maggie A. Middleton, Syama Chatterton, Darrell Desveaux, David S. Guttman

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineAgricultural and Biological Sciences
ThématiquePlant Pathogenic Bacteria Studies
Établissements canadiensAgriculture and Agri-Food CanadaUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPathovarPseudomonas syringaeVirulencePhaseolusBiologyHost (biology)MicrobiologyPathogenPseudomonas aeruginosaPseudomonadaceaeBacteriaGeneticsBotanyGene

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

ABSTRACT Pseudomonas syringae is a genetically diverse bacterial species complex responsible for numerous agronomically important crop diseases. Individual P. syringae isolates are typically given pathovar designations based on their host of isolation and the associated disease symptoms, and these pathovar designations are often assumed to reflect host specificity although this assumption has rarely been rigorously tested. Here we developed a rapid seed infection assay to measure the virulence of 121 diverse P. syringae isolates on common bean ( Phaseolus vulgaris ). This collection includes P. syringae phylogroup 2 (PG2) bean isolates (pathovar syringae ) that cause bacterial spot disease and P. syringae phylogroup 3 (PG3) bean isolates (pathovar phaseolicola ) that cause the more serious halo blight disease. We found that bean isolates in general were significantly more virulent on bean than non-bean isolates and observed no significant virulence difference between the PG2 and PG3 bean isolates. However, when we compared virulence within PGs we found that PG3 bean isolates were significantly more virulent than PG3 non-bean isolates, while there was no significant difference in virulence between PG2 bean and non-bean isolates. These results indicate that PG3 strains have a higher level of host specificity than PG2 strains. We then employed machine learning to investigate if we could use genomic data to predict virulence on bean. We used gradient boosted decision trees to model the virulence using whole genome kmers, type III secreted effector kmers, and the presence/absence of type III effectors and phytotoxins. Our model performed best using whole genome data and was able to predict virulence with high accuracy (mean absolute error = 0.05). Finally, we functionally validated the model by predicting virulence for 16 strains and found that 15 (94%) had virulence levels within the bounds of estimated predictions. This study demonstrates the power of machine learning for predicting host specific adaptation and strengthens the hypothesis that P. syringae PG2 strains have evolved a different lifestyle than other P. syringae strains. AUTHOR SUMMARY Pseudomonas syringae is a genetically diverse Gammaproteobacterial species complex responsible for numerous agronomically important crop diseases. Strains in the P. syringae species complex are frequently categorized into pathovars depending on pathogenic characteristics such as host of isolation and disease symptoms. Common bean pathogens from P. syringae are known to cause two major diseases: the halo blight disease, which is characterized by large necrotic lesions surrounded by a chlorotic zone or halo of yellow tissue; and the bacterial spot disease, which is characterized by brown leaf spots. While halo blight can cause serious crop losses, bacterial spot disease is generally of minor agronomic concern. The application of statistical genetic and machine learning approaches to genomic data has greatly increased our power to identify genes underlying traits of interest, such as host specificity. Machine learning models can be used to predict outcomes from new samples or to identify the genetic feature(s) that carry the most importance when predicting a particular phenotype. Here, we implemented a rapid method for screening a proxy of virulence for P. syringae isolates on common bean, and used this screen to assess virulence of P. syringae strains on bean. We found that halo blight pathogens display a stronger degree of host specificity compared to brown spot pathogens, and that genomic kmers and virulence factors can be used to predict the virulence of P. syringae isolates on bean using machine learning models.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,329
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,027
Tête enseignante GPT0,213
Écart entre enseignants0,185 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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