Comparative Analysis of Machine Learning and Evolutionary Optimization Algorithms for Precision Micropropagation of Cannabis sativa: Prediction and Validation of in vitro Shoot Growth and Development Based on the Optimization of Light and Carbohydrate Sources
Notice bibliographique
Résumé
Micropropagation techniques offer opportunity to proliferate, maintain, and study dynamic plant responses in highly controlled environments without confounding external influences, forming the basis for many biotechnological applications. With medicinal and recreational interests for Cannabis sativa L. growing, research related to the optimization of in vitro practices is needed to improve current methods while boosting our understanding of the underlying physiological processes. Unfortunately, due to the exorbitantly large array of factors influencing tissue culture, existing approaches to optimize in vitro methods are tedious and time-consuming. Therefore, there is great potential to use new computational methodologies for analyzing data to develop improved protocols more efficiently. Here, we first tested the effects of light qualities using assorted combinations of Red, Blue, Far Red, and White spanning 0–100 μmol/m 2 /s in combination with sucrose concentrations ranging from 1 to 6% (w/v), totaling 66 treatments, on in vitro shoot growth, root development, number of nodes, shoot emergence, and canopy surface area. Collected data were then assessed using multilayer perceptron (MLP), generalized regression neural network (GRNN), and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to model and predict in vitro Cannabis growth and development. Based on the results, GRNN had better performance than MLP or ANFIS and was consequently selected to link different optimization algorithms [genetic algorithm (GA), biogeography-based optimization (BBO), interior search algorithm (ISA), and symbiotic organisms search (SOS)] for prediction of optimal light levels (quality/intensity) and sucrose concentration for various applications. Predictions of in vitro conditions to refine growth responses were subsequently tested in a validation experiment and data showed no significant differences between predicted optimized values and observed data. Thus, this study demonstrates the potential of machine learning and optimization algorithms to predict the most favorable light combinations and sucrose levels to elicit specific developmental responses. Based on these, recommendations of light and carbohydrate levels to promote specific developmental outcomes for in vitro Cannabis are suggested. Ultimately, this work showcases the importance of light quality and carbohydrate supply in directing plant development as well as the power of machine learning approaches to investigate complex interactions in plant tissue culture.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
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 tête enseignante, 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 ».