Prediction of Maize Phenotypic Traits With Genomic and Environmental Predictors Using Gradient Boosting Frameworks
Notice bibliographique
Résumé
The development of crop varieties with stable performance in future environmental conditions represents a critical challenge in the context of climate change. Environmental data collected at the field level, such as soil and climatic information, can be relevant to improve predictive ability in genomic prediction models by describing more precisely genotype-by-environment interactions, which represent a key component of the phenotypic response for complex crop agronomic traits. Modern predictive modeling approaches can efficiently handle various data types and are able to capture complex nonlinear relationships in large datasets. In particular, machine learning techniques have gained substantial interest in recent years. Here we examined the predictive ability of machine learning-based models for two phenotypic traits in maize using data collected by the Maize Genomes to Fields (G2F) Initiative. The data we analyzed consisted of multi-environment trials (METs) dispersed across the United States and Canada from 2014 to 2017. An assortment of soil- and weather-related variables was derived and used in prediction models alongside genotypic data. Linear random effects models were compared to a linear regularized regression method ( elastic net ) and to two nonlinear gradient boosting methods based on decision tree algorithms ( XGBoost, LightGBM ). These models were evaluated under four prediction problems: (1) tested and new genotypes in a new year; (2) only unobserved genotypes in a new year; (3) tested and new genotypes in a new site; (4) only unobserved genotypes in a new site. Accuracy in forecasting grain yield performance of new genotypes in a new year was improved by up to 20% over the baseline model by including environmental predictors with gradient boosting methods. For plant height, an enhancement of predictive ability could neither be observed by using machine learning-based methods nor by using detailed environmental information. An investigation of key environmental factors using gradient boosting frameworks also revealed that temperature at flowering stage, frequency and amount of water received during the vegetative and grain filling stage, and soil organic matter content appeared as important predictors for grain yield in our panel of environments.
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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 ».